The paper reports on current developments in gearbox dynamic modelling. It refers to Muller's one-mass two-parameter (stiffness and damping) gearbox model with rectilinear vibration. The paper shows that there is a need to develop a new model, which would incorporate torsional vibration. The paper refers to the previous papers on gearbox dynamic modelling published by the author in journals and conference proceedings. In the present paper, the influence of the clutch damping coefficient and one random parameter value from the three-parameter error mode, and that of the interaction between error parameters on the vibration generated by a gearbox system, is analyzed.
PL
Modelowanie dynamiki przekładni zębatych. Praca przedstawia aktualny rozwój zagadnień związanych z modelowaniem dynamiki przekładni zębatych. Nawiązuje ona do jednomasowego, dwuparametrowego (sztywność i tłumienie) modelu przekładni Mullera o ruchu prostoliniowym. Pokazuje potrzebę opracowania nowego modelu, który uwzględni drgania skrętne. Nawiązuje do wcześniejszych publikacji autora pracy na temat modelowania przekładni publikowanych w czasopismach i materiałach konferencyjnych. W presentowanej pracy przedstawiono analizę wpływu tłumienia w sprzęgle, wpływ losowego parametru w trójparametrowej funkcji błędu na drgania generowane przez przekładnię zębatą.
W pracy omówiono zagadnienia z monitorowaniem, diagnostyką, i nawiązywano do zagadnienia badań służących do doboru cech konstrukcyjnych przenośników taśmowych. Uwypuklono zagadnienia związane z monitorowaniem pracy przenośników a monitorowaniem symptomów diagnostycznych, na podstawie których ocenia się stan techniczny przenośnika (jego par kinematycznych i taśmy przenośnikowej). Przedstawiono diagnostykę przekładni zębatych, krążników i taśmy.
EN
The paper deals with monitoring and diagnostics and investigations connected with design features choice of belt conveyors. The difference between monitoring of a belt conveyor run parameters and condition monitoring for assessing the condition of kinematics pairs is emphasised. Diagnostics of gearboxes idlers, and conveyor belts is presented.
The paper deals with some new possibilities of gearboxes condition monitoring and diagnostics. Investigations into the new possibilities are based mathematical modelling and computer simulation. A mathematical model for a machinery system with a single-stage gearbox system is presented. Results of computer simulations are referred to measurement obtained on a rig and in industrial practice. A new diagnostic measure for the evaluation of the condition of gearing is presented
PL
W pracy przedstawiono nowe możliwości monitorowania stanu i diagnostyki przekładni zębatych. Badania nad nowymi możliwościami oparte są o symulację komputerową. Przedstawiono model matematyczny dla układu maszyny, w którego skład wchodzi jednostopniowa przekładnia zębata. Rezultaty symulacji komputerowej są odniesione do badań stanowiskowych i badań przemysłowych. Przedstawiono nową miarę oceny stanu zazębienia przekładni zębatych.
4
Dostęp do pełnego tekstu na zewnętrznej witrynie WWW
The papers shows the two ways of condition assessment of two objects which are in two different conditions. One way based on tradition assessment show difficulties in proper differentiation of two object conditions. Second new way shows the solution for proper object condition assessment. The paper shows that at the base of any object condition assessment is factor analysis of design, production technology, operation and change of condition.
PL
W pracy przedstawiono dwa sposoby oceny stanu dla dwóch obiektów znajdujących się w różnych stanach technicznych. Stosując tradycyjny sposób oceny stanu technicznego napotkano na trudności w ocenie różnic między stanami. Drugi nowy sposób pokazał, że istnieje możliwość lepszego rozróżniania stanów. Praca przedstawia, że u podstawy każdego sposobu oceny stanu technicznego powinna się znajdować analiza czynników konstrukcyjnych, produkcyjnych, operacyjnych i zmiana stanu technicznego.
The paper aroused in answer to discussion in Mining Magazine (MM) September 2011 and July/August 2013. The paper shows that discussion given in the MM issue July/August 2013 does not fulfill expectations expressed in MM issue 2011. The presented paper is the review on maintenance that is based on condition monitoring as tool for detection of faults and failure prevention. Fault and failure are regarded as inevitable during the machine operation as the process of wear and the process of degradation. The question is, if one can influence the wear and degradation process, using condition monitoring. The paper will present technology (in reference to cited papers) which demonstrates that the use of the proper method can influence the wear and machine degradation process, using proper condition monitoring techniques and knowing scenarios of wear and degradation process, the maintenance can be rationalized. The presented paper shows possible improvements which are needed to fulfill expectations expressed in MM September 2011 and they are not taken into consideration in MM July/August 3013. These improvements can be fulfilling on the bases of object and operation supported maintenance.
PL
Artykuł powstał w odpowiedzi na dyskusję w Mining Magazine (MM) wrzesień 2011 i lipiec/sierpień 2013. Artykuł pokazuje, że dyskusja przedstawiona w MM 2013 nie spełnia oczekiwań wyrażonych w MM wydanie 2011. Przedstawiana praca jest przeglądem na temat obsługi maszyn, która bazuje na monitorowaniu jako narzędzie dla detekcji uszkodzeń i ich zapobieganiu. Uszkodzenia są uważane jako nieuchronne w eksploatacji jako proces zużycia i degradacji. Istnieje pytanie czy można wpłynąć na proces zużycia i degradacji wykorzystując monitorowanie stanu. Artykuł przedstawił technologię (w odniesieniu do cytowanych prac), które pokazują, że wykorzystując monitorowanie i znając scenariusze zużycia i proces degradacji można racjonalizować eksploatację. Przedstawiony artykuł pokazuje możliwe ulepszenia, które są potrzebne, aby spełnić oczekiwania wyrażone w MM wrzesień 2011, a które nie są brane pod uwagę w MM 2013. Te ulepszenia mogą być spełnione na podstawie wspomagania wnioskowania wynikającego z znajomości cech obiektu i warunków eksploatacji.
The monograph is a review of the current possibilities for using mathematical modelling and computer simulation for investigating the dynamic properties of gearbox systems. Computer simulation of dynamic behaviour of gearboxes is a powerful tool for supporting diagnostic inference. The monograph gives evidence that using DPTOCC leads to inference diagnostic information. By means of simplified parametric description of gearing errors given by an error mode presented by symbolic description E(a, e, r) signals which are close to signals measured from real gearboxes are obtained by computer simulation. For gearbox faults detection, many different ways of signal analysis should be done. In the monograph, for fault detection a time trace examination, spectrum, cepstrum and time-frequency spectrogram have been used. It has been shown that using these ways of vibration signal analysis there are possibilities to detect signal faults and distributed faults in gearboxes. A signal fault is caused by a tooth crack/fracture and breakage, a spall in a gearing or in an inner or outer race of a bearing, a spall on a rolling element of a bearing; distributed faults are caused by uneven wear (pitting, scuffing, abrasion, erosion). Using mathematical modelling and computer simulation distributed faults caused by gearing wear are detected by the cepstrum. Computer simulation enables one to infer that the cepstrum not only detects single gearing faults, but also distributed faults. It has been shown that for explicit detection of a tooth fracture and breakage there is a need to use a cepstrum and a time-frequency spectrogram.
PL
Monografia jest przeglądem aktualnych możliwości wykorzystania modelowania matematycznego i symulacji komputerowej do badania właściwości dynamicznych układów z przekładniami zębatymi. Pokazano, że symulacja komputerowa jest skutecznym narzędziem do wspomagania wnioskowania diagnostycznego. Wykazano, że wykorzystując czynniki DPTOCC, można uzyskać informacje do wnioskowania diagnostycznego. Na podstawie uproszczonego parametrycznego opisu błędów zazębienia, przedstawionego symbolicznym zapisem E{a, e, r), uzyskuje się sygnały bliskie sygnałom mierzonym. Monografia pokazuje, że dla detekcji uszkodzeń (błędów) zazębienia należy stosować różne sposoby analizy sygnału, takie jak np. przebiegi czasowe, widmo cepstrum i spektrogramy czasowo-częstotliwościowe. Wykazano, że wykorzystanie tych sposobów analizy sygnału stwarza możliwości wykrywania pojedynczych uszkodzeń i rozłożonych uszkodzeń zazębienia. Uszkodzenia pojedyncze stanowią pęknięcie zęba u podstawy lub wyłamanie, uszkodzenia na bieżniach, wewnętrznej i na elemencie tocznym łożyska. Uszkodzenia rozłożone stanowią nierównomierne zużycie zębów (pitting, zacieranie, ścieranie, erozja). Wykazano, że korzystając z modelowania matematycznego i symulacji komputerowej, na podstawie analizy cepstrum wykrywa się rozłożone błędy. Tak więc symulacja komputerowa wykazała, że cepstrum wykrywa nie tylko pojedyncze uszkodzenia, ale również uszkodzenia rozłożone. Pokazano, że dla jednoznacznego określenia pęknięcia lub wyłamania zęba konieczna jest analiza cepstrum i spectrogram czasowo-częstotliwościowy.
The paper shows possibilities of using mathematical modelling and computer simulations for supporting fault detection in gearbox systems. The paper refers to the model given by L. Muller in which the two wheels of a gear-set are reduced to one body. The paper gives the review of the systems with one and two-stage gear-sets. The models are used to investigate influence features/factors of systems with gear-sets to vibration. The torsional and lateral vibration is considered as the signal of a gearbox condition. The factors having influence to vibration signal are divided into four groups, that is: design factors, technology factors, operational factors and change of condition factors. The paper refers to modelling of planetary gearboxes. The paper also refers to the model-based fault diagnosis. Model-based is defined as determination of faults of the system from comparison of available gearbox system measurements with a priori information represented by the system's mathematical model, through generation of residual quantities.
PL
Praca pokazuje możliwości wykorzystania modelowania matematycznego i symulacji komputerowej do wspomagania wykrywania uszkodzeń w układach z przekładniami zębatymi. Praca nawiązuje do modelu L. Mullera w którym dwa koła zębate redukowane są do jednego ciała. Praca jest przeglądem układów z przekładnią jednostopniową i dwustopniową. Modele są używane do badania wpływu cech układu na z przekładniami zębatymi na generację drgań. Rozpatrywane są drgania skrętne i poprzeczne jako sygnał stanu przekładni. Czynniki wpływające na sygnał drganiowy podzielone są na cztery grupy a mianowicie: czynniki konstrukcyjne, technologiczne, eksploatacyjne i czynniki związane ze zmianą stanu. Praca nawiązuje również do modelowania przekładni planetarnych. Nawiązano również do diagnostyki opartej o modelowanie matematyczne (model- based diagnostic). Ten rodzaj diagnostyki zdefiniowano jako wykrywanie uszkodzeń w systemie na podstawie porównania bieżących wyników pomiarowych z informacjami przyjętymi a priori reprezentowanymi jako model matematyczny i powstającego w wyniku tego porównania sygnału rezydualnego.
The paper deals with the description and interpretation of results of gearbox system behaviour obtained by computer simulation. The results of computers simulation show that they can enhance the knowledge of a diagnostic expert and gives a new tool for supporting the diagnostic inference. The factor can be divided into four groups: design, production technology, operation, change of condition. The results are referred to real measurements obtained from laboratory rigs and from field practice. High consistency of results of computer simulations to real measurements have been shown.
W pracy przedstawiono propozycję nowego wskaźnika oceny stanu zazębienia. Zmodyfikowany współczynnik energetyczny opracowano na podstawie badań i rozważań przedstawionych przez Tomaszewskiego [Wibroakustyczny energetyczny symptom zjawiska pittingu w przekładniach zębatych. Przegląd Mech. 5-6/96], w której zaproponowano współczynnik energetyczny (WE) jako narzędzie do wykrywania pittingu. Niniejsza praca zawiera ocenę przydatności WE do diagnozowania przekładni dużych mocy stosowanych w napędach przenośników taśmowych, wskazuje wady i zalety tego rozwiązania i proponuje pewne modyfikacje koncepcji WE.
EN
The paper deals with the proposition of a new gearing condition evaluation index. A modified energy factor has been worked out on the basis of paper [7], where energy factor as a tool to pitting detection had been presented in that paper. This paper deals with the energy factor usefulness assessment, disadvantages and advantages of this factor has been analyzed, some modification of idea energy factor has been presented.
W pracy podjęto problematykę wykrywania uszkodzeń lokalnych z wykorzystaniem procedury demodulacyjnej. Wykazano istotność doboru pasma użytego w demodulacji zarówno w sensie jego położenia jak i szerokości. Zaproponowano obiektywne kryterium oparte na kurtozie umożliwiające porównanie wyników demodulacji dla różnych zakresów częstotliwości. Zaproponowano procedurę wykorzystującą opracowane kryterium do wyszukiwania optymalnego (w sensie maksymalnej kurtozy) zakresu częstotliwościowego. Wykazano na przykładach użyteczność zaproponowanej metody.
EN
In the paper is undertaken the problem of local faults detection when using demodulation procedures. It has been shown that the choice of a signal filtration frequency scope and its place is crucial for demodulation process. It has been suggested the objective criteria of the scope and place choice of signal filtration frequency. The criterion is based on filtered signal kurtosis value comparison. It has been given the procedure for optimised frequency scope and place for signal demodulation in the sense of maximum kurtosis value. Case studies have been presented to show usefulness of the proposed procedure for local fault detection.
Niniejsza praca stanowi kontynuację rozpoznania problemu diagnostycznego i określenia właściwości sygnałów diagnostycznych generowanych przez przekładnię planetarną będącą elementem układu napędowego koła czerpakowego w koparce kołowej pracującej w polskim przemyśle wydobywczym. Obiekt diagnozowania wyposażony jest w nowoczesny, skomplikowany, wielokanałowy system diagnostyczny pracujący w trybie on-line z możliwością sterowania i diagnozowania przez Internet. Z diagnostycznego punktu widzenia system nie spełnia oczekiwania użytkowników. Jest to związane z jego złożonością (wymaga wykwalifikowanych służb do zarządzania systemem, interpretacji wyników itp.) oraz wyjątkowo trudnymi warunkami eksploatacyjnymi, w jakich pracuje koparka. Zauważono, że w czasie pracy systemu diagnostycznego dochodzi w pewnych przypadkach do generowania tzw. fałszywych alarmów - czyli zostaje wygenerowana informacja o przekroczeniu progów alarmowych świadczących o wystąpieniu uszkodzenia - mimo, że obiekt jest nadal w dobrym stanie technicznym. Wydaje się uzasadnione powiązanie faktu generowania fałszywych alarmów z warunkami eksploatacyjnymi, w jakich pracuje maszyna (a ściślej warunkami urabiania organu urabiającego). Z punku widzenia diagnostyki jest to analiza wpływu czynnika eksploatacyjnego, który wpływa na postać sygnału diagnostycznego. W pracy wykazano zmienny charakter obciążenia przekładni (zmienność zgodna z teoretycznym przebiegiem obciążenia koła czerpakowego) i wpływ tej zmienności na postać sygnału diagnostycznego (zmienność amplitudy i struktury częstotliwościowej widma).
EN
The paper gives continuation of introductory problem recognition of vibration signal properties generated by planetary gearbox that is the part of the driving system of a bucket wheel excavator used in the polish extractive industry. The object is diagnosed is by a modern elaborate multi-channel diagnostic system that work on-line with possibility to control and diagnosing by an Internet. From diagnostic point of view the does not fulfill its user expectations. It is related with system complexity and user qualification to manage it, and result interpretation, and hard digging condition of a bucket wheel excavator. It have been noticed at some condition the diagnostic system generates false alarms - its generated the information about limit exceeding that should give evidence on driving system faults but actually the planetary gearbox is in good condition. It seems to be that false alarms are related to exploration condition of a bucket wheel. From diagnostic point of view it is a diagnostic factor which is connected with outer load variability which have influence the diagnostic signal and the diagnostic signal analysis way. In the paper has shown that the identified load variability is compatible with theoretical one and it has influence on diagnostic signal (its amplitudes and a spectrum frequency composition).
Zastosowanie modelowania matematycznego i symulacji komputerowej zjawisk dynamicznych w przekładniach zębatych poz.wala wygenerować sygnały i wykonywać na nich analizy podobnie jak dla sygnałów drganiowych z przekładni w czasie jej eksploatacji. Uzyskane sygnały poddawane są analizie w celu określenia diagnostycznych własności sygnału i relacji pomiędzy sygnałem a stanem tech-nicznym. Stan techniczny przekładni zębatej można opisać za pomocą wielu czynników pogrupowa-nych następująco: czynniki konstrukcyjne, czynniki technologiczne, czynniki eksploatacyjne, zmiana stanu. Dotychczasowe publikacje autorów wykazują, że takie sformułowanie problemu prowadzi do wyodrębnienia informacji diagnostycznej zawartej w sygnale drganiowym, co poz.wala ocenić stan techniczny przekładni Do oceny stanu technicznego na podstawie drga n można wykorzystać wiele metod analizy sygnałów. W pracy przegląd i porównanie najpopularniejszych metod stosowanych diagnostyce zorientowanej uszkodzeniowo. Podkreślono problemy z interpretacją wyników analiz cepstrum i widmo obwiedni dla sygnałów drganiowych z przekładni badanych przez autorów. Wy-eksponowano zalety analizy bispektralnej w procesie identyfikacji struktury częstotliwościowej sy-gnału drganiowego, lokalizacji uszkodzeń (nieprawidłowa praca wałów, uszkodzenia lokalne oraz zu-życie) i w wykrywaniu wczesnych faz niesprawności.
EN
Using mathematical modelling and computer simulation we can generate vibration signals and made complex and complete investigation on diagnostic signal properties and on relation between vibration and gearbox condition. Many publications presented by the authors and another investigators proved that it is a truthful way. Gearbox condition should be divided into four groups of factors videlicet: de-sign factors (DF), production technology factors (PTF), operational factors (OF) condition change factors (CCF) collectively DPTOCCF. Publications given by the authors show that using collectively DPTOCCF leads to inferring diagnostic information of gearing system condition. For signal assess-ment may be used signal analysis. A review and comparison of most popular vibration signal analysis method used for fault detection and localisation in gearbox condition assessment problem are pre-sented in this paper. Some disadvantages of cepstrum and envelope spectrum methods are underlines. Bispectrum analysis is recommended for identification of signal structure (as well modulation, defect detection), fault localisation (for example unstable shaft work, local tooth failure, distributed failures) and early stage fault detection.
W pracy omówiono różne metody diagnozowania przekładni dużych mocy stosowanych w napędowych przenośnikach taśmowych. Przedstawiono analizę statystyczną danych uzyskanych z komputerowego systemu diagnostycznego. Zaprezentowano estymaty sygnałów drganiowych. Analiza statystyczna została oparta na zleceniach podanych w(8). W celu zrozumienia natury sygnału diagnostycznego użyto modelowania matematycznego i symulacji komputerowej. W pracy została omówiona szeroko- i wąsko- pasmowa analiza sygnałów diagnostycznych. Praca ilustruje utylitarny charakter szerokopasmowych pomiarów drgań służących do oceny stanu przekładni oraz możliwości zastosowania modelowania matematycznego i symulacji komputerowych do wspomagania wnioskowania diagnostycznego i użycia wąskopasmowej analizy do bardziej precyzyjnej oceny stanu przekładni.
EN
The paper deals with high power gearbox diagnostic different methods are considered. Statistical analysis of data, gathered in a datum base of the computerized diagnostic system, is given. statistical distribution is estimated. The best conformation is obtained for log- normal distribution. Statistical analysis is based on the recommendation given in (8). Mathematical modeling and computer simulation, for better understanding of diagnostic signal nature, is also considered. Wide and narrow band signal analysis of gearbox diagnostic signal is given. The paper exemplifies the use of convenient wide band vibration measurement for gearbox evaluation and possibility of use mathematical modeling and computer simulations for support diagnostic inferring and use of narrow band vibration analysis for more precise gearbox evaluation.
W referacie przedstawiono analizę i sposoby redukcji hałasu generowanego przez trasę przenośnika taśmowego. Analiza ta została oparta na symulacji komputerowej modelu o masach skupionych wycinka trasy przenośnika, analizie modalnej krążników i pomiarach sygnałów drganiowych krążników na stanowisku badawczym.
EN
The paper deals with belt conveyor noise analysis and noise reduction ways. Analysis is based on: computer simulations for model with lumped parameters and for a belt conveyor section, model analysis of an idle, measurement of vibration signals picked from the quality rig.
The paper deals with consideration of finding and presenting possibility of assessment new idlers quality by vibration measurements. Detailed analysis of vibration causes of conveyor idlers is given. Four groups of factor are considered: design, production technology, operation, change of condition. Origins of spectrum vibration components are discussed. The vibration spectrum components are divided as rotation dependent and rotation independent. Results of vibration measurements of different quality idlers are presented.
The paper deals with investigation of vibration signal properties obtained by mathematical modelling and computer simulation. The considered consist of a driven electric engine, one stage gearbox, driven machine. Torsion vibration is considered. Influence of many factor is taken into consideration. The vibration signal obtain by computer simulations is transformed by Fourier transformation to obtained a spectrum. On the base of signal presented by a spectrum some properties of gearing condition can be inferred.
18
Dostęp do pełnego tekstu na zewnętrznej witrynie WWW
W pracy przedstawiono metodę diagnostyki technicznej przekładni planetarnej z nieruchomym wieńcem zębatym o uzębieniu wewnętrznym. Przekładnie planetarne stanowią pierwsze stopnie wielosilnikowego układu napędowego koła czerpakowego koparki kołowej. W pracy zaproponowano metodę diagnostyki przekładni planetarnej wychodząc z analizy czynników wpływających na postać sygnału diagnostycznego. Wykazano, że przy doborze procedury diagnostycznej należy brać pod uwagę czynniki konstrukcyjne, eksploatacyjne oraz zmianę stanu technicznego przekładni.
EN
In paper is given planetary gearbox condition monitoring that has a standstill ring. Planetary gearboxes are first stages of the multi-motor drive of the bucked wheel drive of an excavator. In the paper is proposed the planetary gearbox condition monitoring method which is developed from factors having influence on the diagnostic signal. It is given the prove that for the diagnostic procedure choice should taken design, operation and change of condition factors.
Przedstawiony w artykule system wspomagania decyzji dedykowany jest kopalni podziemnej rudy miedzi, w której sieć przenośników taśmowych stanowi kluczowy element procesu produkcyjnego. Jego opracowanie ze względu na rozległy i złożony obszar parku maszynowego, skomplikowane górnicze uwarunkowanie środowiskowe czy wiele czynników wpływających na degradację, wymagało integracji danych z różnych źródeł, adaptacji zaawansowanych technik ich eksploracji, procedur postępowania czy różnorakich metod diagnostycznych. Ze względu na wielowymiarowy charakter danych diagnostycznych i zróżnicowane konfiguracje techniczne eksploatowanych obiektów, niezbędne było opracowanie i implementacja złożonych modeli analitycznych bazujących na technikach sztucznej inteligencji.
EN
A decision support system, presented in the article, is dedicated to the underground copper ore mine, where the network of conveyor belts is a key element of the production process. Its development, due to its the vast and complex area of machinery stock, complex mining environment, or many factors affecting the degradation, required the integration of data from different sources, adaptation of advanced techniques of exploitation, procedures of conduct or various diagnostic methods. Due to the multidimensional nature of diagnostic data and diverse technical configurations of the operated facilities, it was necessary to develop and implement complex analytical models based on artificial intelligence techniques.