Diagnostik Getaran Komponen Lokomotif Kereta Api: Panduan Lengkap untuk Teknisi Perbaikan

2.3.1.1. Dasar-dasar Getaran: Gaya Osilasi dan Getaran pada Peralatan Berputar

Prinsip Dasar Getaran Mekanik

Getaran mekanis merupakan gerakan osilasi sistem mekanis di sekitar posisi keseimbangannya. Teknisi yang bekerja dengan komponen lokomotif harus memahami bahwa getaran terwujud dalam tiga parameter mendasar: perpindahan, kecepatan, dan percepatan. Setiap parameter memberikan wawasan unik tentang kondisi peralatan dan karakteristik operasional.

perpindahan getaran mengukur pergerakan fisik komponen yang sebenarnya dari posisi diamnya. Parameter ini terbukti sangat berharga untuk menganalisis getaran frekuensi rendah yang biasanya ditemukan pada ketidakseimbangan mesin yang berputar dan masalah pondasi. Amplitudo perpindahan secara langsung berkorelasi dengan pola keausan pada permukaan bantalan dan komponen kopling.

Kecepatan getaran menunjukkan laju perubahan perpindahan dari waktu ke waktu. Parameter ini menunjukkan sensitivitas luar biasa terhadap kesalahan mekanis pada rentang frekuensi yang luas, menjadikannya parameter yang paling banyak digunakan dalam pemantauan getaran industri. Pengukuran kecepatan secara efektif mendeteksi kesalahan yang berkembang pada kotak roda gigi, bantalan motor, dan sistem kopling sebelum mencapai tahap kritis.

Percepatan getaran mengukur laju perubahan kecepatan dari waktu ke waktu. Pengukuran percepatan frekuensi tinggi sangat baik dalam mendeteksi cacat bantalan tahap awal, kerusakan gigi roda gigi, dan fenomena terkait benturan. Parameter percepatan menjadi semakin penting saat memantau mesin bantu berkecepatan tinggi dan mendeteksi beban jenis guncangan.

Karakteristik Periode dan Frekuensi

Periode (T) merupakan waktu yang dibutuhkan untuk satu siklus osilasi lengkap, sedangkan frekuensi (f) menunjukkan jumlah siklus yang terjadi per satuan waktu. Parameter ini menjadi dasar bagi semua teknik analisis getaran yang digunakan dalam diagnostik lokomotif.

Komponen lokomotif kereta api beroperasi pada rentang frekuensi yang beragam. Frekuensi putaran roda gigi biasanya berkisar antara 5-50 Hz selama operasi normal, sedangkan frekuensi susunan roda gigi berkisar antara 200-2000 Hz, tergantung pada rasio roda gigi dan kecepatan putaran. Frekuensi cacat bantalan sering kali muncul dalam rentang 500-5000 Hz, yang memerlukan teknik pengukuran dan metode analisis khusus.

Pengukuran Getaran Absolut dan Relatif

Pengukuran getaran absolut merujuk pada amplitudo getaran ke sistem koordinat tetap, biasanya berupa kerangka acuan tanah atau inersia. Akselerometer seismik dan transduser kecepatan memberikan pengukuran absolut dengan memanfaatkan massa inersia internal yang tetap diam sementara rumah sensor bergerak bersama komponen yang dipantau.

Pengukuran getaran relatif membandingkan getaran satu komponen dengan komponen bergerak lainnya. Probe jarak dekat yang dipasang pada rumah bantalan mengukur getaran poros relatif terhadap bantalan, memberikan informasi penting tentang dinamika rotor, pertumbuhan termal, dan perubahan jarak bebas bantalan.

Dalam aplikasi lokomotif, teknisi biasanya menggunakan pengukuran absolut untuk sebagian besar prosedur diagnostik karena pengukuran tersebut memberikan informasi yang komprehensif tentang gerakan komponen dan dapat mendeteksi masalah mekanis dan struktural. Pengukuran relatif menjadi penting saat menganalisis mesin berputar besar di mana gerakan poros relatif terhadap bantalan menunjukkan masalah jarak bebas internal atau ketidakstabilan rotor.

Satuan Pengukuran Linear dan Logaritma

Satuan pengukuran linear menyatakan amplitudo getaran dalam besaran fisik langsung seperti milimeter (mm) untuk perpindahan, milimeter per detik (mm/s) untuk kecepatan, dan meter per detik kuadrat (m/s²) untuk percepatan. Satuan ini memfasilitasi korelasi langsung dengan fenomena fisik dan memberikan pemahaman intuitif tentang tingkat keparahan getaran.

Satuan logaritmik, khususnya desibel (dB), memampatkan rentang dinamis yang lebar ke dalam skala yang dapat dikelola. Skala desibel terbukti sangat berharga saat menganalisis spektrum getaran pita lebar di mana variasi amplitudo mencakup beberapa orde besaran. Banyak penganalisis getaran modern menawarkan opsi tampilan linear dan logaritmik untuk mengakomodasi berbagai persyaratan analisis.

Standar Internasional dan Kerangka Regulasi

Organisasi Internasional untuk Standardisasi (ISO) menetapkan standar yang diakui secara global untuk pengukuran dan analisis getaran. Seri ISO 10816 mendefinisikan kriteria tingkat keparahan getaran untuk berbagai kelas mesin, sementara ISO 13373 membahas prosedur pemantauan dan diagnostik kondisi.

Untuk aplikasi perkeretaapian, teknisi harus mempertimbangkan standar khusus yang membahas lingkungan operasional yang unik. ISO 14837-1 memberikan panduan getaran di darat untuk sistem perkeretaapian, sementara EN 15313 menetapkan spesifikasi aplikasi perkeretaapian untuk desain rangka bogie dan rangka roda dengan pertimbangan getaran.

Standar GOST Rusia melengkapi persyaratan internasional dengan ketentuan khusus kawasan. GOST 25275 menetapkan prosedur pengukuran getaran untuk mesin berputar, sementara GOST R 52161 membahas persyaratan pengujian getaran gerbong kereta api.

Klasifikasi Sinyal Getaran

Getaran periodik mengulang pola yang identik pada interval waktu yang teratur. Mesin yang berputar menghasilkan tanda getaran periodik yang dominan terkait dengan kecepatan putar, frekuensi susunan roda gigi, dan lintasan elemen bantalan. Pola yang dapat diprediksi ini memungkinkan identifikasi kesalahan dan penilaian tingkat keparahan yang tepat.

Getaran acak menunjukkan karakteristik statistik daripada deterministik. Getaran akibat gesekan, kebisingan aliran turbulen, dan interaksi jalan/rel menghasilkan komponen getaran acak yang memerlukan teknik analisis statistik untuk interpretasi yang tepat.

Getaran sementara terjadi sebagai peristiwa yang terisolasi dengan durasi terbatas. Beban benturan, keterlibatan gigi roda gigi, dan benturan elemen bantalan menghasilkan tanda-tanda getaran sementara yang memerlukan teknik analisis khusus seperti perataan sinkron waktu dan analisis selubung.

Deskripsi Amplitudo Getaran

Insinyur memanfaatkan berbagai deskriptor amplitudo untuk mengkarakterisasi sinyal getaran secara efektif. Setiap deskriptor memberikan wawasan unik tentang karakteristik getaran dan pola perkembangan kesalahan.

Amplitudo puncak mewakili nilai sesaat maksimum yang terjadi selama periode pengukuran. Parameter ini secara efektif mengidentifikasi kejadian jenis benturan dan beban kejut, tetapi mungkin tidak secara akurat mewakili tingkat getaran berkelanjutan.

Amplitudo Akar Rata-rata Kuadrat (RMS) menyediakan kandungan energi efektif dari sinyal getaran. Nilai RMS berkorelasi baik dengan tingkat keausan mesin dan disipasi energi, menjadikan parameter ini ideal untuk analisis tren dan penilaian tingkat keparahan.

Amplitudo rata-rata merupakan rata-rata aritmatika dari nilai amplitudo absolut selama periode pengukuran. Parameter ini memberikan korelasi yang baik dengan karakteristik permukaan akhir dan keausan, tetapi mungkin meremehkan tanda-tanda kerusakan yang terjadi sesekali.

Amplitudo Puncak ke Puncak mengukur total penyimpangan antara nilai amplitudo positif dan negatif maksimum. Parameter ini terbukti berharga untuk menilai masalah terkait jarak bebas dan mengidentifikasi kelonggaran mekanis.

Faktor Puncak menunjukkan rasio amplitudo puncak terhadap amplitudo RMS, yang memberikan wawasan tentang karakteristik sinyal. Faktor puncak yang rendah (1,4-2,0) menunjukkan getaran yang didominasi sinusoidal, sedangkan faktor puncak yang tinggi (>4,0) menunjukkan perilaku impulsif atau tipe guncangan yang merupakan karakteristik dari kesalahan bantalan yang sedang berkembang.

Teknologi Sensor Getaran dan Metode Pemasangan

Akselerometer merupakan sensor getaran paling serbaguna untuk aplikasi lokomotif. Akselerometer piezoelektrik menghasilkan muatan listrik yang sebanding dengan percepatan yang diberikan, menawarkan respons frekuensi yang sangat baik dari 2 Hz hingga 10 kHz dengan distorsi fase yang minimal. Sensor ini menunjukkan ketahanan yang luar biasa di lingkungan rel kereta api yang keras sambil mempertahankan sensitivitas tinggi dan karakteristik kebisingan yang rendah.

Transduser kecepatan menggunakan prinsip induksi elektromagnetik untuk menghasilkan sinyal tegangan yang sebanding dengan kecepatan getaran. Sensor ini unggul dalam aplikasi frekuensi rendah (0,5-1000 Hz) dan memberikan rasio sinyal terhadap derau yang unggul untuk aplikasi pemantauan mesin. Namun, ukurannya yang lebih besar dan sensitivitas suhunya dapat membatasi opsi pemasangan pada komponen lokomotif yang ringkas.

Probe jarak dekat menggunakan prinsip arus eddy untuk mengukur perpindahan relatif antara sensor dan permukaan target. Sensor ini terbukti sangat berharga untuk pemantauan getaran poros dan penilaian jarak bebas bantalan tetapi memerlukan prosedur pemasangan dan kalibrasi yang cermat.

Pemasangan sensor yang tepat berdampak signifikan pada akurasi dan keandalan pengukuran. Teknisi harus memastikan sambungan mekanis yang kuat antara sensor dan komponen yang dipantau untuk menghindari efek resonansi dan distorsi sinyal. Kancing berulir menyediakan pemasangan yang optimal untuk pemasangan permanen, sementara alas magnet menawarkan kemudahan untuk pengukuran berkala pada permukaan feromagnetik.

Asal Mula Getaran Peralatan Berputar

Sumber getaran mekanis muncul akibat ketidakseimbangan massa, ketidakselarasan, kelonggaran, dan keausan. Komponen berputar yang tidak seimbang menghasilkan gaya sentrifugal yang sebanding dengan kuadrat kecepatan putar, sehingga menciptakan getaran pada frekuensi putar dan harmoniknya. Ketidakselarasan antara poros yang disambung menghasilkan komponen getaran radial dan aksial pada frekuensi putar dan dua kali frekuensi putar.

Sumber getaran elektromagnetik berasal dari variasi gaya magnet pada motor listrik. Eksentrisitas celah udara, cacat batang rotor, dan kesalahan belitan stator menciptakan gaya elektromagnetik yang termodulasi pada frekuensi saluran dan harmoniknya. Gaya-gaya ini berinteraksi dengan resonansi mekanis untuk menghasilkan tanda getaran kompleks yang memerlukan teknik analisis canggih.

Sumber getaran aerodinamis dan hidrodinamis dihasilkan dari interaksi aliran fluida dengan komponen yang berputar. Lintasan bilah kipas, interaksi bilah pompa, dan pemisahan aliran turbulen menghasilkan getaran pada frekuensi lintasan bilah/bilah dan harmoniknya. Sumber-sumber ini menjadi sangat penting dalam mesin bantu yang beroperasi pada kecepatan tinggi dengan kebutuhan penanganan fluida yang signifikan.

2.3.1.2. Sistem Lokomotif: WMB, WGB, AM dan Komponennya sebagai Sistem Osilasi

Klasifikasi Peralatan Rotasi pada Aplikasi Lokomotif

Peralatan putar lokomotif mencakup tiga kategori utama, yang masing-masing menghadirkan karakteristik getaran dan tantangan diagnostik yang unik. Blok Motor-Roda (WMB) mengintegrasikan motor traksi secara langsung dengan roda penggerak, sehingga menciptakan sistem dinamis yang kompleks yang tunduk pada gaya eksitasi listrik dan mekanis. Blok Roda-Gigi (WGB) menggunakan sistem reduksi gigi antara antara motor dan roda, yang memperkenalkan sumber getaran tambahan melalui interaksi jala roda gigi. Mesin Bantu (AM) meliputi kipas pendingin, kompresor udara, pompa hidrolik, dan peralatan pendukung lainnya yang beroperasi secara independen dari sistem traksi utama.

Sistem mekanis ini menunjukkan perilaku osilasi yang diatur oleh prinsip dasar dinamika dan teori getaran. Setiap komponen memiliki frekuensi alami yang ditentukan oleh distribusi massa, karakteristik kekakuan, dan kondisi batas. Memahami frekuensi alami ini menjadi penting untuk menghindari kondisi resonansi yang dapat menyebabkan amplitudo getaran yang berlebihan dan keausan komponen yang lebih cepat.

Klasifikasi Sistem Osilasi

Osilasi bebas terjadi ketika sistem bergetar pada frekuensi alami setelah gangguan awal tanpa gaya eksternal yang berkelanjutan. Dalam aplikasi lokomotif, osilasi bebas muncul selama transien penyalaan dan penghentian saat kecepatan rotasi melewati frekuensi alami. Kondisi transien ini memberikan informasi diagnostik yang berharga tentang kekakuan sistem dan karakteristik peredaman.

Osilasi paksa dihasilkan dari gaya eksitasi periodik berkelanjutan yang bekerja pada sistem mekanis. Ketidakseimbangan putaran, gaya jala roda gigi, dan eksitasi elektromagnetik menciptakan getaran paksa pada frekuensi tertentu yang terkait dengan kecepatan putar dan geometri sistem. Amplitudo getaran paksa bergantung pada hubungan antara frekuensi eksitasi dan frekuensi alami sistem.

Osilasi parametrik muncul ketika parameter sistem berubah secara berkala dari waktu ke waktu. Kekakuan yang berubah-ubah pada kontak jala roda gigi, variasi jarak bebas bantalan, dan fluktuasi fluks magnetik menciptakan eksitasi parametrik yang dapat menyebabkan pertumbuhan getaran yang tidak stabil bahkan tanpa pemaksaan langsung.

Osilasi eksitasi sendiri (Osilasi otomatis) berkembang ketika mekanisme disipasi energi sistem menjadi negatif, yang menyebabkan pertumbuhan getaran berkelanjutan tanpa pemaksaan periodik eksternal. Perilaku stick-slip yang disebabkan oleh gesekan, getaran aerodinamis, dan ketidakstabilan elektromagnetik tertentu dapat menciptakan getaran yang tereksitasi sendiri yang memerlukan kontrol aktif atau modifikasi desain untuk mitigasi.

Penentuan Frekuensi Alami dan Fenomena Resonansi

Frekuensi alami merupakan karakteristik getaran inheren dari sistem mekanis yang tidak bergantung pada eksitasi eksternal. Frekuensi ini hanya bergantung pada distribusi massa dan sifat kekakuan sistem. Untuk sistem dengan satu derajat kebebasan, perhitungan frekuensi alami mengikuti rumus yang sudah mapan yang menghubungkan parameter massa dan kekakuan.

Komponen lokomotif yang kompleks menunjukkan beberapa frekuensi alami yang sesuai dengan berbagai mode getaran. Mode tekukan, mode torsi, dan mode kopling masing-masing memiliki karakteristik frekuensi dan pola spasial yang berbeda. Teknik analisis mode membantu teknisi mengidentifikasi frekuensi ini dan bentuk mode terkait untuk pengendalian getaran yang efektif.

Resonansi terjadi ketika frekuensi eksitasi bertepatan dengan frekuensi alami, yang menghasilkan respons getaran yang diperkuat secara dramatis. Faktor penguatan bergantung pada peredaman sistem, dengan sistem yang sedikit teredam menunjukkan puncak resonansi yang jauh lebih tinggi daripada sistem yang sangat teredam. Insinyur harus memastikan kecepatan operasi menghindari kondisi resonansi kritis atau menyediakan peredaman yang memadai untuk membatasi amplitudo getaran.

Mekanisme Peredam dan Efeknya

Peredam merupakan mekanisme pembuangan energi yang membatasi pertumbuhan amplitudo getaran dan memberikan stabilitas sistem. Berbagai sumber peredam berkontribusi terhadap perilaku sistem secara keseluruhan, termasuk peredaman internal material, peredaman gesekan, dan peredaman fluida dari pelumas dan udara di sekitarnya.

Peredam material muncul akibat gesekan internal di dalam material komponen selama pembebanan tegangan siklik. Mekanisme peredam ini terbukti sangat penting dalam komponen besi cor, elemen pemasangan karet, dan material komposit yang digunakan dalam konstruksi lokomotif modern.

Peredam gesekan terjadi pada permukaan antarmuka antara komponen, termasuk permukaan bantalan, sambungan baut, dan rakitan yang dapat menyusut. Meskipun peredam gesekan dapat memberikan pengendalian getaran yang bermanfaat, peredaman ini juga dapat menimbulkan efek nonlinier dan perilaku yang tidak dapat diprediksi dalam berbagai kondisi beban.

Peredam fluida dihasilkan dari gaya viskos dalam lapisan pelumas, sistem hidrolik, dan interaksi aerodinamis. Peredam lapisan oli dalam bantalan jurnal memberikan stabilitas penting untuk mesin berputar berkecepatan tinggi, sementara peredam viskos dapat sengaja dimasukkan untuk pengendalian getaran.

Klasifikasi Gaya Eksitasi

Gaya sentrifugal berkembang dari ketidakseimbangan massa dalam komponen yang berputar, menciptakan gaya yang sebanding dengan kuadrat kecepatan putar. Gaya-gaya ini bekerja secara radial ke luar dan berputar bersama komponen, menghasilkan getaran pada frekuensi putar. Besaran gaya sentrifugal meningkat cepat seiring kecepatan, sehingga keseimbangan yang tepat sangat penting untuk operasi berkecepatan tinggi.

Gaya kinematika muncul dari kendala geometri yang memaksakan gerakan tidak seragam pada komponen sistem. Mekanisme resiprokal, pengikut cam, dan sistem roda gigi dengan kesalahan profil menghasilkan gaya eksitasi kinematik. Gaya-gaya ini biasanya menunjukkan konten frekuensi kompleks yang terkait dengan geometri sistem dan kecepatan rotasi.

Kekuatan benturan diakibatkan oleh penerapan beban mendadak atau peristiwa tabrakan antar komponen. Keterikatan gigi roda gigi, elemen bantalan yang menggelinding di atas cacat permukaan, dan interaksi roda-rel menciptakan gaya benturan yang dicirikan oleh konten frekuensi yang luas dan faktor puncak yang tinggi. Gaya benturan memerlukan teknik analisis khusus untuk karakterisasi yang tepat.

Gaya gesekan berkembang dari kontak geser antara permukaan dengan gerakan relatif. Aplikasi rem, bantalan yang bergeser, dan pergerakan roda-rel menghasilkan gaya gesek yang dapat menunjukkan perilaku selip-tongkat yang menyebabkan getaran yang tereksitasi sendiri. Karakteristik gaya gesek sangat bergantung pada kondisi permukaan, pelumasan, dan beban normal.

Kekuatan elektromagnetik berasal dari interaksi medan magnet pada motor dan generator listrik. Gaya elektromagnetik radial dihasilkan dari variasi celah udara, geometri bagian kutub, dan asimetri distribusi arus. Gaya-gaya ini menciptakan getaran pada frekuensi saluran, frekuensi lintasan slot, dan kombinasinya.

Properti Sistem Bergantung Frekuensi

Sistem mekanis menunjukkan karakteristik dinamis yang bergantung pada frekuensi yang secara signifikan memengaruhi transmisi dan amplifikasi getaran. Kekakuan sistem, peredaman, dan sifat inersia berpadu untuk menciptakan fungsi respons frekuensi kompleks yang menggambarkan hubungan amplitudo dan fase getaran antara eksitasi input dan respons sistem.

Pada frekuensi jauh di bawah frekuensi alami pertama, sistem berperilaku seperti kuasi-statis dengan amplitudo getaran yang proporsional dengan amplitudo gaya eksitasi. Amplifikasi dinamis tetap minimal, dan hubungan fase tetap hampir nol.

Di dekat frekuensi alami, amplifikasi dinamis dapat mencapai nilai 10-100 kali defleksi statis, tergantung pada tingkat redaman. Hubungan fase bergeser cepat hingga 90 derajat pada resonansi, memberikan identifikasi yang jelas tentang lokasi frekuensi alami.

Pada frekuensi yang jauh di atas frekuensi alami, efek inersia mendominasi perilaku sistem, yang menyebabkan amplitudo getaran menurun seiring dengan peningkatan frekuensi. Redaman getaran frekuensi tinggi menyediakan penyaringan alami yang membantu mengisolasi komponen sensitif dari gangguan frekuensi tinggi.

Sistem Parameter Tergabung vs. Sistem Parameter Terdistribusi

Blok Motor-Roda dapat dimodelkan sebagai sistem parameter yang tergabung saat menganalisis mode getaran frekuensi rendah di mana dimensi komponen tetap kecil dibandingkan dengan panjang gelombang getaran. Pendekatan ini menyederhanakan analisis dengan merepresentasikan massa terdistribusi dan sifat kekakuan sebagai elemen diskrit yang dihubungkan oleh pegas tanpa massa dan sambungan kaku.

Model parameter tergabung terbukti efektif untuk menganalisis ketidakseimbangan rotor, efek kekakuan tumpuan bantalan, dan dinamika kopling frekuensi rendah antara komponen motor dan roda. Model ini memfasilitasi analisis cepat dan memberikan wawasan fisik yang jelas tentang perilaku sistem.

Model parameter terdistribusi menjadi penting saat menganalisis mode getaran frekuensi tinggi di mana dimensi komponen mendekati panjang gelombang getaran. Mode tekukan poros, fleksibilitas gigi roda gigi, dan resonansi akustik memerlukan penanganan parameter terdistribusi untuk prediksi yang akurat.

Model parameter terdistribusi memperhitungkan efek perambatan gelombang, bentuk mode lokal, dan perilaku yang bergantung pada frekuensi yang tidak dapat ditangkap oleh model parameter tergabung. Model ini biasanya memerlukan teknik penyelesaian numerik tetapi memberikan karakterisasi sistem yang lebih lengkap.

2.3.1.3. Sifat dan Karakteristik Getaran Frekuensi Rendah, Frekuensi Sedang, Frekuensi Tinggi, dan Getaran Ultrasonik pada WMB, WGB, dan AM

Klasifikasi Pita Frekuensi dan Maknanya

Analisis frekuensi getaran memerlukan klasifikasi pita frekuensi yang sistematis untuk mengoptimalkan prosedur diagnostik dan pemilihan peralatan. Setiap pita frekuensi memberikan informasi unik tentang fenomena mekanis tertentu dan tahap perkembangan kesalahan.

Getaran frekuensi rendah (1-200 Hz) terutama berasal dari ketidakseimbangan mesin yang berputar, ketidaksejajaran, dan resonansi struktural. Rentang frekuensi ini menangkap frekuensi rotasi fundamental dan harmonik orde rendahnya, yang memberikan informasi penting tentang kondisi mekanis dan stabilitas operasional.

Getaran frekuensi menengah (200-2000 Hz) meliputi frekuensi mesh roda gigi, harmonik eksitasi elektromagnetik, dan resonansi mekanis komponen struktural utama. Rentang frekuensi ini terbukti penting untuk mendiagnosis keausan gigi roda gigi, masalah elektromagnetik motor, dan kerusakan kopling.

Getaran frekuensi tinggi (2000-20000 Hz) mengungkap tanda-tanda cacat bantalan, gaya benturan gigi roda gigi, dan harmonik elektromagnetik tingkat tinggi. Rentang frekuensi ini memberikan peringatan dini tentang perkembangan kesalahan sebelum kesalahan tersebut muncul di pita frekuensi yang lebih rendah.

Getaran ultrasonik (20000+ Hz) mendeteksi cacat bantalan yang baru terjadi, kerusakan lapisan pelumas, dan fenomena terkait gesekan. Pengukuran ultrasonik memerlukan sensor dan teknik analisis khusus, tetapi memberikan kemampuan deteksi kesalahan sedini mungkin.

Analisis Getaran Frekuensi Rendah

Analisis getaran frekuensi rendah berfokus pada frekuensi rotasi fundamental dan harmoniknya hingga sekitar orde ke-10. Analisis ini mengungkap kondisi mekanis utama termasuk ketidakseimbangan massa, ketidaksejajaran poros, kelonggaran mekanis, dan masalah jarak bebas bantalan.

Getaran frekuensi rotasi (1×) menunjukkan kondisi ketidakseimbangan massa yang menciptakan gaya sentrifugal yang berputar bersama poros. Ketidakseimbangan murni menghasilkan getaran terutama pada frekuensi rotasi dengan kandungan harmonik minimal. Amplitudo getaran meningkat secara proporsional dengan kuadrat kecepatan rotasi, memberikan indikasi diagnostik yang jelas.

Getaran frekuensi rotasi ganda (2×) biasanya menunjukkan ketidakselarasan antara poros atau komponen yang disambung. Ketidakselarasan sudut menciptakan pola tegangan bergantian yang berulang dua kali per putaran, menghasilkan ciri khas getaran 2×. Ketidakselarasan paralel juga dapat menyebabkan getaran 2× melalui distribusi beban yang bervariasi.

Beberapa konten harmonik (3×, 4×, 5×, dst.) menunjukkan kelonggaran mekanis, kopling yang aus, atau masalah struktural. Kelonggaran memungkinkan transmisi gaya non-linier yang menghasilkan konten harmonik yang kaya yang melampaui frekuensi dasar. Pola harmonik memberikan informasi diagnostik tentang lokasi dan tingkat keparahan kelonggaran.

Karakteristik Getaran Frekuensi Menengah

Analisis frekuensi menengah berfokus pada frekuensi jaringan roda gigi dan pola modulasinya. Frekuensi jaringan roda gigi sama dengan hasil perkalian frekuensi rotasi dan jumlah gigi, sehingga menghasilkan garis spektrum yang dapat diprediksi yang menunjukkan kondisi roda gigi dan distribusi beban.

Roda gigi yang sehat menghasilkan getaran yang menonjol pada frekuensi jala roda gigi dengan sideband yang minimal. Keausan gigi, keretakan gigi, atau beban yang tidak merata menciptakan modulasi amplitudo frekuensi jala, menghasilkan sideband yang berjarak pada frekuensi rotasi roda gigi yang saling bertautan.

Getaran elektromagnetik pada motor traksi terutama terjadi pada rentang frekuensi menengah. Harmonik frekuensi saluran, frekuensi lintasan slot, dan frekuensi lintasan kutub menciptakan pola spektrum karakteristik yang menunjukkan kondisi motor dan karakteristik beban.

Frekuensi lintasan slot sama dengan hasil perkalian frekuensi rotasi dan jumlah slot rotor, yang menghasilkan getaran melalui variasi permeabilitas magnetik saat slot rotor melewati kutub stator. Batang rotor yang rusak atau cacat cincin ujung memodulasi frekuensi lintasan slot, sehingga menciptakan pita samping diagnostik.

Analisis Getaran Frekuensi Tinggi

Analisis getaran frekuensi tinggi menargetkan frekuensi cacat bantalan dan harmonik susunan roda gigi tingkat tinggi. Bantalan elemen bergulir menghasilkan frekuensi karakteristik berdasarkan geometri dan kecepatan putar, yang menyediakan kemampuan diagnostik yang tepat untuk penilaian kondisi bantalan.

Ball Pass Frequency Outer race (BPFO) terjadi saat elemen bergulir melewati cacat outer race yang stasioner. Frekuensi ini bergantung pada geometri bantalan dan biasanya berkisar antara 3-8 kali frekuensi rotasi untuk desain bantalan umum.

Ball Pass Frequency Inner race (BPFI) terjadi akibat elemen yang bergulir mengalami cacat inner race. Karena inner race berputar bersama poros, BPFI biasanya melebihi BPFO dan dapat menunjukkan modulasi frekuensi rotasi karena efek zona beban.

Fundamental Train Frequency (FTF) merupakan frekuensi putaran sangkar dan biasanya sama dengan 0,4-0,45 kali frekuensi putaran poros. Cacat sangkar atau masalah pelumasan dapat menimbulkan getaran pada FTF dan harmoniknya.

Ball Spin Frequency (BSF) menunjukkan rotasi elemen bergulir individual pada porosnya sendiri. Frekuensi ini jarang muncul dalam spektrum getaran kecuali elemen bergulir menunjukkan cacat permukaan atau ketidakteraturan dimensi.

Aplikasi Getaran Ultrasonik

Pengukuran getaran ultrasonik mendeteksi cacat bantalan yang baru muncul beberapa minggu atau bulan sebelum terlihat dalam analisis getaran konvensional. Kontak kekasaran permukaan, retakan mikro, dan kerusakan lapisan pelumas menghasilkan emisi ultrasonik yang mendahului perubahan terukur dalam frekuensi cacat bantalan.

Teknik analisis amplop mengekstrak informasi modulasi amplitudo dari frekuensi pembawa ultrasonik, mengungkap pola modulasi frekuensi rendah yang sesuai dengan frekuensi cacat bantalan. Pendekatan ini menggabungkan sensitivitas frekuensi tinggi dengan informasi diagnostik frekuensi rendah.

Pengukuran ultrasonik memerlukan pemilihan dan pemasangan sensor yang cermat untuk menghindari kontaminasi sinyal akibat gangguan elektromagnetik dan kebisingan mekanis. Akselerometer dengan respons frekuensi yang melampaui 50 kHz dan pengkondisian sinyal yang tepat memberikan pengukuran ultrasonik yang andal.

Asal Usul Getaran Mekanik vs. Getaran Elektromagnetik

Sumber getaran mekanis menghasilkan eksitasi pita lebar dengan konten frekuensi yang terkait dengan geometri dan kinematika komponen. Gaya impak dari cacat bantalan, pengikatan gigi roda gigi, dan kelonggaran mekanis menghasilkan sinyal impulsif dengan konten harmonik yang kaya yang mencakup rentang frekuensi yang luas.

Sumber getaran elektromagnetik menghasilkan komponen frekuensi diskrit yang terkait dengan frekuensi pasokan listrik dan parameter desain motor. Frekuensi ini tetap independen dari kecepatan putaran mekanis dan mempertahankan hubungan tetap dengan frekuensi sistem daya.

Membedakan antara sumber getaran mekanis dan elektromagnetik memerlukan analisis yang cermat terhadap hubungan frekuensi dan ketergantungan beban. Getaran mekanis biasanya bervariasi dengan kecepatan putar dan beban mekanis, sedangkan getaran elektromagnetik berkorelasi dengan beban listrik dan kualitas tegangan suplai.

Karakteristik Dampak dan Getaran Guncangan

Getaran benturan terjadi akibat penerapan gaya tiba-tiba dengan durasi yang sangat singkat. Keterikatan gigi roda gigi, benturan elemen bantalan, dan kontak roda-rel menghasilkan gaya benturan yang menimbulkan beberapa resonansi struktural secara bersamaan.

Peristiwa tumbukan menghasilkan tanda domain waktu yang khas dengan faktor puncak yang tinggi dan konten frekuensi yang luas. Spektrum frekuensi getaran tumbukan lebih bergantung pada karakteristik respons struktural daripada pada peristiwa tumbukan itu sendiri, yang memerlukan analisis domain waktu untuk interpretasi yang tepat.

Analisis spektrum respons guncangan memberikan karakterisasi komprehensif respons struktural terhadap beban benturan. Analisis ini mengungkap frekuensi alami mana yang dipicu oleh peristiwa benturan dan kontribusi relatifnya terhadap tingkat getaran keseluruhan.

Getaran Acak dari Sumber Gesekan

Getaran yang disebabkan oleh gesekan menunjukkan karakteristik acak karena sifat stokastik dari fenomena kontak permukaan. Derit rem, getaran bantalan, dan interaksi roda-rel menciptakan getaran acak pita lebar yang memerlukan teknik analisis statistik.

Perilaku stick-slip dalam sistem gesekan menciptakan getaran yang tereksitasi sendiri dengan konten frekuensi yang kompleks. Variasi gaya gesekan selama siklus stick-slip menghasilkan komponen getaran subharmonik yang mungkin bertepatan dengan resonansi struktural, yang mengarah ke tingkat getaran yang diperkuat.

Analisis getaran acak menggunakan fungsi kerapatan spektral daya dan parameter statistik seperti tingkat RMS dan distribusi probabilitas. Teknik-teknik ini memberikan penilaian kuantitatif terhadap tingkat keparahan getaran acak dan dampak potensialnya terhadap umur lelah komponen.

2.3.1.4. Fitur Desain WMB, WGB, AM dan Dampaknya terhadap Karakteristik Getaran

Konfigurasi WMB, WGB, dan AM Utama

Produsen lokomotif menggunakan berbagai pengaturan mekanis untuk menyalurkan daya dari motor traksi ke rangkaian roda penggerak. Setiap konfigurasi menghadirkan karakteristik getaran unik yang secara langsung memengaruhi pendekatan diagnostik dan persyaratan perawatan.

Motor traksi yang digantung di hidung dipasang langsung pada as roda, menciptakan kopling mekanis yang kaku antara motor dan roda. Konfigurasi ini meminimalkan kehilangan transmisi daya tetapi membuat motor mengalami semua getaran dan benturan yang disebabkan oleh lintasan. Susunan pemasangan langsung menggabungkan getaran elektromagnetik motor dengan getaran mekanis roda, menciptakan pola spektral yang kompleks yang memerlukan analisis yang cermat.

Motor traksi yang dipasang pada rangka menggunakan sistem kopling fleksibel untuk menyalurkan daya ke rangkaian roda sekaligus mengisolasi motor dari gangguan lintasan. Sambungan universal, kopling fleksibel, atau kopling tipe roda gigi mengakomodasi gerakan relatif antara motor dan rangkaian roda sekaligus mempertahankan kemampuan penyaluran daya. Pengaturan ini mengurangi paparan getaran motor tetapi menimbulkan sumber getaran tambahan melalui dinamika kopling.

Sistem penggerak roda gigi menggunakan reduksi roda gigi antara motor dan roda untuk mengoptimalkan karakteristik pengoperasian motor. Reduksi roda gigi heliks satu tahap memberikan desain yang ringkas dengan tingkat kebisingan sedang, sementara sistem reduksi dua tahap menawarkan fleksibilitas yang lebih besar dalam pemilihan rasio tetapi meningkatkan kompleksitas dan potensi sumber getaran.

Sistem Kopling Mekanik dan Transmisi Getaran

Antarmuka mekanis antara rotor motor traksi dan pinion roda gigi secara signifikan memengaruhi karakteristik transmisi getaran. Sambungan yang pas dan menyusut menyediakan kopling kaku dengan konsentrisitas yang sangat baik tetapi dapat menimbulkan tekanan perakitan yang memengaruhi kualitas keseimbangan rotor.

Sambungan pasak mengakomodasi ekspansi termal dan menyederhanakan prosedur perakitan, tetapi menimbulkan reaksi balik dan potensi beban benturan selama pembalikan torsi. Keausan pasak menciptakan jarak bebas tambahan yang menghasilkan gaya benturan pada frekuensi rotasi dua kali lipat selama siklus akselerasi dan deselerasi.

Sambungan beralur menawarkan kemampuan transmisi torsi yang unggul dan mengakomodasi perpindahan aksial tetapi memerlukan toleransi produksi yang tepat untuk meminimalkan getaran yang dihasilkan. Keausan beralur menciptakan reaksi balik melingkar yang menghasilkan pola getaran kompleks tergantung pada kondisi beban.

Sistem kopling fleksibel mengisolasi getaran torsional sekaligus mengakomodasi ketidaksejajaran antara poros yang terhubung. Kopling elastomerik memberikan isolasi getaran yang sangat baik tetapi menunjukkan karakteristik kekakuan yang bergantung pada suhu yang memengaruhi lokasi frekuensi alami. Kopling tipe roda gigi mempertahankan sifat kekakuan yang konstan tetapi menghasilkan getaran frekuensi mesh yang menambah konten spektral sistem secara keseluruhan.

Konfigurasi Bantalan Poros Roda

Bantalan poros roda mendukung beban vertikal, lateral, dan dorong sambil mengakomodasi ekspansi termal dan variasi geometri lintasan. Bantalan rol silinder menangani beban radial secara efisien tetapi memerlukan pengaturan bantalan dorong terpisah untuk dukungan beban aksial.

Bantalan rol tirus memberikan kemampuan beban radial dan dorong gabungan dengan karakteristik kekakuan yang lebih unggul dibandingkan dengan bantalan bola. Geometri tirus menciptakan beban awal yang melekat yang menghilangkan jarak bebas internal tetapi memerlukan penyesuaian yang tepat untuk menghindari beban yang berlebihan atau dukungan yang tidak memadai.

Bantalan rol bulat dua baris mengakomodasi beban radial besar dan beban dorong sedang sekaligus menyediakan kemampuan penyelarasan otomatis untuk mengimbangi defleksi poros dan ketidaksejajaran rangka. Geometri lintasan luar bulat menciptakan peredaman lapisan oli yang membantu mengendalikan transmisi getaran.

Jarak bebas internal bantalan secara signifikan memengaruhi karakteristik getaran dan distribusi beban. Jarak bebas yang berlebihan memungkinkan terjadinya pembebanan benturan selama siklus pembalikan beban, yang menghasilkan getaran benturan frekuensi tinggi. Jarak bebas yang tidak memadai menciptakan kondisi beban awal yang meningkatkan hambatan gulir dan pembangkitan panas sekaligus berpotensi mengurangi amplitudo getaran.

Pengaruh Desain Sistem Roda Gigi terhadap Getaran

Geometri gigi roda gigi secara langsung memengaruhi amplitudo getaran frekuensi mesh dan kandungan harmonik. Profil gigi yang volute dengan sudut tekanan yang tepat dan modifikasi addendum meminimalkan variasi gaya mesh dan getaran terkait.

Roda gigi heliks memberikan transmisi daya yang lebih halus dibandingkan dengan roda gigi taji karena karakteristik pemasangan gigi yang bertahap. Sudut heliks menciptakan komponen gaya aksial yang memerlukan dukungan bantalan dorong tetapi secara signifikan mengurangi amplitudo getaran frekuensi jala.

Rasio kontak roda gigi menentukan jumlah gigi yang saling bertautan secara bersamaan selama transmisi daya. Rasio kontak yang lebih tinggi mendistribusikan beban ke lebih banyak gigi, sehingga mengurangi tegangan gigi dan variasi gaya bertautan. Rasio kontak di atas 1,5 memberikan pengurangan getaran yang signifikan dibandingkan dengan rasio yang lebih rendah.

Akurasi pembuatan roda gigi memengaruhi getaran yang dihasilkan melalui kesalahan jarak gigi, deviasi profil, dan variasi permukaan akhir. Mutu AGMA mengukur presisi pembuatan, dengan mutu yang lebih tinggi menghasilkan tingkat getaran yang lebih rendah tetapi memerlukan proses pembuatan yang lebih mahal.

Distribusi beban di seluruh lebar permukaan roda gigi memengaruhi konsentrasi tegangan lokal dan getaran yang dihasilkan. Permukaan gigi yang dimahkotai dan penyelarasan poros yang tepat memastikan distribusi beban yang merata, meminimalkan beban tepi yang menciptakan komponen getaran frekuensi tinggi.

Sistem Poros Cardan dalam Aplikasi WGB

Blok Roda-Gigi dengan transmisi daya poros cardan mengakomodasi jarak pemisahan yang lebih besar antara motor dan roda sekaligus menyediakan kemampuan kopling yang fleksibel. Sambungan universal di setiap ujung poros cardan menciptakan kendala kinematik yang menghasilkan pola getaran yang khas.

Pengoperasian sambungan universal tunggal menghasilkan variasi kecepatan yang menciptakan getaran pada frekuensi putaran poros dua kali lipat. Amplitudo getaran ini bergantung pada sudut pengoperasian sambungan, dengan sudut yang lebih besar menghasilkan tingkat getaran yang lebih tinggi menurut hubungan kinematik yang mapan.

Susunan sambungan universal ganda dengan pentahapan yang tepat menghilangkan variasi kecepatan orde pertama tetapi menimbulkan efek orde lebih tinggi yang menjadi signifikan pada sudut pengoperasian yang besar. Sambungan kecepatan konstan memberikan karakteristik getaran yang unggul tetapi memerlukan prosedur pembuatan dan perawatan yang lebih rumit.

Kecepatan kritis poros Cardan harus tetap terpisah dari rentang kecepatan operasi untuk menghindari amplifikasi resonansi. Diameter poros, panjang, dan sifat material menentukan lokasi kecepatan kritis, yang memerlukan analisis desain yang cermat untuk setiap aplikasi.

Karakteristik Getaran Selama Kondisi Operasi yang Berbeda

Pengoperasian lokomotif menghadirkan beragam kondisi operasi yang secara signifikan memengaruhi tanda getaran dan interpretasi diagnostik. Pengujian statis dengan lokomotif yang didukung oleh tempat perawatan menghilangkan getaran yang disebabkan oleh rel dan gaya interaksi roda-rel, sehingga menyediakan kondisi yang terkendali untuk pengukuran dasar.

Sistem suspensi roda gigi penggerak mengisolasi bodi lokomotif dari getaran rangka roda selama pengoperasian normal, tetapi dapat menimbulkan efek resonansi pada frekuensi tertentu. Frekuensi alami suspensi primer biasanya berkisar antara 1-3 Hz untuk mode vertikal dan 0,5-1,5 Hz untuk mode lateral, yang berpotensi memengaruhi transmisi getaran frekuensi rendah.

Ketidakteraturan lintasan menimbulkan getaran pada roda di rentang frekuensi yang luas, tergantung pada kecepatan kereta dan kondisi lintasan. Sambungan rel menimbulkan benturan berkala pada frekuensi yang ditentukan oleh panjang rel dan kecepatan kereta, sementara variasi ukuran lintasan menimbulkan getaran lateral yang terkait dengan mode perburuan roda.

Gaya traksi dan pengereman menimbulkan beban tambahan yang memengaruhi distribusi beban bantalan dan karakteristik susunan roda gigi. Beban traksi yang tinggi meningkatkan tegangan kontak gigi roda gigi dan dapat menggeser zona beban pada bantalan roda, mengubah pola getaran dibandingkan dengan kondisi tanpa beban.

Karakteristik Getaran Mesin Bantu

Sistem kipas pendingin menggunakan berbagai desain impeller yang menghasilkan tanda getaran yang berbeda. Kipas sentrifugal menghasilkan getaran frekuensi lintasan bilah dengan amplitudo tergantung pada jumlah bilah, kecepatan putar, dan beban aerodinamis. Kipas aksial menghasilkan frekuensi lintasan bilah yang sama tetapi dengan konten harmonik yang berbeda karena perbedaan pola aliran.

Ketidakseimbangan kipas menciptakan getaran pada frekuensi rotasi dengan amplitudo yang proporsional terhadap kuadrat kecepatan, mirip dengan mesin berputar lainnya. Namun, gaya aerodinamis dari kotoran, erosi, atau kerusakan bilah dapat menciptakan komponen getaran tambahan yang mempersulit interpretasi diagnostik.

Sistem kompresor udara biasanya menggunakan desain bolak-balik yang menghasilkan getaran pada frekuensi putaran poros engkol dan harmoniknya. Jumlah silinder dan urutan penyalaan menentukan kandungan harmonik, dengan lebih banyak silinder umumnya menghasilkan operasi yang lebih halus dan tingkat getaran yang lebih rendah.

Getaran pompa hidrolik bergantung pada jenis pompa dan kondisi pengoperasian. Pompa roda gigi menghasilkan getaran frekuensi mesh yang mirip dengan sistem roda gigi, sementara pompa baling-baling menghasilkan getaran frekuensi saluran bilah. Pompa perpindahan variabel dapat menunjukkan pola getaran kompleks yang bervariasi dengan pengaturan perpindahan dan kondisi beban.

Efek Sistem Penyangga Poros dan Pemasangan

Kekakuan rumah bantalan secara signifikan memengaruhi transmisi getaran dari komponen yang berputar ke struktur yang diam. Rumah yang fleksibel dapat mengurangi transmisi getaran tetapi memungkinkan gerakan poros yang lebih besar yang dapat memengaruhi jarak bebas internal dan distribusi beban.

Kekakuan pondasi dan pengaturan pemasangan memengaruhi frekuensi resonansi struktural dan karakteristik amplifikasi getaran. Sistem pemasangan lunak memberikan isolasi getaran tetapi dapat menciptakan resonansi frekuensi rendah yang memperkuat getaran yang disebabkan oleh ketidakseimbangan.

Penggabungan antara beberapa poros melalui elemen fleksibel atau jaring roda gigi menciptakan sistem dinamis yang kompleks dengan beberapa frekuensi alami dan bentuk mode. Sistem yang digabungkan ini dapat menunjukkan frekuensi ketukan saat frekuensi masing-masing komponen sedikit berbeda, sehingga menciptakan pola modulasi amplitudo dalam pengukuran getaran.

2.3.1.5. Peralatan Teknis dan Perangkat Lunak untuk Pemantauan dan Diagnostik Getaran

Persyaratan untuk Sistem Pengukuran dan Analisis Getaran

Diagnostik getaran yang efektif pada komponen lokomotif kereta api menuntut kemampuan pengukuran dan analisis canggih yang menjawab tantangan unik lingkungan perkeretaapian. Sistem analisis getaran modern harus menyediakan rentang dinamis yang lebar, resolusi frekuensi tinggi, dan pengoperasian yang tangguh dalam kondisi lingkungan yang keras termasuk suhu ekstrem, interferensi elektromagnetik, dan guncangan mekanis.

Persyaratan rentang dinamis untuk aplikasi lokomotif biasanya melebihi 80 dB untuk menangkap kesalahan awal beramplitudo rendah dan getaran operasional beramplitudo tinggi. Rentang ini mengakomodasi pengukuran dari mikrometer per detik untuk cacat bantalan awal hingga ratusan milimeter per detik untuk kondisi ketidakseimbangan yang parah.

Resolusi frekuensi menentukan kemampuan untuk memisahkan komponen spektral yang berjarak dekat dan mengidentifikasi pola modulasi yang menjadi ciri khas jenis gangguan tertentu. Lebar pita resolusi tidak boleh melebihi 1% dari frekuensi terendah yang diinginkan, yang memerlukan pemilihan parameter analisis yang cermat untuk setiap aplikasi pengukuran.

Stabilitas suhu memastikan keakuratan pengukuran pada rentang suhu yang luas yang ditemui dalam aplikasi lokomotif. Sistem pengukuran harus mempertahankan keakuratan kalibrasi dalam ±5% pada rentang suhu dari -40°C hingga +70°C untuk mengakomodasi variasi musiman dan efek pemanasan peralatan.

Indikator Kondisi Bearing Menggunakan Getaran Ultrasonik

Analisis getaran ultrasonik memberikan deteksi kerusakan bearing sedini mungkin dengan memantau emisi frekuensi tinggi dari kontak kekasaran permukaan dan kerusakan lapisan pelumas. Fenomena ini mendahului tanda-tanda getaran konvensional selama beberapa minggu atau bulan, sehingga memungkinkan penjadwalan perawatan proaktif.

Pengukuran energi lonjakan mengukur emisi ultrasonik impulsif menggunakan filter khusus yang menekankan kejadian sementara sekaligus menekan kebisingan latar belakang yang stabil. Teknik ini menggunakan penyaringan high-pass di atas 5 kHz diikuti oleh deteksi envelope dan perhitungan RMS selama rentang waktu yang pendek.

Analisis High Frequency Envelope (HFE) mengekstrak informasi modulasi amplitudo dari sinyal pembawa ultrasonik, yang mengungkap pola modulasi frekuensi rendah yang sesuai dengan frekuensi cacat bantalan. Pendekatan ini menggabungkan sensitivitas ultrasonik dengan kemampuan analisis frekuensi konvensional.

Metode Shock Pulse (SPM) mengukur amplitudo puncak transien ultrasonik menggunakan transduser resonansi khusus yang disetel hingga sekitar 32 kHz. Teknik ini memberikan indikator kondisi bantalan tanpa dimensi yang berkorelasi baik dengan tingkat keparahan kerusakan bantalan.

Indikator kondisi ultrasonik memerlukan kalibrasi dan tren yang cermat untuk menetapkan nilai dasar dan tingkat perkembangan kerusakan. Faktor lingkungan termasuk suhu, beban, dan kondisi pelumasan secara signifikan memengaruhi nilai indikator, sehingga memerlukan basis data dasar yang komprehensif.

Analisis Modulasi Getaran Frekuensi Tinggi

Bantalan elemen bergulir menghasilkan pola modulasi karakteristik dalam getaran frekuensi tinggi karena variasi beban periodik saat elemen bergulir mengalami cacat balap. Pola modulasi ini muncul sebagai pita samping di sekitar frekuensi resonansi struktural dan frekuensi alami bantalan.

Teknik analisis amplop mengekstrak informasi modulasi dengan menyaring sinyal getaran untuk mengisolasi pita frekuensi yang mengandung resonansi bantalan, menerapkan deteksi amplop untuk memulihkan variasi amplitudo, dan menganalisis spektrum amplop untuk mengidentifikasi frekuensi cacat.

Identifikasi resonansi menjadi penting untuk analisis selubung yang efektif karena eksitasi tumbukan bantalan lebih mengutamakan membangkitkan resonansi struktural tertentu. Pengujian sapuan sinus atau analisis modal tumbukan membantu mengidentifikasi pita frekuensi optimal untuk analisis selubung setiap lokasi bantalan.

Teknik penyaringan digital untuk analisis amplop meliputi filter respons impuls terbatas (FIR) yang memberikan karakteristik fase linear dan menghindari distorsi sinyal, dan filter respons impuls tak terbatas (IIR) yang menawarkan karakteristik roll-off curam dengan persyaratan komputasi yang berkurang.

Parameter analisis spektrum amplop secara signifikan memengaruhi sensitivitas dan akurasi diagnostik. Lebar pita filter harus mencakup resonansi struktural sambil mengecualikan resonansi yang berdekatan, dan panjang jendela analisis harus memberikan resolusi frekuensi yang memadai untuk memisahkan frekuensi cacat bantalan dan harmoniknya.

Sistem Pemantauan Peralatan Berputar Komprehensif

Fasilitas perawatan lokomotif modern menggunakan sistem pemantauan terpadu yang menggabungkan beberapa teknik diagnostik untuk memberikan penilaian menyeluruh terhadap kondisi peralatan yang berputar. Sistem ini memadukan analisis getaran dengan analisis oli, pemantauan termal, dan parameter kinerja untuk meningkatkan akurasi diagnostik.

Alat analisis getaran portabel berfungsi sebagai alat diagnostik utama untuk penilaian kondisi berkala selama interval perawatan terjadwal. Instrumen ini menyediakan analisis spektral, perekaman bentuk gelombang waktu, dan algoritma deteksi kesalahan otomatis yang dioptimalkan untuk aplikasi lokomotif.

Sistem pemantauan yang terpasang secara permanen memungkinkan pengawasan berkelanjutan terhadap komponen-komponen penting selama pengoperasian. Sistem ini menggunakan jaringan sensor terdistribusi, transmisi data nirkabel, dan algoritma analisis otomatis untuk memberikan penilaian kondisi dan pembuatan alarm secara real-time.

Kemampuan integrasi data menggabungkan informasi dari berbagai teknik diagnostik untuk meningkatkan keandalan deteksi kesalahan dan mengurangi tingkat alarm palsu. Algoritma fusi memberi bobot kontribusi dari berbagai metode diagnostik berdasarkan efektivitasnya untuk jenis kesalahan dan kondisi pengoperasian tertentu.

Teknologi Sensor dan Metode Instalasi

Pemilihan sensor getaran sangat memengaruhi kualitas pengukuran dan efektivitas diagnostik. Akselerometer piezoelektrik memberikan respons frekuensi dan sensitivitas yang sangat baik untuk sebagian besar aplikasi lokomotif, sementara transduser kecepatan elektromagnetik menawarkan respons frekuensi rendah yang unggul untuk mesin berputar besar.

Metode pemasangan sensor sangat memengaruhi akurasi dan keandalan pengukuran. Kancing berulir menyediakan kopling mekanis yang optimal untuk pemasangan permanen, sementara pemasangan magnetik menawarkan kemudahan untuk pengukuran berkala pada permukaan feromagnetik. Pemasangan perekat mengakomodasi permukaan non-feromagnetik tetapi memerlukan persiapan permukaan dan waktu pengeringan.

Orientasi sensor memengaruhi sensitivitas pengukuran terhadap berbagai mode getaran. Pengukuran radial mendeteksi ketidakseimbangan dan ketidaksejajaran paling efektif, sementara pengukuran aksial mengungkap masalah bantalan dorong dan ketidaksejajaran kopling. Pengukuran tangensial memberikan informasi unik tentang getaran torsional dan dinamika susunan roda gigi.

Perlindungan lingkungan memerlukan pertimbangan cermat terhadap suhu ekstrem, paparan kelembapan, dan gangguan elektromagnetik. Akselerometer tertutup dengan kabel integral memberikan keandalan yang lebih baik dibandingkan dengan desain konektor yang dapat dilepas di lingkungan rel kereta api yang keras.

Pengkondisian Sinyal dan Akuisisi Data

Elektronik pengkondisi sinyal menyediakan eksitasi, amplifikasi, dan penyaringan sensor yang diperlukan untuk pengukuran getaran yang akurat. Rangkaian eksitasi arus konstan memberi daya pada akselerometer piezoelektrik sambil mempertahankan impedansi masukan yang tinggi untuk menjaga sensitivitas sensor.

Filter anti-aliasing mencegah artefak pelipatan frekuensi selama konversi analog-ke-digital dengan melemahkan komponen sinyal di atas frekuensi Nyquist. Filter ini harus memberikan penolakan stopband yang memadai sambil mempertahankan respons passband yang datar untuk menjaga kesetiaan sinyal.

Resolusi konversi analog-ke-digital menentukan rentang dinamis dan akurasi pengukuran. Konversi 24-bit menyediakan rentang dinamis teoritis 144 dB, yang memungkinkan pengukuran tanda-tanda kesalahan amplitudo rendah dan getaran operasional amplitudo tinggi dalam akuisisi yang sama.

Pemilihan frekuensi pengambilan sampel mengikuti kriteria Nyquist yang mengharuskan laju pengambilan sampel setidaknya dua kali frekuensi tertinggi yang diinginkan. Implementasi praktis menggunakan rasio oversampling 2,5:1 hingga 4:1 untuk mengakomodasi pita transisi filter anti-aliasing dan memberikan fleksibilitas analisis.

Pemilihan dan Orientasi Titik Pengukuran

Pemantauan getaran yang efektif memerlukan pemilihan lokasi pengukuran yang sistematis yang memberikan sensitivitas maksimum terhadap kondisi kesalahan sekaligus meminimalkan gangguan dari sumber getaran eksternal. Titik pengukuran harus ditempatkan sedekat mungkin dengan tumpuan bantalan dan jalur beban kritis lainnya.

Pengukuran rumah bantalan memberikan informasi langsung tentang kondisi bantalan dan dinamika internal. Pengukuran radial pada rumah bantalan mendeteksi ketidakseimbangan, ketidaksejajaran, dan cacat bantalan secara paling efektif, sementara pengukuran aksial mengungkap beban dorong dan masalah kopling.

Pengukuran rangka motor menangkap getaran elektromagnetik dan kondisi motor secara keseluruhan, tetapi mungkin menunjukkan sensitivitas yang lebih rendah terhadap cacat bantalan karena redaman getaran melalui struktur motor. Pengukuran ini melengkapi pengukuran rumah bantalan untuk penilaian motor yang komprehensif.

Pengukuran casing roda gigi mendeteksi getaran jala roda gigi dan dinamika roda gigi internal tetapi memerlukan interpretasi yang cermat karena jalur transmisi getaran yang kompleks dan berbagai sumber eksitasi. Lokasi pengukuran di dekat garis tengah jala roda gigi memberikan sensitivitas maksimum terhadap masalah yang terkait dengan jala.

Pemilihan Mode Operasi untuk Pengujian Diagnostik

Efektivitas pengujian diagnostik sangat bergantung pada pemilihan kondisi operasi yang tepat yang memberikan eksitasi getaran terkait kesalahan secara optimal sekaligus menjaga keselamatan dan perlindungan peralatan. Mode operasi yang berbeda menunjukkan aspek kondisi komponen dan perkembangan kesalahan yang berbeda.

Pengujian tanpa beban menghilangkan sumber getaran yang bergantung pada beban dan menyediakan pengukuran dasar untuk perbandingan dengan kondisi yang dibebani. Mode ini mengungkap ketidakseimbangan, ketidaksejajaran, dan masalah elektromagnetik dengan sangat jelas sekaligus meminimalkan getaran rangka roda gigi dan efek beban bantalan.

Pengujian beban pada berbagai tingkat daya mengungkap fenomena yang bergantung pada beban termasuk dinamika susunan roda gigi, efek distribusi beban bantalan, dan pengaruh beban elektromagnetik. Pembebanan progresif membantu membedakan antara sumber getaran yang tidak bergantung pada beban dan yang bergantung pada beban.

Pengujian terarah dengan rotasi maju dan mundur memberikan informasi diagnostik tambahan tentang masalah asimetris seperti pola keausan gigi roda gigi, variasi beban awal bantalan, dan karakteristik keausan kopling. Beberapa kesalahan menunjukkan sensitivitas terarah yang membantu dalam pelokalan kesalahan.

Pengujian sapuan frekuensi selama penyalaan dan penghentian menangkap perilaku getaran di seluruh rentang kecepatan operasi, mengungkap kondisi resonansi dan fenomena yang bergantung pada kecepatan. Pengukuran ini membantu mengidentifikasi kecepatan kritis dan lokasi frekuensi alami.

Efek Pelumasan pada Tanda Diagnostik

Kondisi pelumasan secara signifikan memengaruhi tanda-tanda getaran dan interpretasi diagnostik, terutama untuk aplikasi pemantauan bantalan. Pelumas baru memberikan peredaman efektif yang mengurangi transmisi getaran sementara pelumas yang terkontaminasi atau rusak dapat memperkuat tanda-tanda kesalahan.

Perubahan viskositas pelumas akibat suhu memengaruhi dinamika bantalan dan karakteristik getaran. Pelumas dingin meningkatkan peredaman viskos dan dapat menutupi cacat bantalan yang baru muncul, sementara pelumas yang terlalu panas mengurangi peredaman dan perlindungan.

Pelumas yang terkontaminasi yang mengandung partikel aus, air, atau material asing menciptakan sumber getaran tambahan melalui kontak abrasif dan turbulensi aliran. Efek ini dapat mengaburkan tanda-tanda kerusakan yang sebenarnya dan mempersulit interpretasi diagnostik.

Masalah sistem pelumasan termasuk aliran yang tidak memadai, variasi tekanan, dan ketidakteraturan distribusi menciptakan kondisi beban bantalan yang bervariasi dari waktu ke waktu yang memengaruhi pola getaran. Korelasi antara pengoperasian sistem pelumasan dan karakteristik getaran memberikan informasi diagnostik yang berharga.

Pengenalan Kesalahan Pengukuran dan Kontrol Kualitas

Diagnostik yang andal memerlukan identifikasi sistematis dan penghapusan kesalahan pengukuran yang dapat menyebabkan kesimpulan yang salah dan tindakan perawatan yang tidak perlu. Sumber kesalahan umum meliputi masalah pemasangan sensor, gangguan listrik, dan parameter pengukuran yang tidak tepat.

Verifikasi pemasangan sensor menggunakan teknik sederhana termasuk uji eksitasi manual, pengukuran perbandingan di lokasi yang berdekatan, dan verifikasi respons frekuensi menggunakan sumber eksitasi yang diketahui. Pemasangan yang longgar biasanya mengurangi sensitivitas frekuensi tinggi dan dapat menimbulkan resonansi palsu.

Deteksi interferensi listrik melibatkan identifikasi komponen spektral pada frekuensi saluran (50/60 Hz) dan harmoniknya, pengukuran perbandingan dengan daya terputus, dan evaluasi koherensi antara getaran dan sinyal listrik. Pembumian dan pelindungan yang tepat menghilangkan sebagian besar sumber interferensi.

Verifikasi parameter mencakup konfirmasi unit pengukuran, pengaturan rentang frekuensi, dan parameter analisis. Pemilihan parameter yang salah dapat menyebabkan artefak pengukuran yang menyerupai tanda-tanda kesalahan yang sebenarnya.

Arsitektur Sistem Diagnostik Terpadu

Fasilitas perawatan lokomotif modern menggunakan sistem diagnostik terpadu yang menggabungkan berbagai teknik pemantauan kondisi dengan kemampuan manajemen dan analisis data terpusat. Sistem ini menyediakan penilaian peralatan yang komprehensif sekaligus mengurangi persyaratan pengumpulan dan analisis data manual.

Jaringan sensor terdistribusi memungkinkan pemantauan simultan beberapa komponen di seluruh lokomotif. Node sensor nirkabel mengurangi kompleksitas pemasangan dan persyaratan perawatan sekaligus menyediakan transmisi data waktu nyata ke sistem pemrosesan pusat.

Algoritma analisis otomatis memproses aliran data yang masuk untuk mengidentifikasi masalah yang berkembang dan menghasilkan rekomendasi perawatan. Teknik pembelajaran mesin mengadaptasi parameter algoritma berdasarkan data historis dan hasil perawatan untuk meningkatkan akurasi diagnostik dari waktu ke waktu.

Integrasi basis data menggabungkan hasil analisis getaran dengan riwayat pemeliharaan, kondisi pengoperasian, dan spesifikasi komponen untuk menyediakan penilaian peralatan yang komprehensif dan dukungan perencanaan pemeliharaan.

2.3.1.6. Implementasi Praktis Teknologi Pengukuran Getaran

Pengenalan dan Pengaturan Sistem Diagnostik

Diagnostik getaran yang efektif dimulai dengan pemahaman menyeluruh tentang kemampuan dan keterbatasan peralatan diagnostik. Alat analisis portabel modern mengintegrasikan beberapa fungsi pengukuran dan analisis, yang memerlukan pelatihan sistematis untuk memanfaatkan semua fitur yang tersedia secara efektif.

Konfigurasi sistem melibatkan penetapan parameter pengukuran yang sesuai untuk aplikasi lokomotif termasuk rentang frekuensi, pengaturan resolusi, dan jenis analisis. Konfigurasi default jarang memberikan kinerja optimal untuk aplikasi tertentu, sehingga memerlukan penyesuaian berdasarkan karakteristik komponen dan tujuan diagnostik.

Verifikasi kalibrasi memastikan keakuratan pengukuran dan ketertelusuran ke standar nasional. Proses ini melibatkan penyambungan sumber kalibrasi presisi dan verifikasi respons sistem di seluruh rentang frekuensi dan amplitudo yang digunakan untuk pengukuran diagnostik.

Pengaturan basis data menetapkan hierarki peralatan, definisi titik pengukuran, dan parameter analisis untuk setiap komponen yang dipantau. Organisasi basis data yang tepat memfasilitasi pengumpulan data yang efisien dan memungkinkan perbandingan otomatis dengan tren historis dan batas alarm.

Pengembangan Rute dan Konfigurasi Basis Data

Pengembangan rute melibatkan identifikasi titik pengukuran dan urutan yang sistematis yang menyediakan cakupan menyeluruh dari komponen-komponen penting sekaligus mengoptimalkan efisiensi pengumpulan data. Rute yang efektif menyeimbangkan kelengkapan diagnostik dengan batasan waktu praktis.

Pemilihan titik pengukuran memprioritaskan lokasi yang memberikan sensitivitas maksimum terhadap kondisi kesalahan potensial sekaligus memastikan penempatan sensor yang dapat diulang dan akses keselamatan yang dapat diterima. Setiap titik pengukuran memerlukan dokumentasi lokasi yang tepat, orientasi sensor, dan parameter pengukuran.

Sistem identifikasi komponen memungkinkan pengorganisasian dan analisis data otomatis dengan menghubungkan titik pengukuran dengan item peralatan tertentu. Pengorganisasian hierarkis memfasilitasi analisis dan perbandingan seluruh armada antara komponen serupa di beberapa lokomotif.

Definisi parameter analisis menetapkan rentang frekuensi, pengaturan resolusi, dan opsi pemrosesan yang sesuai untuk setiap titik pengukuran. Lokasi bantalan memerlukan kemampuan frekuensi tinggi dengan opsi analisis selubung, sementara pengukuran keseimbangan dan penyelarasan menekankan kinerja frekuensi rendah.

Prosedur Inspeksi Visual dan Persiapan

Pemeriksaan visual memberikan informasi penting tentang kondisi komponen dan potensi komplikasi pengukuran sebelum melakukan pengukuran getaran. Pemeriksaan ini mengungkap masalah nyata yang mungkin tidak memerlukan analisis getaran terperinci sekaligus mengidentifikasi faktor yang dapat memengaruhi kualitas pengukuran.

Pemeriksaan sistem pelumasan meliputi verifikasi level pelumas, bukti kebocoran, dan indikator kontaminasi. Pelumasan yang tidak memadai memengaruhi karakteristik getaran dan dapat mengindikasikan kegagalan yang akan segera terjadi yang memerlukan perhatian segera, terlepas dari level getarannya.

Pemeriksaan perangkat keras pemasangan mengidentifikasi baut yang longgar, komponen yang rusak, dan masalah struktural yang dapat memengaruhi transmisi getaran atau pemasangan sensor. Masalah ini mungkin memerlukan perbaikan sebelum pengukuran yang andal dapat dilakukan.

Persiapan permukaan untuk pemasangan sensor meliputi pembersihan permukaan pengukuran, penghilangan cat atau korosi, dan memastikan pemasangan ulir yang memadai untuk stud pemasangan permanen. Persiapan permukaan yang tepat secara langsung memengaruhi kualitas dan pengulangan pengukuran.

Penilaian bahaya lingkungan mengidentifikasi masalah keselamatan termasuk permukaan panas, mesin berputar, bahaya listrik, dan struktur yang tidak stabil. Pertimbangan keselamatan mungkin memerlukan prosedur khusus atau peralatan pelindung untuk personel pengukuran.

Pembentukan Mode Operasi Komponen

Pengukuran diagnostik memerlukan penetapan kondisi operasi yang konsisten yang memberikan hasil yang dapat diulang dan sensitivitas optimal terhadap kondisi kesalahan. Pemilihan mode operasi bergantung pada desain komponen, instrumentasi yang tersedia, dan batasan keselamatan.

Operasi tanpa beban menyediakan pengukuran dasar dengan pengaruh eksternal minimal dari beban mekanis atau variasi beban listrik. Mode ini mengungkap masalah mendasar termasuk ketidakseimbangan, ketidaksejajaran, dan gangguan elektromagnetik dengan sangat jelas.

Operasi yang dibebani pada tingkat daya tertentu mengungkap fenomena yang bergantung pada beban yang mungkin tidak muncul selama pengujian tanpa beban. Pembebanan progresif membantu mengidentifikasi masalah yang sensitif terhadap beban dan menetapkan hubungan keparahan untuk tujuan tren.

Sistem kontrol kecepatan mempertahankan kecepatan rotasi yang konsisten selama akuisisi pengukuran untuk memastikan stabilitas frekuensi dan memungkinkan analisis spektral yang akurat. Variasi kecepatan selama pengukuran menciptakan noda spektral yang mengurangi resolusi analisis dan akurasi diagnostik.

Pembentukan keseimbangan termal memastikan pengukuran menunjukkan kondisi operasi normal, bukan efek sementara saat memulai. Sebagian besar mesin berputar memerlukan waktu operasi 15-30 menit untuk mencapai stabilitas termal dan tingkat getaran yang representatif.

Pengukuran dan Verifikasi Kecepatan Rotasi

Pengukuran kecepatan putar yang akurat memberikan informasi referensi penting untuk analisis spektral dan perhitungan frekuensi kesalahan. Kesalahan pengukuran kecepatan secara langsung memengaruhi akurasi diagnostik dan dapat menyebabkan identifikasi kesalahan yang salah.

Takometer optik menyediakan pengukuran kecepatan nonkontak menggunakan pita reflektif atau fitur permukaan alami. Instrumen ini menawarkan akurasi tinggi dan keunggulan keamanan tetapi memerlukan akses garis pandang dan kontras permukaan yang memadai untuk pengoperasian yang andal.

Sensor magnetik mendeteksi lintasan fitur feromagnetik seperti gigi roda gigi atau alur pasak poros. Sensor ini memberikan akurasi yang sangat baik dan kekebalan terhadap kontaminasi tetapi memerlukan pemasangan pickup dan target pada komponen yang berputar.

Pengukuran kecepatan stroboskopik menggunakan lampu kilat yang disinkronkan untuk menciptakan gambar diam yang tampak dari komponen yang berputar. Teknik ini memberikan verifikasi visual kecepatan rotasi dan memungkinkan pengamatan perilaku dinamis selama operasi.

Verifikasi kecepatan melalui analisis spektral melibatkan identifikasi puncak spektral yang menonjol yang sesuai dengan frekuensi rotasi yang diketahui dan membandingkannya dengan pengukuran kecepatan langsung. Pendekatan ini memberikan konfirmasi keakuratan pengukuran dan membantu mengidentifikasi komponen spektral yang terkait dengan kecepatan.

Pengumpulan Data Getaran Multi-Titik

Pengumpulan data getaran secara sistematis mengikuti rute dan urutan pengukuran yang telah ditentukan sebelumnya untuk memastikan cakupan yang komprehensif dengan tetap menjaga kualitas dan efisiensi pengukuran. Prosedur pengumpulan data harus mengakomodasi berbagai kondisi akses dan konfigurasi peralatan.

Pengulangan penempatan sensor memastikan konsistensi pengukuran antara sesi pengumpulan data yang berurutan. Kancing pemasangan permanen memberikan pengulangan yang optimal tetapi mungkin tidak praktis untuk semua lokasi pengukuran. Metode pemasangan sementara memerlukan dokumentasi dan alat bantu pemosisian yang cermat.

Pertimbangan waktu pengukuran meliputi waktu penyelesaian yang memadai setelah pemasangan sensor, durasi pengukuran yang cukup untuk akurasi statistik, dan koordinasi dengan jadwal pengoperasian peralatan. Pengukuran yang terburu-buru sering kali menghasilkan hasil yang tidak dapat diandalkan sehingga mempersulit interpretasi diagnostik.

Dokumentasi kondisi lingkungan mencakup suhu sekitar, kelembapan, dan tingkat latar belakang akustik yang dapat memengaruhi kualitas pengukuran atau interpretasi. Kondisi ekstrem mungkin memerlukan penundaan pengukuran atau modifikasi parameter.

Penilaian kualitas secara real-time melibatkan pemantauan karakteristik sinyal selama akuisisi untuk mengidentifikasi masalah pengukuran sebelum pengumpulan data selesai. Penganalisis modern menyediakan tampilan spektral dan statistik sinyal yang memungkinkan evaluasi kualitas secara langsung.

Pemantauan Akustik dan Pengukuran Suhu

Pemantauan emisi akustik melengkapi analisis getaran dengan mendeteksi gelombang tegangan frekuensi tinggi yang dihasilkan oleh perambatan retakan, gesekan, dan fenomena benturan. Pengukuran ini memberikan peringatan dini tentang masalah yang berkembang yang mungkin belum menghasilkan perubahan getaran yang terukur.

Perangkat pendengaran ultrasonik memungkinkan pemantauan kondisi bantalan melalui teknik pergeseran frekuensi yang mengubah emisi ultrasonik menjadi frekuensi yang dapat didengar. Teknisi yang berpengalaman dapat mengidentifikasi suara karakteristik yang terkait dengan jenis kerusakan tertentu.

Pengukuran suhu memberikan informasi penting tentang kondisi termal komponen dan membantu memvalidasi hasil analisis getaran. Pemantauan suhu bantalan mengungkap masalah pelumasan dan kondisi beban yang memengaruhi karakteristik getaran.

Termografi inframerah memungkinkan pengukuran suhu nonkontak dan identifikasi pola termal yang mengindikasikan masalah mekanis. Titik panas dapat mengindikasikan masalah gesekan, ketidaksejajaran, atau pelumasan yang memerlukan perhatian segera.

Analisis tren suhu yang dikombinasikan dengan analisis tren getaran memberikan penilaian menyeluruh terhadap kondisi komponen dan tingkat degradasi. Peningkatan suhu dan getaran secara bersamaan sering kali mengindikasikan percepatan proses keausan yang memerlukan tindakan perawatan segera.

Verifikasi Kualitas Data dan Deteksi Kesalahan

Verifikasi kualitas pengukuran melibatkan evaluasi sistematis terhadap data yang diperoleh untuk mengidentifikasi potensi kesalahan atau anomali yang dapat menyebabkan kesimpulan diagnostik yang salah. Prosedur pengendalian kualitas harus diterapkan segera setelah pengumpulan data saat kondisi pengukuran masih segar dalam ingatan.

Indikator kualitas analisis spektral meliputi tingkat kebisingan yang sesuai, tidak adanya artefak aliasing yang jelas, dan konten frekuensi yang wajar relatif terhadap sumber eksitasi yang diketahui. Puncak spektral harus selaras dengan frekuensi yang diharapkan berdasarkan kecepatan rotasi dan geometri komponen.

Pemeriksaan bentuk gelombang waktu mengungkap karakteristik sinyal yang mungkin tidak tampak dalam analisis domain frekuensi. Clipping, DC offset, dan anomali periodik mengindikasikan masalah sistem pengukuran yang memerlukan koreksi sebelum analisis data.

Verifikasi pengulangan melibatkan pengumpulan beberapa pengukuran dalam kondisi yang identik untuk menilai konsistensi pengukuran. Variabilitas yang berlebihan menunjukkan kondisi operasi yang tidak stabil atau masalah sistem pengukuran.

Perbandingan historis memberikan konteks untuk mengevaluasi pengukuran terkini relatif terhadap data sebelumnya dari titik pengukuran yang sama. Perubahan mendadak dapat mengindikasikan masalah peralatan yang sebenarnya atau kesalahan pengukuran yang memerlukan penyelidikan.

2.3.1.7. Penilaian Kondisi Bearing Praktis Menggunakan Data Pengukuran Primer

Analisis Kesalahan Pengukuran dan Validasi Data

Diagnostik bearing yang andal memerlukan identifikasi sistematis dan penghapusan kesalahan pengukuran yang dapat menutupi tanda-tanda kesalahan yang sebenarnya atau membuat indikasi yang salah. Analisis kesalahan dimulai segera setelah pengumpulan data sementara kondisi dan prosedur pengukuran tetap jelas dalam ingatan.

Validasi analisis spektral melibatkan pemeriksaan karakteristik domain frekuensi untuk konsistensi dengan sumber eksitasi yang diketahui dan kemampuan sistem pengukuran. Tanda-tanda cacat bantalan asli menunjukkan hubungan frekuensi dan pola harmonik tertentu yang membedakannya dari artefak pengukuran.

Analisis domain waktu mengungkap karakteristik sinyal yang dapat mengindikasikan masalah pengukuran termasuk clipping, interferensi listrik, dan gangguan mekanis. Sinyal cacat bearing biasanya menunjukkan karakteristik impulsif dengan faktor puncak yang tinggi dan pola amplitudo periodik.

Analisis tren historis memberikan konteks penting untuk mengevaluasi pengukuran terkini relatif terhadap data sebelumnya dari lokasi pengukuran yang identik. Perubahan bertahap menunjukkan penurunan kualitas peralatan yang sebenarnya, sementara perubahan mendadak dapat menunjukkan kesalahan pengukuran atau pengaruh eksternal.

Verifikasi lintas saluran melibatkan perbandingan pengukuran dari beberapa sensor pada komponen yang sama untuk mengidentifikasi sensitivitas arah dan mengonfirmasi keberadaan kesalahan. Cacat bantalan biasanya memengaruhi beberapa arah pengukuran sambil mempertahankan hubungan frekuensi karakteristik.

Penilaian faktor lingkungan mempertimbangkan pengaruh eksternal termasuk variasi suhu, perubahan beban, dan latar belakang akustik yang dapat memengaruhi kualitas pengukuran atau interpretasi. Korelasi antara kondisi lingkungan dan karakteristik getaran memberikan informasi diagnostik yang berharga.

Verifikasi Kecepatan Rotasi Melalui Analisis Spektral

Penentuan kecepatan putaran yang akurat menjadi dasar bagi semua perhitungan frekuensi kesalahan bantalan dan interpretasi diagnostik. Analisis spektral menawarkan berbagai pendekatan untuk verifikasi kecepatan yang melengkapi pengukuran takometer langsung.

Identifikasi frekuensi fundamental melibatkan penentuan lokasi puncak spektrum yang sesuai dengan frekuensi putaran poros, yang seharusnya muncul secara mencolok dalam sebagian besar spektrum mesin berputar karena ketidakseimbangan residual atau sedikit ketidaksejajaran. Frekuensi fundamental menyediakan referensi dasar untuk semua kalkulasi frekuensi harmonik dan bantalan.

Analisis pola harmonik meneliti hubungan antara frekuensi dasar dan harmoniknya untuk memastikan keakuratan kecepatan dan mengidentifikasi masalah mekanis tambahan. Ketidakseimbangan rotasional murni menghasilkan getaran frekuensi dasar yang dominan sementara masalah mekanis menghasilkan harmonik yang lebih tinggi.

Identifikasi frekuensi elektromagnetik dalam aplikasi motor mengungkap komponen frekuensi saluran dan frekuensi lintasan slot yang menyediakan verifikasi kecepatan independen. Frekuensi ini mempertahankan hubungan tetap dengan frekuensi pasokan listrik dan parameter desain motor.

Identifikasi frekuensi mesh roda gigi dalam sistem roda gigi memberikan penentuan kecepatan yang sangat akurat melalui hubungan antara frekuensi mesh dan kecepatan putar. Frekuensi mesh roda gigi biasanya menghasilkan puncak spektrum yang menonjol dengan rasio signal-to-noise yang sangat baik.

Penilaian variasi kecepatan memeriksa ketajaman puncak spektral dan struktur pita samping untuk mengevaluasi stabilitas kecepatan selama akuisisi pengukuran. Ketidakstabilan kecepatan menciptakan noda spektral dan pembentukan pita samping yang mengurangi akurasi analisis dan dapat menutupi tanda-tanda cacat bantalan.

Perhitungan dan Identifikasi Frekuensi Cacat Bearing

Perhitungan frekuensi cacat bantalan memerlukan data geometri bantalan yang akurat dan informasi kecepatan putar yang tepat. Perhitungan ini memberikan frekuensi teoritis yang berfungsi sebagai templat untuk mengidentifikasi tanda-tanda cacat bantalan yang sebenarnya dalam spektrum yang diukur.

Ball Pass Frequency Outer race (BPFO) merupakan tingkat di mana elemen bergulir mengalami cacat outer race. Frekuensi ini biasanya berkisar antara 0,4 hingga 0,6 kali frekuensi rotasi tergantung pada geometri bantalan dan karakteristik sudut kontak.

Ball Pass Frequency Inner race (BPFI) menunjukkan laju kontak elemen bergulir dengan cacat inner race. BPFI biasanya melebihi BPFO sebesar 20-40% dan dapat menunjukkan modulasi amplitudo pada frekuensi rotasi karena efek zona beban.

Fundamental Train Frequency (FTF) merupakan frekuensi putaran sangkar dan biasanya sama dengan 0,35-0,45 kali frekuensi putaran poros. Cacat sangkar atau masalah pelumasan dapat menimbulkan getaran pada FTF dan harmoniknya.

Ball Spin Frequency (BSF) menunjukkan frekuensi putaran elemen bergulir individual dan jarang muncul dalam spektrum getaran kecuali elemen bergulir menunjukkan cacat tertentu atau variasi dimensi. Identifikasi BSF memerlukan analisis cermat karena amplitudonya yang biasanya rendah.

Pertimbangan toleransi frekuensi memperhitungkan variasi produksi, efek beban, dan ketidakpastian pengukuran yang dapat menyebabkan frekuensi cacat aktual berbeda dari perhitungan teoritis. Lebar pita pencarian ±5% di sekitar frekuensi yang dihitung mengakomodasi variasi ini.

Pengenalan Pola Spektral dan Identifikasi Kesalahan

Identifikasi kerusakan bearing memerlukan teknik pengenalan pola sistematis yang membedakan tanda-tanda kerusakan bearing asli dari sumber getaran lainnya. Setiap jenis kerusakan menghasilkan pola spektral karakteristik yang memungkinkan diagnosis spesifik jika ditafsirkan dengan tepat.

Tanda-tanda cacat pada lintasan luar biasanya muncul sebagai puncak spektrum diskret pada BPFO dan harmoniknya tanpa modulasi amplitudo yang signifikan. Tidak adanya pita samping frekuensi rotasi membedakan cacat lintasan luar dari masalah lintasan dalam.

Tanda cacat pada lintasan dalam menunjukkan frekuensi dasar BPFI dengan pita samping yang diberi jarak pada interval frekuensi rotasi. Modulasi amplitudo ini dihasilkan dari efek zona beban saat area cacat berputar melalui berbagai kondisi beban.

Tanda-tanda cacat elemen bergulir dapat muncul di BSF atau menciptakan modulasi frekuensi bantalan lainnya. Cacat ini sering kali menghasilkan pola spektral kompleks yang memerlukan analisis cermat untuk membedakannya dari cacat akibat gesekan.

Tanda-tanda cacat sangkar biasanya muncul pada FTF dan harmoniknya, sering kali disertai dengan peningkatan tingkat kebisingan latar belakang dan karakteristik amplitudo yang tidak stabil. Masalah sangkar juga dapat memodulasi frekuensi bantalan lainnya.

Implementasi dan Interpretasi Analisis Amplop

Analisis amplop mengekstrak informasi modulasi amplitudo dari getaran frekuensi tinggi untuk mengungkap pola cacat bantalan frekuensi rendah. Teknik ini terbukti sangat efektif untuk mendeteksi cacat bantalan tahap awal yang mungkin tidak menghasilkan getaran frekuensi rendah yang terukur.

Pemilihan pita frekuensi untuk analisis selubung memerlukan identifikasi resonansi struktural atau frekuensi alami bantalan yang dipicu oleh gaya tumbukan bantalan. Pita frekuensi optimal biasanya berkisar antara 1000-8000 Hz, tergantung pada ukuran bantalan dan karakteristik pemasangan.

Parameter desain filter memengaruhi hasil analisis amplop secara signifikan. Filter bandpass harus menyediakan lebar pita yang memadai untuk menangkap karakteristik resonansi sekaligus mengecualikan resonansi berdekatan yang dapat mengontaminasi hasil. Karakteristik roll-off filter memengaruhi respons transien dan sensitivitas deteksi benturan.

Interpretasi spektrum amplop mengikuti prinsip yang sama dengan analisis spektral konvensional tetapi berfokus pada frekuensi modulasi daripada frekuensi pembawa. Frekuensi cacat bantalan muncul sebagai puncak diskret dalam spektrum amplop dengan amplitudo yang menunjukkan tingkat keparahan cacat.

Penilaian kualitas analisis envelope melibatkan evaluasi pemilihan filter, karakteristik pita frekuensi, dan rasio signal-to-noise untuk memastikan hasil yang andal. Hasil analisis envelope yang buruk dapat mengindikasikan pemilihan filter yang tidak tepat atau eksitasi resonansi struktural yang tidak memadai.

Penilaian Amplitudo dan Klasifikasi Tingkat Keparahan

Penilaian tingkat keparahan cacat bantalan memerlukan evaluasi sistematis terhadap amplitudo getaran yang relatif terhadap kriteria yang ditetapkan dan tren historis. Klasifikasi tingkat keparahan memungkinkan perencanaan pemeliharaan dan penilaian risiko untuk operasi yang berkelanjutan.

Kriteria amplitudo absolut memberikan panduan umum untuk penilaian kondisi bantalan berdasarkan pengalaman dan standar industri. Kriteria ini biasanya menetapkan tingkat kewaspadaan dan alarm untuk getaran keseluruhan dan pita frekuensi tertentu.

Analisis tren mengevaluasi perubahan amplitudo dari waktu ke waktu untuk menilai tingkat degradasi dan memperkirakan sisa masa pakai. Pertumbuhan amplitudo eksponensial sering kali menunjukkan kerusakan yang semakin cepat yang memerlukan tindakan perawatan segera.

Analisis komparatif mengevaluasi kondisi bantalan relatif terhadap bantalan serupa dalam aplikasi yang identik untuk memperhitungkan kondisi pengoperasian dan karakteristik pemasangan tertentu. Pendekatan ini memberikan penilaian tingkat keparahan yang lebih akurat daripada kriteria absolut saja.

Integrasi beberapa parameter menggabungkan informasi dari tingkat getaran keseluruhan, frekuensi cacat tertentu, hasil analisis selubung, dan pengukuran suhu untuk memberikan penilaian bantalan yang komprehensif. Analisis satu parameter dapat memberikan informasi yang tidak lengkap atau menyesatkan.

Analisis Efek Zona Beban dan Pola Modulasi

Distribusi beban bantalan secara signifikan memengaruhi tanda getaran dan interpretasi diagnostik. Efek zona beban menciptakan pola modulasi amplitudo yang memberikan informasi tambahan tentang kondisi bantalan dan karakteristik beban.

Modulasi cacat pada lintasan dalam terjadi saat area cacat berputar melalui zona beban yang bervariasi selama setiap putaran. Modulasi maksimum terjadi saat cacat sejajar dengan posisi beban maksimum sementara modulasi minimum sesuai dengan posisi tanpa beban.

Identifikasi zona beban melalui analisis modulasi mengungkap pola beban bantalan dan dapat mengindikasikan ketidaksejajaran, masalah pondasi, atau distribusi beban yang tidak normal. Pola modulasi asimetris menunjukkan kondisi beban yang tidak seragam.

Analisis sideband memeriksa komponen frekuensi di sekitar frekuensi cacat bearing untuk mengukur kedalaman modulasi dan mengidentifikasi sumber modulasi. Sideband frekuensi rotasi menunjukkan efek zona beban sementara frekuensi sideband lainnya dapat mengungkap masalah tambahan.

Analisis fase pola modulasi memberikan informasi tentang lokasi cacat relatif terhadap zona beban dan dapat membantu memprediksi pola perkembangan kerusakan. Teknik analisis tingkat lanjut dapat memperkirakan sisa masa pakai bantalan berdasarkan karakteristik modulasi.

Integrasi dengan Teknik Diagnostik Komplementer

Penilaian bantalan yang komprehensif memadukan analisis getaran dengan teknik diagnostik pelengkap untuk meningkatkan akurasi dan mengurangi tingkat alarm palsu. Beberapa pendekatan diagnostik memberikan konfirmasi identifikasi masalah dan penilaian tingkat keparahan yang lebih baik.

Analisis oli mengungkap partikel keausan bantalan, tingkat kontaminasi, dan degradasi pelumas yang berkorelasi dengan hasil analisis getaran. Peningkatan konsentrasi partikel keausan sering kali mendahului perubahan getaran yang terdeteksi selama beberapa minggu.

Pemantauan suhu memberikan indikasi kondisi termal bantalan dan tingkat gesekan secara langsung. Peningkatan suhu sering kali disertai peningkatan getaran selama proses degradasi bantalan.

Pemantauan emisi akustik mendeteksi gelombang tegangan frekuensi tinggi dari perambatan retakan dan fenomena kontak permukaan yang mungkin mendahului tanda-tanda getaran konvensional. Teknik ini menyediakan kemampuan deteksi kesalahan sedini mungkin.

Pemantauan kinerja mengevaluasi efek bantalan pada pengoperasian sistem termasuk perubahan efisiensi, variasi distribusi beban, dan stabilitas operasional. Penurunan kinerja dapat mengindikasikan masalah bantalan yang memerlukan penyelidikan bahkan ketika tingkat getaran masih dapat diterima.

Persyaratan Dokumentasi dan Pelaporan

Diagnostik bantalan yang efektif memerlukan dokumentasi yang komprehensif tentang prosedur pengukuran, hasil analisis, dan rekomendasi pemeliharaan untuk mendukung pengambilan keputusan dan menyediakan catatan historis untuk analisis tren.

Dokumentasi pengukuran mencakup konfigurasi peralatan, kondisi lingkungan, parameter pengoperasian, dan hasil penilaian kualitas. Informasi ini memungkinkan pengulangan pengukuran di masa mendatang dan menyediakan konteks untuk interpretasi hasil.

Dokumentasi analisis mencatat prosedur perhitungan, metode identifikasi frekuensi, dan penalaran diagnostik untuk mendukung kesimpulan dan memungkinkan tinjauan sejawat. Dokumentasi terperinci memfasilitasi transfer pengetahuan dan kegiatan pelatihan.

Dokumentasi rekomendasi memberikan panduan perawatan yang jelas termasuk klasifikasi urgensi, prosedur perbaikan yang disarankan, dan persyaratan pemantauan. Rekomendasi harus mencakup justifikasi teknis yang memadai untuk mendukung keputusan perencanaan perawatan.

Pemeliharaan basis data historis memastikan hasil pengukuran dan analisis tetap dapat diakses untuk analisis tren dan studi perbandingan. Organisasi basis data yang tepat memfasilitasi analisis di seluruh armada dan identifikasi masalah umum di seluruh peralatan serupa.

Kesimpulan

Diagnostik getaran komponen lokomotif kereta api merupakan disiplin ilmu teknik canggih yang menggabungkan prinsip-prinsip mekanik fundamental dengan teknologi pengukuran dan analisis yang canggih. Panduan komprehensif ini telah mengeksplorasi elemen-elemen penting yang diperlukan untuk penerapan pemantauan kondisi berbasis getaran yang efektif dalam operasi perawatan lokomotif.

Dasar diagnostik getaran yang berhasil terletak pada pemahaman menyeluruh tentang fenomena osilasi pada mesin berputar dan karakteristik khusus Blok Motor Roda (WMB), Blok Roda-Gigi (WGB), dan Mesin Bantu (AM). Setiap jenis komponen menunjukkan tanda-tanda getaran unik yang memerlukan pendekatan analisis dan teknik interpretasi khusus.

Sistem diagnostik modern menyediakan kemampuan canggih untuk deteksi dini kesalahan dan penilaian tingkat keparahan, tetapi efektivitasnya sangat bergantung pada penerapan yang tepat, kontrol kualitas pengukuran, dan interpretasi hasil yang terampil. Integrasi berbagai teknik diagnostik meningkatkan keandalan dan mengurangi tingkat alarm palsu sekaligus memberikan penilaian komprehensif terhadap kondisi komponen.

Kemajuan berkelanjutan dalam teknologi sensor, algoritma analisis, dan kemampuan integrasi data menjanjikan peningkatan lebih lanjut dalam akurasi diagnostik dan efisiensi operasional. Organisasi pemeliharaan rel kereta api yang berinvestasi dalam kemampuan diagnostik getaran yang komprehensif akan memperoleh manfaat signifikan melalui pengurangan kegagalan yang tidak direncanakan, penjadwalan pemeliharaan yang dioptimalkan, dan peningkatan keselamatan operasional.

Implementasi diagnostik getaran yang sukses memerlukan komitmen berkelanjutan terhadap pelatihan, kemajuan teknologi, dan prosedur jaminan kualitas. Seiring dengan terus berkembangnya sistem kereta api menuju kecepatan yang lebih tinggi dan persyaratan keandalan yang lebih tinggi, diagnostik getaran akan memainkan peran yang semakin penting dalam menjaga operasi lokomotif yang aman dan efisien.