Demiryolu Lokomotif Bileşenlerinin Titreşim Tanılaması: Onarım Mühendisleri İçin Kapsamlı Bir Kılavuz

2.3.1.1. Titreşimin Temelleri: Dönen Ekipmanlarda Salınımlı Kuvvetler ve Titreşim

Mekanik Titreşimin Temel Prensipleri

Mekanik titreşim, mekanik sistemlerin denge konumları etrafındaki salınımlı hareketini temsil eder. Lokomotif bileşenleriyle çalışan mühendisler, titreşimin üç temel parametrede ortaya çıktığını anlamalıdır: yer değiştirme, hız ve ivme. Her parametre, ekipman durumu ve operasyonel özellikleri hakkında benzersiz içgörüler sağlar.

Titreşim yer değiştirmesi bir bileşenin dinlenme pozisyonundan gerçek fiziksel hareketini ölçer. Bu parametre, özellikle dönen makine dengesizliklerinde ve temel sorunlarında tipik olarak bulunan düşük frekanslı titreşimleri analiz etmek için özellikle değerlidir. Yer değiştirme genliği, yatak yüzeylerindeki ve bağlantı bileşenlerindeki aşınma desenleriyle doğrudan ilişkilidir.

Titreşim hızı zaman içindeki yer değiştirmenin değişim oranını temsil eder. Bu parametre, geniş bir frekans aralığında mekanik arızalara karşı olağanüstü bir hassasiyet gösterir ve bu da onu endüstriyel titreşim izlemede en yaygın kullanılan parametre haline getirir. Hız ölçümleri, dişli kutularında, motor yataklarında ve bağlantı sistemlerinde kritik aşamalara ulaşmadan önce gelişen arızaları etkili bir şekilde tespit eder.

Titreşim ivmesi zaman içindeki hız değişim oranını ölçer. Yüksek frekanslı ivme ölçümleri, erken aşamadaki yatak arızalarını, dişli dişi hasarını ve darbeyle ilgili olayları tespit etmede mükemmeldir. Yüksek hızlı yardımcı makineleri izlerken ve şok tipi yükleri tespit ederken ivme parametresi giderek daha önemli hale gelir.

Dönem ve Frekans Özellikleri

Periyot (T), bir tam salınım döngüsü için gereken süreyi temsil ederken, frekans (f), birim zaman başına meydana gelen döngü sayısını belirtir. Bu parametreler, lokomotif teşhisinde kullanılan tüm titreşim analizi tekniklerinin temelini oluşturur.

Demiryolu lokomotif bileşenleri çeşitli frekans aralıklarında çalışır. Tekerlek takımı dönüş frekansları normal çalışma sırasında genellikle 5-50 Hz arasında değişirken, dişli bağlantı frekansları dişli oranlarına ve dönüş hızlarına bağlı olarak 200-2000 Hz arasında değişir. Yatak arıza frekansları genellikle 500-5000 Hz aralığında ortaya çıkar ve özel ölçüm teknikleri ve analiz yöntemleri gerektirir.

Mutlak ve Göreceli Titreşim Ölçümleri

Mutlak titreşim ölçümleri, titreşim genliğini sabit bir koordinat sistemine, tipik olarak zemin veya eylemsiz referans çerçevesine referans eder. Sismik ivmeölçerler ve hız dönüştürücüler, sensör muhafazası izlenen bileşenle birlikte hareket ederken sabit kalan dahili eylemsiz kütleleri kullanarak mutlak ölçümler sağlar.

Göreceli titreşim ölçümleri, bir bileşenin titreşimini hareket eden başka bir bileşenle karşılaştırır. Yatak yuvalarına monte edilmiş yakınlık probları, şaft titreşimini yatağa göre ölçerek rotor dinamikleri, termal büyüme ve yatak boşluğu değişiklikleri hakkında kritik bilgiler sağlar.

Lokomotif uygulamalarında, mühendisler genellikle çoğu tanı prosedürü için mutlak ölçümler kullanır çünkü bunlar bileşen hareketi hakkında kapsamlı bilgi sağlar ve hem mekanik hem de yapısal sorunları tespit edebilir. Rulmanlara göre şaft hareketinin iç boşluk sorunlarını veya rotor dengesizliğini gösterdiği büyük döner makineleri analiz ederken, göreceli ölçümler önemli hale gelir.

Doğrusal ve Logaritmik Ölçüm Birimleri

Doğrusal ölçüm birimleri titreşim genliklerini yer değiştirme için milimetre (mm), hız için saniye başına milimetre (mm/s) ve ivme için saniye kare başına metre (m/s²) gibi doğrudan fiziksel niceliklerle ifade eder. Bu birimler fiziksel olgularla doğrudan korelasyonu kolaylaştırır ve titreşim şiddetinin sezgisel olarak anlaşılmasını sağlar.

Logaritmik birimler, özellikle desibel (dB), geniş dinamik aralıkları yönetilebilir ölçeklere sıkıştırır. Desibel ölçeği, genlik değişimlerinin birkaç büyüklük sırasına yayıldığı geniş bant titreşim spektrumlarını analiz ederken özellikle değerli olduğunu kanıtlar. Birçok modern titreşim analizörü, farklı analiz gereksinimlerini karşılamak için hem doğrusal hem de logaritmik görüntüleme seçenekleri sunar.

Uluslararası Standartlar ve Düzenleyici Çerçeve

Uluslararası Standardizasyon Örgütü (ISO), titreşim ölçümü ve analizi için küresel olarak tanınan standartlar belirler. ISO 10816 serisi, çeşitli makine sınıfları için titreşim şiddeti kriterlerini tanımlarken, ISO 13373 durum izleme ve teşhis prosedürlerini ele alır.

Demiryolu uygulamaları için, mühendisler benzersiz operasyonel ortamları ele alan belirli standartları dikkate almalıdır. ISO 14837-1, demiryolu sistemleri için zemin kaynaklı titreşim yönergeleri sağlarken, EN 15313, titreşim hususlarını dikkate alarak tekerlek seti ve bogie çerçeve tasarımı için demiryolu uygulama özelliklerini belirler.

Rusya GOST standartları, bölgeye özgü hükümlerle uluslararası gereklilikleri tamamlar. GOST 25275, dönen makineler için titreşim ölçüm prosedürlerini tanımlarken, GOST R 52161 demir yolu araçlarının titreşim test gerekliliklerini ele alır.

Titreşim Sinyali Sınıflandırmaları

Periyodik titreşim düzenli zaman aralıklarında aynı desenleri tekrarlar. Dönen makineler, dönme hızları, dişli bağlantı frekansları ve yatak elemanı geçişleriyle ilgili olarak ağırlıklı olarak periyodik titreşim imzaları üretir. Bu öngörülebilir desenler, hassas arıza tanımlaması ve ciddiyet değerlendirmesi sağlar.

Rastgele titreşim istatistiksel özelliklerden ziyade deterministik özellikler sergiler. Sürtünme kaynaklı titreşim, türbülanslı akış gürültüsü ve yol/demir yolu etkileşimi, uygun yorumlama için istatistiksel analiz teknikleri gerektiren rastgele titreşim bileşenleri üretir.

Geçici titreşim sonlu süreli izole olaylar olarak meydana gelir. Darbe yükleri, dişli diş kavraması ve yatak elemanı darbeleri, zaman-senkron ortalama ve zarf analizi gibi özel analiz teknikleri gerektiren geçici titreşim imzaları üretir.

Titreşim Genliği Tanımlayıcıları

Mühendisler titreşim sinyallerini etkili bir şekilde karakterize etmek için çeşitli genlik tanımlayıcılarını kullanırlar. Her tanımlayıcı, titreşim özellikleri ve hata geliştirme kalıpları hakkında benzersiz içgörüler sağlar.

Tepe genliği Ölçüm periyodu sırasında meydana gelen maksimum anlık değeri temsil eder. Bu parametre, darbe tipi olayları ve şok yüklerini etkili bir şekilde tanımlar ancak sürekli titreşim seviyelerini doğru bir şekilde temsil etmeyebilir.

Kök Ortalama Kare (RMS) genliği titreşim sinyalinin etkin enerji içeriğini sağlar. RMS değerleri, makine aşınma oranları ve enerji dağılımı ile iyi bir korelasyon gösterir ve bu parametreyi trend analizi ve şiddet değerlendirmesi için ideal hale getirir.

Ortalama genlik ölçüm periyodu boyunca mutlak genlik değerlerinin aritmetik ortalamasını temsil eder. Bu parametre, yüzey kalitesi ve aşınma özellikleriyle iyi bir korelasyon sunar ancak aralıklı arıza imzalarını hafife alabilir.

Tepe-Tepe genliği maksimum pozitif ve negatif genlik değerleri arasındaki toplam sapmayı ölçer. Bu parametre boşlukla ilgili sorunları değerlendirmek ve mekanik gevşekliği belirlemek için değerlidir.

Tepe Faktörü tepe genliğinin RMS genliğine oranını temsil eder ve sinyal özelliklerine ilişkin içgörü sağlar. Düşük tepe faktörleri (1,4-2,0) baskın olarak sinüzoidal titreşimi gösterirken, yüksek tepe faktörleri (>4,0) gelişmekte olan yatak arızalarının karakteristik özelliği olan ani veya şok tipi davranışı gösterir.

Titreşim Sensörü Teknolojileri ve Kurulum Yöntemleri

İvmeölçerler, lokomotif uygulamaları için en çok yönlü titreşim sensörlerini temsil eder. Piezoelektrik ivmeölçerler, uygulanan ivmeye orantılı elektrik yükü üretir ve minimum faz bozulmasıyla 2 Hz ila 10 kHz arasında mükemmel frekans tepkisi sunar. Bu sensörler, yüksek hassasiyet ve düşük gürültü özelliklerini korurken zorlu demiryolu ortamlarında olağanüstü dayanıklılık gösterir.

Hız dönüştürücüler, titreşim hızına orantılı voltaj sinyalleri üretmek için elektromanyetik indüksiyon prensiplerini kullanır. Bu sensörler düşük frekanslı uygulamalarda (0,5-1000 Hz) mükemmeldir ve makine izleme uygulamaları için üstün sinyal-gürültü oranları sağlar. Ancak, daha büyük boyutları ve sıcaklık hassasiyetleri kompakt lokomotif bileşenlerinde kurulum seçeneklerini sınırlayabilir.

Yakınlık probları, sensör ve hedef yüzey arasındaki bağıl yer değiştirmeyi ölçmek için girdap akımı prensiplerini kullanır. Bu sensörler, şaft titreşimi izleme ve yatak boşluğu değerlendirmesi için paha biçilmezdir ancak dikkatli kurulum ve kalibrasyon prosedürleri gerektirir.

Uygun sensör kurulumu ölçüm doğruluğunu ve güvenilirliğini önemli ölçüde etkiler. Mühendisler, rezonans etkilerini ve sinyal bozulmasını önlemek için sensör ve izlenen bileşen arasında sağlam mekanik bağlantı sağlamalıdır. Dişli saplamalar kalıcı kurulumlar için optimum montaj sağlarken, manyetik tabanlar ferromanyetik yüzeylerde periyodik ölçümler için kolaylık sunar.

Döner Ekipman Titreşiminin Kökenleri

Mekanik titreşim kaynakları kütle dengesizlikleri, yanlış hizalama, gevşeklik ve aşınmadan kaynaklanır. Dengesiz dönen bileşenler, dönme hızının karesine orantılı santrifüj kuvvetleri üretir ve dönme frekansında ve onun harmoniklerinde titreşim yaratır. Birleştirilmiş miller arasındaki yanlış hizalama, dönme frekansında ve dönme frekansının iki katında radyal ve eksenel titreşim bileşenleri üretir.

Elektromanyetik titreşim kaynakları elektrik motorlarındaki manyetik kuvvet değişimlerinden kaynaklanır. Hava boşluğu eksantrikliği, rotor çubuğu kusurları ve stator sargı arızaları, hat frekansında ve onun harmoniklerinde modüle olan elektromanyetik kuvvetler yaratır. Bu kuvvetler, karmaşık analiz teknikleri gerektiren karmaşık titreşim imzaları üretmek için mekanik rezonanslarla etkileşime girer.

Aerodinamik ve hidrodinamik titreşim kaynakları dönen bileşenlerle akışkan akışı etkileşimlerinden kaynaklanır. Fan kanat geçişi, pompa kanat etkileşimleri ve türbülanslı akış ayrımı, kanat/kanat geçiş frekanslarında ve bunların harmoniklerinde titreşim üretir. Bu kaynaklar, önemli akışkan işleme gereksinimleri olan yüksek hızlarda çalışan yardımcı makinelerde özellikle önemli hale gelir.

2.3.1.2. Lokomotif Sistemleri: WMB, WGB, AM ve Salınımlı Sistemler Olarak Bileşenleri

Lokomotif Uygulamalarında Döner Ekipman Sınıflandırması

Lokomotif döner ekipmanları, her biri benzersiz titreşim özellikleri ve teşhis zorlukları sunan üç ana kategoriyi kapsar. Tekerlek Takımı-Motor Blokları (WMB), çekiş motorlarını doğrudan tahrik tekerlek takımlarıyla entegre ederek hem elektriksel hem de mekanik uyarma kuvvetlerine maruz kalan karmaşık dinamik sistemler oluşturur. Tekerlek Takımı-Dişli Blokları (WGB), motorlar ve tekerlek takımları arasında ara dişli redüksiyon sistemleri kullanır ve dişli ağı etkileşimleri yoluyla ek titreşim kaynakları sunar. Yardımcı Makineler (AM), birincil çekiş sistemlerinden bağımsız olarak çalışan soğutma fanları, hava kompresörleri, hidrolik pompalar ve diğer destek ekipmanlarını içerir.

Bu mekanik sistemler, dinamiklerin ve titreşim teorisinin temel prensipleri tarafından yönetilen salınımlı davranış sergiler. Her bileşen, kütle dağılımı, sertlik özellikleri ve sınır koşulları tarafından belirlenen doğal frekanslara sahiptir. Bu doğal frekansları anlamak, aşırı titreşim genliklerine ve hızlandırılmış bileşen aşınmasına yol açabilen rezonans koşullarından kaçınmak için kritik hale gelir.

Salınımlı Sistem Sınıflandırmaları

Serbest salınımlar sistemler, sürekli dış zorlama olmadan ilk bozulmanın ardından doğal frekanslarda titreştiğinde meydana gelir. Lokomotif uygulamalarında, serbest salınımlar, dönme hızları doğal frekanslardan geçtiğinde başlatma ve kapatma geçişleri sırasında ortaya çıkar. Bu geçiş koşulları, sistem sertliği ve sönümleme özellikleri hakkında değerli tanısal bilgiler sağlar.

Zorlanmış salınımlar mekanik sistemler üzerinde etkili olan sürekli periyodik uyarım kuvvetlerinden kaynaklanır. Dönen dengesizlikler, dişli bağlantı kuvvetleri ve elektromanyetik uyarım, dönme hızları ve sistem geometrisiyle ilgili belirli frekanslarda zorlanmış titreşimler yaratır. Zorlanmış titreşim genlikleri, uyarım frekansı ile sistemin doğal frekansları arasındaki ilişkiye bağlıdır.

Parametrik salınımlar sistem parametreleri zaman içinde periyodik olarak değiştiğinde ortaya çıkar. Dişli temas temasında zamanla değişen sertlik, yatak boşluğu değişimleri ve manyetik akı dalgalanmaları, doğrudan zorlama olmadan bile dengesiz titreşim büyümesine yol açabilen parametrik uyarım yaratır.

Kendiliğinden uyarılan salınımlar (Oto-salınımlar) sistem enerji dağılım mekanizmaları negatif hale geldiğinde gelişir ve harici periyodik zorlama olmadan sürekli titreşim büyümesine yol açar. Sürtünme kaynaklı yapışma-kayma davranışı, aerodinamik çırpınma ve belirli elektromanyetik dengesizlikler, hafifletme için aktif kontrol veya tasarım değişiklikleri gerektiren kendiliğinden uyarılan titreşimler yaratabilir.

Doğal Frekans Belirlenmesi ve Rezonans Olayları

Doğal frekanslar, dış uyarılmadan bağımsız mekanik sistemlerin içsel titreşim özelliklerini temsil eder. Bu frekanslar yalnızca sistem kütle dağılımına ve sertlik özelliklerine bağlıdır. Basit tek serbestlik dereceli sistemler için, doğal frekans hesaplaması kütle ve sertlik parametrelerini ilişkilendiren iyi kurulmuş formülleri izler.

Karmaşık lokomotif bileşenleri farklı titreşim modlarına karşılık gelen birden fazla doğal frekans sergiler. Eğilme modları, burulma modları ve birleştirilmiş modların her biri farklı frekans özelliklerine ve mekansal desenlere sahiptir. Modal analiz teknikleri, mühendislerin etkili titreşim kontrolü için bu frekansları ve ilişkili mod şekillerini belirlemesine yardımcı olur.

Rezonans, uyarım frekansları doğal frekanslarla çakıştığında meydana gelir ve bu da önemli ölçüde yükseltilmiş titreşim tepkileriyle sonuçlanır. Yükseltme faktörü sistem sönümlemesine bağlıdır, hafif sönümlü sistemler, ağır sönümlü sistemlerden çok daha yüksek rezonans tepeleri sergiler. Mühendisler, çalışma hızlarının kritik rezonans koşullarından kaçınmasını veya titreşim genliklerini sınırlamak için yeterli sönümleme sağlamasını sağlamalıdır.

Sönümleme Mekanizmaları ve Etkileri

Sönümleme, titreşim genliği büyümesini sınırlayan ve sistem kararlılığı sağlayan enerji dağıtım mekanizmalarını temsil eder. Malzeme iç sönümlemesi, sürtünme sönümlemesi ve yağlayıcılardan ve çevreleyen havadan kaynaklanan sıvı sönümlemesi dahil olmak üzere çeşitli sönümleme kaynakları genel sistem davranışına katkıda bulunur.

Malzeme sönümlemesi, döngüsel gerilim yüklemesi sırasında bileşen malzemeler içindeki iç sürtünmeden kaynaklanır. Bu sönümleme mekanizması, modern lokomotif yapımında kullanılan dökme demir bileşenlerde, kauçuk montaj elemanlarında ve kompozit malzemelerde özellikle önemli olduğunu kanıtlamaktadır.

Sürtünme sönümlemesi, yatak yüzeyleri, cıvatalı bağlantılar ve sıkı geçmeli montajlar dahil olmak üzere bileşenler arasındaki arayüz yüzeylerinde meydana gelir. Sürtünme sönümlemesi faydalı titreşim kontrolü sağlayabilse de, değişen yük koşulları altında doğrusal olmayan etkiler ve öngörülemeyen davranışlar da getirebilir.

Sıvı sönümleme, yağlama filmlerindeki, hidrolik sistemlerdeki ve aerodinamik etkileşimlerdeki viskoz kuvvetlerden kaynaklanır. Mil yataklarındaki yağ filmi sönümlemesi, yüksek hızlı dönen makineler için kritik stabilite sağlarken, titreşim kontrolü için viskoz sönümleyiciler kasıtlı olarak dahil edilebilir.

Uyarım Kuvveti Sınıflandırmaları

Merkezkaç kuvvetleri dönen bileşenlerdeki kütle dengesizliklerinden gelişir ve dönme hızının karesine orantılı kuvvetler yaratır. Bu kuvvetler radyal olarak dışa doğru etki eder ve bileşenle birlikte dönerek dönme frekansında titreşim üretir. Merkezkaç kuvvetinin büyüklüğü hızla birlikte hızla artar ve bu da yüksek hızlı çalışma için hassas dengelemeyi kritik hale getirir.

Kinematik kuvvetler sistem bileşenlerine düzensiz hareket yükleyen geometrik kısıtlamalardan kaynaklanır. Profil hatalarına sahip karşılıklı hareket eden mekanizmalar, kam izleyicileri ve dişli sistemleri kinematik uyarım kuvvetleri üretir. Bu kuvvetler tipik olarak sistem geometrisi ve dönme hızlarıyla ilgili karmaşık frekans içeriği sergiler.

Çarpma kuvvetleri Ani yük uygulamaları veya bileşenler arasındaki çarpışma olaylarından kaynaklanır. Dişli diş teması, yatak elemanının yüzey kusurları üzerinde yuvarlanması ve tekerlek-ray etkileşimleri, geniş frekans içeriği ve yüksek tepe faktörleri ile karakterize edilen darbe kuvvetleri oluşturur. Darbe kuvvetleri, uygun karakterizasyon için özel analiz teknikleri gerektirir.

Sürtünme kuvvetleri yüzeyler arasındaki göreceli hareketli kayan temastan gelişir. Fren uygulamaları, rulman kayması ve tekerlek-ray sürünmesi, kendiliğinden uyarılan titreşimlere yol açan yapışma-kayma davranışı gösterebilen sürtünme kuvvetleri üretir. Sürtünme kuvveti özellikleri, yüzey koşullarına, yağlamaya ve normal yüklemeye büyük ölçüde bağlıdır.

Elektromanyetik kuvvetler elektrik motorları ve jeneratörlerdeki manyetik alan etkileşimlerinden kaynaklanır. Radyal elektromanyetik kuvvetler hava boşluğu değişimlerinden, kutup parçası geometrisinden ve akım dağılımı asimetrilerinden kaynaklanır. Bu kuvvetler hat frekansında, yuva geçiş frekansında ve bunların kombinasyonlarında titreşim yaratır.

Frekans Bağımlı Sistem Özellikleri

Mekanik sistemler, titreşim iletimi ve amplifikasyonunu önemli ölçüde etkileyen frekans bağımlı dinamik özellikler sergiler. Sistem sertliği, sönümleme ve eylemsizlik özellikleri, giriş uyarımı ve sistem tepkisi arasındaki titreşim genliği ve faz ilişkilerini tanımlayan karmaşık frekans tepkisi fonksiyonları oluşturmak için bir araya gelir.

İlk doğal frekansın çok altındaki frekanslarda, sistemler titreşim genlikleri uyarım kuvveti genliklerine orantılı olacak şekilde yarı statik davranır. Dinamik amplifikasyon minimum düzeyde kalır ve faz ilişkileri neredeyse sıfır kalır.

Doğal frekansların yakınında, dinamik amplifikasyon sönümleme seviyelerine bağlı olarak statik sapmanın 10-100 katına kadar değerlere ulaşabilir. Faz ilişkileri rezonansta 90 derece boyunca hızla kayar ve doğal frekans konumlarının net bir şekilde tanımlanmasını sağlar.

Doğal frekansların çok üzerindeki frekanslarda, eylemsizlik etkileri sistem davranışına hakim olur ve artan frekansla birlikte titreşim genliklerinin azalmasına neden olur. Yüksek frekanslı titreşim zayıflaması, hassas bileşenleri yüksek frekanslı bozulmalardan izole etmeye yardımcı olan doğal filtreleme sağlar.

Toplu Parametre ve Dağıtılmış Parametre Sistemleri

Tekerlek seti-Motor Blokları, bileşen boyutlarının titreşim dalga boylarına kıyasla küçük kaldığı düşük frekanslı titreşim modlarını analiz ederken toplu parametre sistemleri olarak modellenebilir. Bu yaklaşım, dağıtılmış kütle ve sertlik özelliklerini kütleçekimsiz yaylar ve sert bağlantılar ile bağlanan ayrı elemanlar olarak temsil ederek analizi basitleştirir.

Toplu parametre modelleri, rotor dengesizliğini, yatak destek sertliği etkilerini ve motor ile tekerlek seti bileşenleri arasındaki düşük frekanslı kuplaj dinamiklerini analiz etmek için etkili olduğunu kanıtlamıştır. Bu modeller hızlı analizi kolaylaştırır ve sistem davranışına dair net fiziksel içgörü sağlar.

Dağıtılmış parametre modelleri, bileşen boyutlarının titreşim dalga boylarına yaklaştığı yüksek frekanslı titreşim modlarını analiz ederken gerekli hale gelir. Mil bükme modları, dişli dişi esnekliği ve akustik rezonanslar, doğru tahmin için dağıtılmış parametre işlemi gerektirir.

Dağıtılmış parametre modelleri, toplu parametre modellerinin yakalayamadığı dalga yayılım etkilerini, yerel mod şekillerini ve frekans bağımlı davranışı hesaba katar. Bu modeller genellikle sayısal çözüm teknikleri gerektirir ancak daha eksiksiz sistem karakterizasyonu sağlar.

2.3.1.3. WMB, WGB ve AM'de Düşük Frekanslı, Orta Frekanslı, Yüksek Frekanslı ve Ultrasonik Titreşimin Özellikleri ve Karakteristikleri

Frekans Bant Sınıflandırmaları ve Önemleri

Titreşim frekansı analizi, tanı prosedürlerini ve ekipman seçimini optimize etmek için frekans bantlarının sistematik olarak sınıflandırılmasını gerektirir. Her frekans bandı, belirli mekanik olaylar ve arıza geliştirme aşamaları hakkında benzersiz bilgiler sağlar.

Düşük frekanslı titreşim (1-200 Hz) öncelikle dönen makine dengesizlikleri, yanlış hizalama ve yapısal rezonanslardan kaynaklanır. Bu frekans aralığı temel dönme frekanslarını ve bunların düşük dereceli harmoniklerini yakalayarak mekanik durum ve operasyonel kararlılık hakkında temel bilgiler sağlar.

Orta frekanslı titreşim (200-2000 Hz) dişli örgü frekanslarını, elektromanyetik uyarım harmoniklerini ve ana yapısal bileşenlerin mekanik rezonanslarını kapsar. Bu frekans aralığı, dişli diş aşınmasını, motor elektromanyetik sorunlarını ve kuplaj bozulmasını teşhis etmek için kritik öneme sahiptir.

Yüksek frekanslı titreşim (2000-20000 Hz) rulman arızası imzalarını, dişli dişi darbe kuvvetlerini ve yüksek dereceli elektromanyetik harmonikleri ortaya çıkarır. Bu frekans aralığı, daha düşük frekans bantlarında ortaya çıkmadan önce gelişmekte olan arızalar hakkında erken uyarı sağlar.

Ultrasonik titreşim (20000+ Hz) başlangıç aşamasındaki yatak arızalarını, yağlama filmi bozulmalarını ve sürtünmeyle ilgili olayları yakalar. Ultrasonik ölçümler özel sensörler ve analiz teknikleri gerektirir ancak mümkün olan en erken arıza tespit yeteneklerini sağlar.

Düşük Frekanslı Titreşim Analizi

Düşük frekanslı titreşim analizi, temel dönme frekanslarına ve yaklaşık 10. mertebeye kadar olan harmoniklerine odaklanır. Bu analiz, kütle dengesizliği, şaft hizasızlığı, mekanik gevşeklik ve yatak boşluğu sorunları gibi birincil mekanik koşulları ortaya çıkarır.

Dönme frekansı titreşimi (1×), şaftla birlikte dönen santrifüj kuvvetleri oluşturan kütle dengesizliği koşullarını gösterir. Saf dengesizlik, minimal harmonik içerikle ağırlıklı olarak dönme frekansında titreşim üretir. Titreşim genliği, dönme hızının karesiyle orantılı olarak artar ve net tanısal gösterge sağlar.

İki kez dönme frekansı titreşimi (2×) genellikle bağlı şaftlar veya bileşenler arasındaki uyumsuzluğu gösterir. Açısal uyumsuzluk, her devirde iki kez tekrarlanan alternatif gerilim desenleri oluşturarak karakteristik 2× titreşim imzaları üretir. Paralel uyumsuzluk, değişken yük dağılımı yoluyla 2× titreşime de katkıda bulunabilir.

Çoklu harmonik içerik (3×, 4×, 5×, vb.) mekanik gevşeklik, aşınmış kaplinler veya yapısal sorunları gösterir. Gevşeklik, temel frekansların çok ötesine uzanan zengin harmonik içerik üreten doğrusal olmayan kuvvet iletimi sağlar. Harmonik desen, gevşeklik konumu ve şiddeti hakkında tanısal bilgi sağlar.

Orta Frekanslı Titreşim Özellikleri

Orta frekans analizi dişli örgü frekanslarına ve bunların modülasyon desenlerine yoğunlaşır. Dişli örgü frekansı, dönme frekansı ve diş sayısının çarpımına eşittir ve dişli durumunu ve yük dağılımını ortaya koyan öngörülebilir spektral çizgiler oluşturur.

Sağlıklı dişliler, minimum yan bantlarla dişli bağlantı frekansında belirgin titreşim üretir. Diş aşınması, diş çatlaması veya düzensiz yükleme, bağlantı frekansının genlik modülasyonunu oluşturarak, bağlantı yapan dişlilerin dönme frekanslarında aralıklı yan bantlar üretir.

Çekiş motorlarındaki elektromanyetik titreşim öncelikle orta frekans aralığında ortaya çıkar. Hat frekansı harmonikleri, yuva geçiş frekansları ve kutup geçiş frekansları, motor durumunu ve yükleme özelliklerini ortaya koyan karakteristik spektral desenler oluşturur.

Yuva geçiş frekansı, dönme frekansı ve rotor yuvası sayısının çarpımına eşittir ve rotor yuvaları stator kutuplarından geçerken manyetik geçirgenlik değişimleri yoluyla titreşim üretir. Kırık rotor çubukları veya uç halka kusurları yuva geçiş frekansını modüle ederek tanısal yan bantlar oluşturur.

Yüksek Frekanslı Titreşim Analizi

Yüksek frekanslı titreşim analizi, rulman arıza frekanslarını ve yüksek dereceli dişli bağlantı harmoniklerini hedefler. Yuvarlanan elemanlı rulmanlar, geometri ve dönüş hızına dayalı karakteristik frekanslar üreterek rulman durumu değerlendirmesi için hassas teşhis yetenekleri sağlar.

Bilyalı Geçiş Frekansı Dış yarış (BPFO), yuvarlanan elemanlar sabit bir dış yarış kusurunu geçtiğinde meydana gelir. Bu frekans, rulman geometrisine bağlıdır ve genellikle yaygın rulman tasarımları için dönme frekansının 3-8 katı arasında değişir.

Bilyalı Geçiş Frekansı İç yarış (BPFI), yuvarlanan elemanların iç yarış kusurlarıyla karşılaşmasından kaynaklanır. İç yarış şaftla birlikte döndüğünden, BPFI genellikle BPFO'yu aşar ve yük bölgesi etkileri nedeniyle dönme frekansı modülasyonu gösterebilir.

Temel Tren Frekansı (FTF), kafes dönüş frekansını temsil eder ve tipik olarak şaft dönüş frekansının 0,4-0,45 katına eşittir. Kafes kusurları veya yağlama sorunları FTF'de ve onun harmoniklerinde titreşime neden olabilir.

Bilyalı Dönme Frekansı (BSF), yuvarlanan elemanın kendi ekseni etrafında dönmesini gösterir. Bu frekans, yuvarlanan elemanlar yüzey kusurları veya boyutsal düzensizlikler göstermediği sürece titreşim spektrumlarında nadiren görülür.

Ultrasonik Titreşim Uygulamaları

Ultrasonik titreşim ölçümleri, geleneksel titreşim analizinde belirgin hale gelmelerinden haftalar veya aylar önce başlangıç aşamasındaki yatak kusurlarını tespit eder. Yüzey pürüzlülüğü teması, mikro çatlaklar ve yağlama filmi bozulması, yatak kusuru frekanslarında ölçülebilir değişikliklere öncülük eden ultrasonik emisyonlar üretir.

Zarf analiz teknikleri, ultrasonik taşıyıcı frekanslarından genlik modülasyon bilgilerini çıkararak, yatak kusuru frekanslarına karşılık gelen düşük frekans modülasyon desenlerini ortaya çıkarır. Bu yaklaşım, yüksek frekans hassasiyetini düşük frekanslı tanılama bilgileriyle birleştirir.

Ultrasonik ölçümler, elektromanyetik girişim ve mekanik gürültüden kaynaklanan sinyal kirliliğini önlemek için dikkatli sensör seçimi ve montajı gerektirir. 50 kHz'nin üzerine çıkan frekans tepkisine ve uygun sinyal koşullandırmasına sahip ivmeölçerler güvenilir ultrasonik ölçümler sağlar.

Mekanik ve Elektromanyetik Titreşimlerin Kökenleri

Mekanik titreşim kaynakları, bileşen geometrisi ve kinematiğiyle ilgili frekans içeriğine sahip geniş bantlı uyarım oluşturur. Yatak kusurlarından, dişli diş kavramasından ve mekanik gevşeklikten kaynaklanan darbe kuvvetleri, geniş frekans aralıklarına yayılan zengin harmonik içeriğe sahip darbeli sinyaller üretir.

Elektromanyetik titreşim kaynakları, elektrik besleme frekansı ve motor tasarım parametreleriyle ilgili ayrı frekans bileşenleri üretir. Bu frekanslar mekanik dönüş hızlarından bağımsız kalır ve güç sistemi frekansıyla sabit ilişkiler sürdürür.

Mekanik ve elektromanyetik titreşim kaynakları arasında ayrım yapmak, frekans ilişkilerinin ve yük bağımlılığının dikkatli bir şekilde analiz edilmesini gerektirir. Mekanik titreşim genellikle dönme hızı ve mekanik yükleme ile değişirken, elektromanyetik titreşim elektrik yüklemesi ve besleme voltajı kalitesi ile ilişkilidir.

Darbe ve Şok Titreşim Özellikleri

Darbe titreşimi, çok kısa süreli ani kuvvet uygulamalarından kaynaklanır. Dişli diş teması, yatak elemanı darbeleri ve tekerlek-ray teması, aynı anda birden fazla yapısal rezonansı harekete geçiren darbe kuvvetleri üretir.

Çarpma olayları, yüksek tepe faktörleri ve geniş frekans içeriğine sahip karakteristik zaman alanı imzaları üretir. Çarpma titreşiminin frekans spektrumu, çarpma olayının kendisinden çok yapısal tepki özelliklerine bağlıdır ve doğru yorumlama için zaman alanı analizi gerektirir.

Şok tepki spektrumu analizi, darbe yüklemesine karşı yapısal tepkinin kapsamlı karakterizasyonunu sağlar. Bu analiz, hangi doğal frekansların darbe olayları tarafından uyarıldığını ve bunların genel titreşim seviyelerine göreceli katkısını ortaya koyar.

Sürtünme Kaynaklarından Rastgele Titreşim

Sürtünme kaynaklı titreşim, yüzey temas olgularının stokastik doğası nedeniyle rastgele özellikler sergiler. Fren gıcırtısı, rulman titreşimi ve tekerlek-ray etkileşimi, istatistiksel analiz teknikleri gerektiren geniş bantlı rastgele titreşim yaratır.

Sürtünme sistemlerindeki yapışma-kayma davranışı, karmaşık frekans içeriğine sahip kendiliğinden uyarılan titreşim yaratır. Yapısal rezonanslarla çakışabilen ve yükseltilmiş titreşim seviyelerine yol açabilen yapışma-kayma döngüleri sırasındaki sürtünme kuvveti değişimleri, alt harmonik titreşim bileşenleri üretir.

Rastgele titreşim analizi, güç spektral yoğunluk fonksiyonlarını ve RMS seviyeleri ve olasılık dağılımları gibi istatistiksel parametreleri kullanır. Bu teknikler, rastgele titreşim şiddetinin nicel değerlendirmesini ve bileşen yorulma ömrü üzerindeki potansiyel etkisini sağlar.

2.3.1.4. WMB, WGB, AM'nin Tasarım Özellikleri ve Titreşim Karakteristiklerine Etkileri

Birincil WMB, WGB ve AM Yapılandırmaları

Lokomotif üreticileri çekiş motorlarından tahrik tekerlek takımlarına güç iletmek için çeşitli mekanik düzenlemeler kullanır. Her yapılandırma, teşhis yaklaşımlarını ve bakım gereksinimlerini doğrudan etkileyen benzersiz titreşim özellikleri sunar.

Burun askılı çekiş motorları doğrudan tekerlek takımı akslarına monte edilir ve motor ile tekerlek takımı arasında sağlam bir mekanik bağlantı oluşturur. Bu yapılandırma güç aktarım kayıplarını en aza indirir ancak motorları tüm pist kaynaklı titreşimlere ve darbelere maruz bırakır. Doğrudan montaj düzenlemesi, motor elektromanyetik titreşimini tekerlek takımı mekanik titreşimiyle birleştirerek dikkatli analiz gerektiren karmaşık spektral desenler oluşturur.

Şasiye monteli çekiş motorları, motorları pist bozulmalarından izole ederken gücü tekerlek setlerine iletmek için esnek bağlantı sistemleri kullanır. Üniversal mafsallar, esnek bağlantı elemanları veya dişli tipi bağlantı elemanları, güç iletim kapasitesini korurken motor ve tekerlek seti arasındaki bağıl hareketi barındırır. Bu düzenleme, motor titreşim maruziyetini azaltır ancak bağlantı dinamikleri aracılığıyla ek titreşim kaynakları sunar.

Dişli tahrik sistemleri, motor çalışma özelliklerini optimize etmek için motor ve tekerlek takımı arasında ara dişli redüksiyonu kullanır. Tek kademeli helezonik dişli redüksiyonu, orta düzeyde gürültü seviyeleriyle kompakt bir tasarım sağlarken, iki kademeli redüksiyon sistemleri oran seçiminde daha fazla esneklik sunar ancak karmaşıklığı ve potansiyel titreşim kaynaklarını artırır.

Mekanik Bağlantı Sistemleri ve Titreşim İletimi

Çekiş motoru rotoru ile dişli pinyonu arasındaki mekanik arayüz, titreşim iletim özelliklerini önemli ölçüde etkiler. Shrink-fit bağlantıları, mükemmel eşmerkezliliğe sahip rijit bağlantı sağlar ancak rotor denge kalitesini etkileyen montaj gerilimlerine neden olabilir.

Anahtarlı bağlantılar termal genleşmeyi barındırır ve montaj prosedürlerini basitleştirir ancak tork ters çevirmeleri sırasında boşluk ve potansiyel darbe yüklemesi oluşturur. Anahtar aşınması, hızlanma ve yavaşlama döngüleri sırasında iki kat dönüş frekansında darbe kuvvetleri üreten ek boşluk yaratır.

Yivli bağlantılar üstün tork iletim kapasitesi sunar ve eksenel yer değiştirmeye uyum sağlar ancak titreşim oluşumunu en aza indirmek için hassas üretim toleransları gerektirir. Yivli aşınma, yükleme koşullarına bağlı olarak karmaşık titreşim desenleri üreten çevresel boşluk yaratır.

Esnek bağlantı sistemleri, bağlı şaftlar arasındaki yanlış hizalamayı karşılayarak burulma titreşimlerini izole eder. Elastomerik bağlantı elemanları mükemmel titreşim izolasyonu sağlar ancak doğal frekans konumlarını etkileyen sıcaklığa bağlı sertlik özellikleri sergiler. Dişli tipi bağlantı elemanları sabit sertlik özelliklerini korur ancak genel sistem spektral içeriğine eklenen ağ frekanslı titreşim üretir.

Tekerlek Takımı Aks Rulman Yapılandırmaları

Tekerlek seti aks yatakları, termal genleşme ve palet geometrisi değişikliklerini karşılayarak dikey, yanal ve itme yüklerini destekler. Silindirik makaralı yataklar radyal yükleri verimli bir şekilde idare eder ancak eksenel yük desteği için ayrı itme yatağı düzenlemeleri gerektirir.

Konik makaralı rulmanlar, bilyalı rulmanlara kıyasla üstün sertlik özellikleriyle birleştirilmiş radyal ve itme yükü kapasitesi sağlar. Konik geometri, iç boşluğu ortadan kaldıran ancak aşırı yükleme veya yetersiz desteği önlemek için hassas ayarlama gerektiren doğal ön yük oluşturur.

Çift sıra küresel makaralı rulmanlar, şaft sapması ve gövde hizalama hatalarını telafi etmek için kendi kendini hizalama yeteneği sağlarken büyük radyal yükleri ve orta düzeyde itme yüklerini karşılar. Küresel dış bilezik geometrisi, titreşim iletimini kontrol etmeye yardımcı olan yağ filmi sönümlemesi oluşturur.

Yatak iç boşluğu, titreşim özelliklerini ve yük dağılımını önemli ölçüde etkiler. Aşırı boşluk, yük ters çevrimleri sırasında darbe yüklemesine izin vererek yüksek frekanslı darbe titreşimi üretir. Yetersiz boşluk, yuvarlanma direncini ve ısı oluşumunu artırırken titreşim genliğini potansiyel olarak azaltan ön yükleme koşulları yaratır.

Vites Sistemi Tasarımının Titreşim Üzerindeki Etkisi

Dişli diş geometrisi doğrudan ağ frekansı titreşim genliğini ve harmonik içeriğini etkiler. Uygun basınç açıları ve ek modifikasyonları olan involüt diş profilleri ağ kuvveti değişimlerini ve ilişkili titreşim oluşumunu en aza indirir.

Helezon dişliler, kademeli diş kavrama özellikleri nedeniyle mahmuzlu dişlilere kıyasla daha pürüzsüz güç iletimi sağlar. Helezon açısı, itme yatağı desteği gerektiren ancak ağ frekansı titreşim genliğini önemli ölçüde azaltan eksenel kuvvet bileşenleri oluşturur.

Dişli temas oranı, güç iletimi sırasında eş zamanlı olarak birbirine geçen diş sayısını belirler. Daha yüksek temas oranları yükü daha fazla diş arasında dağıtır, bireysel diş stresini ve ağ kuvveti değişimlerini azaltır. 1,5'in üzerindeki temas oranları, daha düşük oranlara kıyasla önemli titreşim azaltımı sağlar.

Dişli üretim doğruluğu, diş aralığı hataları, profil sapmaları ve yüzey kalitesi değişimleri yoluyla titreşim oluşumunu etkiler. AGMA kalite sınıfları, üretim hassasiyetini niceliksel olarak belirler; daha yüksek sınıflar daha düşük titreşim seviyeleri üretir ancak daha pahalı üretim süreçleri gerektirir.

Dişli yüz genişliği boyunca yük dağılımı, yerel gerilim konsantrasyonlarını ve titreşim oluşumunu etkiler. Taçlı diş yüzeyleri ve uygun şaft hizalaması, yüksek frekanslı titreşim bileşenleri oluşturan kenar yüklemesini en aza indirerek düzgün yük dağılımını sağlar.

WGB Uygulamalarında Kardan Mil Sistemleri

Kardan mili güç iletimli Tekerlek Takımı-Dişli Blokları, esnek bağlantı kabiliyeti sağlarken motor ve tekerlek takımı arasında daha büyük ayırma mesafelerine uyum sağlar. Kardan milinin her iki ucundaki üniversal mafsallar, karakteristik titreşim desenleri üreten kinematik kısıtlamalar oluşturur.

Tek üniversal mafsal çalışması, şaft dönüş frekansının iki katı titreşim yaratan hız değişimleri üretir. Bu titreşimin genliği, mafsal çalışma açısına bağlıdır ve daha büyük açılar, iyi kurulmuş kinematik ilişkilere göre daha yüksek titreşim seviyeleri üretir.

Uygun fazlamaya sahip çift üniversal mafsal düzenlemeleri birinci dereceden hız değişimlerini ortadan kaldırır ancak büyük çalışma açılarında önemli hale gelen daha yüksek dereceli etkiler getirir. Sabit hız mafsalları üstün titreşim özellikleri sağlar ancak daha karmaşık üretim ve bakım prosedürleri gerektirir.

Kardan mili kritik hızları, rezonans amplifikasyonunu önlemek için çalışma hızı aralıklarından iyi bir şekilde ayrılmalıdır. Mil çapı, uzunluğu ve malzeme özellikleri, her uygulama için dikkatli tasarım analizi gerektiren kritik hız konumlarını belirler.

Farklı Çalışma Koşullarında Titreşim Özellikleri

Lokomotif işletimi, titreşim imzalarını ve tanı yorumunu önemli ölçüde etkileyen çeşitli çalışma koşulları sunar. Bakım standlarında desteklenen lokomotiflerle yapılan statik testler, ray kaynaklı titreşimleri ve tekerlek-ray etkileşim kuvvetlerini ortadan kaldırarak temel ölçümler için kontrollü koşullar sağlar.

Çalışan dişli süspansiyon sistemleri, normal çalışma sırasında lokomotif gövdesini tekerlek takımı titreşimlerinden izole eder ancak belirli frekanslarda rezonans etkileri yaratabilir. Birincil süspansiyon doğal frekansları genellikle dikey modlar için 1-3 Hz ve yanal modlar için 0,5-1,5 Hz arasında değişir ve potansiyel olarak düşük frekanslı titreşim iletimini etkiler.

Ray düzensizlikleri, tren hızına ve ray durumuna bağlı olarak geniş frekans aralıklarında tekerlek takımı titreşimlerini harekete geçirir. Ray bağlantıları, ray uzunluğu ve tren hızı tarafından belirlenen frekanslarda periyodik darbeler yaratırken, ray ölçü değişimleri tekerlek takımı avlama modlarıyla birleşen yanal titreşimler üretir.

Çekiş ve frenleme kuvvetleri, yatak yük dağılımlarını ve dişli bağlantı özelliklerini etkileyen ek yüklemeler getirir. Yüksek çekiş yükleri, dişli diş temas gerilimlerini artırır ve tekerlek seti yataklarındaki yük bölgelerini kaydırarak, yüksüz koşullara kıyasla titreşim modellerini değiştirebilir.

Yardımcı Makine Titreşim Özellikleri

Soğutma fanı sistemleri, belirgin titreşim imzaları oluşturan çeşitli pervane tasarımları kullanır. Santrifüjlü fanlar, kanat sayısına, dönüş hızına ve aerodinamik yüklemeye bağlı olarak genliğe sahip kanat geçiş frekansı titreşimi üretir. Eksenel fanlar, akış deseni farklılıkları nedeniyle benzer kanat geçiş frekansları üretir ancak farklı harmonik içeriğe sahiptir.

Fan dengesizliği, diğer dönen makinelere benzer şekilde, hızın karesine orantılı genliğe sahip dönme frekansında titreşim yaratır. Ancak, kanat kirlenmesi, aşınma veya hasardan kaynaklanan aerodinamik kuvvetler, tanı yorumunu zorlaştıran ek titreşim bileşenleri yaratabilir.

Hava kompresör sistemleri genellikle krank mili dönüş frekansında ve onun harmoniklerinde titreşim üreten alternatif tasarımlar kullanır. Silindir sayısı ve ateşleme sırası harmonik içeriği belirler, daha fazla silindir genellikle daha düzgün çalışma ve daha düşük titreşim seviyeleri üretir.

Hidrolik pompa titreşimleri pompa türüne ve çalışma koşullarına bağlıdır. Dişli pompalar dişli sistemlerine benzer şekilde örgü frekanslı titreşim üretirken, kanatlı pompalar kanat geçiş frekanslı titreşim üretir. Değişken deplasmanlı pompalar deplasman ayarları ve yük koşullarına göre değişen karmaşık titreşim desenleri sergileyebilir.

Mil Destek ve Montaj Sistemi Etkileri

Yatak yuvası sertliği, dönen bileşenlerden sabit yapılara titreşim iletimini önemli ölçüde etkiler. Esnek yuvalar titreşim iletimini azaltabilir ancak iç boşlukları ve yük dağılımlarını etkileyebilecek daha büyük şaft hareketine izin verir.

Temel sertliği ve montaj düzenlemeleri yapısal rezonans frekanslarını ve titreşim amplifikasyon özelliklerini etkiler. Yumuşak montaj sistemleri titreşim izolasyonu sağlar ancak dengesizlikten kaynaklanan titreşimi artıran düşük frekanslı rezonanslar yaratabilir.

Esnek elemanlar veya dişli ağları aracılığıyla birden fazla şaft arasındaki bağlantı, birden fazla doğal frekans ve mod şekline sahip karmaşık dinamik sistemler oluşturur. Bu bağlı sistemler, bireysel bileşen frekansları biraz farklı olduğunda vuruş frekansları sergileyebilir ve titreşim ölçümlerinde genlik modülasyon desenleri oluşturabilir.

2.3.1.5. Titreşim İzleme ve Tanılama için Teknik Ekipman ve Yazılım

Titreşim Ölçüm ve Analiz Sistemleri İçin Gereksinimler

Demiryolu lokomotif bileşenlerinin etkili titreşim teşhisi, demiryolu ortamlarının benzersiz zorluklarını ele alan sofistike ölçüm ve analiz yetenekleri gerektirir. Modern titreşim analiz sistemleri, sıcaklık uçları, elektromanyetik girişim ve mekanik şok gibi zorlu çevre koşullarında geniş dinamik aralık, yüksek frekans çözünürlüğü ve sağlam çalışma sağlamalıdır.

Lokomotif uygulamaları için dinamik aralık gereksinimleri, hem düşük genlikli başlangıç arızalarını hem de yüksek genlikli operasyonel titreşimleri yakalamak için genellikle 80 dB'yi aşar. Bu aralık, erken yatak arızaları için saniyede mikrometreden, ciddi dengesizlik koşulları için saniyede yüzlerce milimetreye kadar ölçümleri barındırır.

Frekans çözünürlüğü, yakın aralıklı spektral bileşenleri ayırma ve belirli hata tiplerinin karakteristik modülasyon desenlerini tanımlama yeteneğini belirler. Çözünürlük bant genişliği, ilgi duyulan en düşük frekansın 1%'sini aşmamalıdır ve her ölçüm uygulaması için analiz parametrelerinin dikkatli bir şekilde seçilmesini gerektirir.

Sıcaklık kararlılığı, lokomotif uygulamalarında karşılaşılan geniş sıcaklık aralıklarında ölçüm doğruluğunu garanti eder. Ölçüm sistemleri, mevsimsel değişikliklere ve ekipman ısıtma etkilerine uyum sağlamak için -40°C ile +70°C arasındaki sıcaklık aralıklarında ±5% içinde kalibrasyon doğruluğunu korumalıdır.

Ultrasonik Titreşim Kullanarak Yatak Durumu Göstergeleri

Ultrasonik titreşim analizi, yüzey pürüzlülüğü teması ve yağlama filmi bozulmasından kaynaklanan yüksek frekanslı emisyonları izleyerek yatak bozulmasının mümkün olan en erken tespitini sağlar. Bu fenomenler, geleneksel titreşim imzalarından haftalar veya aylar önce gerçekleşir ve proaktif bakım planlamasına olanak tanır.

Spike enerji ölçümleri, geçici olayları vurgularken sabit durum arka plan gürültüsünü bastıran özel filtreler kullanarak dürtüsel ultrasonik emisyonları nicelleştirir. Teknik, 5 kHz'nin üzerinde yüksek geçişli filtrelemeyi, ardından kısa zaman pencerelerinde zarf algılama ve RMS hesaplamasını kullanır.

Yüksek Frekans Zarfı (HFE) analizi, ultrasonik taşıyıcı sinyallerinden genlik modülasyon bilgilerini çıkararak, yatak kusuru frekanslarına karşılık gelen düşük frekans modülasyon desenlerini ortaya çıkarır. Bu yaklaşım, ultrasonik hassasiyeti geleneksel frekans analiz yetenekleriyle birleştirir.

Şok Darbe Yöntemi (SPM), yaklaşık 32 kHz'ye ayarlanmış özel rezonans dönüştürücüler kullanarak ultrasonik geçişlerin tepe genliklerini ölçer. Bu teknik, yatak hasarının ciddiyetiyle iyi korelasyon gösteren boyutsuz yatak durumu göstergeleri sağlar.

Ultrasonik durum göstergeleri, temel değerleri ve hasar ilerleme oranlarını belirlemek için dikkatli kalibrasyon ve eğilim gerektirir. Sıcaklık, yükleme ve yağlama koşulları gibi çevresel faktörler gösterge değerlerini önemli ölçüde etkiler ve kapsamlı temel veri tabanlarını gerekli kılar.

Yüksek Frekanslı Titreşim Modülasyon Analizi

Yuvarlanan eleman yatakları, yuvarlanan elemanlar yarış kusurlarıyla karşılaştığında periyodik yük değişimleri nedeniyle yüksek frekanslı titreşimde karakteristik modülasyon desenleri üretir. Bu modülasyon desenleri, yapısal rezonans frekansları ve yatak doğal frekansları etrafında yan bantlar olarak görünür.

Zarf analiz teknikleri, yatak rezonanslarını içeren frekans bantlarını izole etmek için titreşim sinyallerini filtreleyerek, genlik değişimlerini kurtarmak için zarf algılama uygulayarak ve kusur frekanslarını belirlemek için zarf spektrumunu analiz ederek modülasyon bilgilerini çıkarır.

Rezonans tanımlaması, yatak darbe uyarımı belirli yapısal rezonansları öncelikli olarak uyardığından etkili zarf analizi için kritik hale gelir. Süpürülmüş sinüs testi veya darbe modal analizi, her yatak konumunun zarf analizi için optimum frekans bantlarını belirlemeye yardımcı olur.

Zarf analizi için kullanılan dijital filtreleme teknikleri arasında, doğrusal faz karakteristikleri sağlayan ve sinyal bozulmasını önleyen sonlu dürtü tepkisi (FIR) filtreleri ve daha az hesaplama gereksinimiyle dik düşüş karakteristikleri sunan sonsuz dürtü tepkisi (IIR) filtreleri yer alır.

Zarf spektrum analiz parametreleri tanısal hassasiyeti ve doğruluğu önemli ölçüde etkiler. Filtre bant genişliği, bitişik rezonansları hariç tutarak yapısal rezonansı kapsamalıdır ve analiz penceresi uzunluğu, yatak kusuru frekanslarını ve bunların harmoniklerini ayırmak için yeterli frekans çözünürlüğü sağlamalıdır.

Kapsamlı Dönen Ekipman İzleme Sistemleri

Modern lokomotif bakım tesisleri, dönen ekipman durumunun kapsamlı değerlendirmesini sağlamak için birden fazla teşhis tekniğini birleştiren entegre izleme sistemleri kullanır. Bu sistemler, teşhis doğruluğunu artırmak için titreşim analizini yağ analizi, termal izleme ve performans parametreleriyle birleştirir.

Taşınabilir titreşim analizörleri, planlı bakım aralıkları sırasında periyodik durum değerlendirmesi için birincil tanılama araçları olarak hizmet eder. Bu cihazlar, lokomotif uygulamaları için optimize edilmiş spektral analiz, zaman dalga formu yakalama ve otomatik arıza tespit algoritmaları sağlar.

Kalıcı olarak kurulan izleme sistemleri, operasyon sırasında kritik bileşenlerin sürekli gözetimini sağlar. Bu sistemler, gerçek zamanlı durum değerlendirmesi ve alarm üretimi sağlamak için dağıtılmış sensör ağları, kablosuz veri iletimi ve otomatik analiz algoritmaları kullanır.

Veri bütünleştirme yetenekleri, arıza tespit güvenilirliğini artırmak ve yanlış alarm oranlarını azaltmak için birden fazla tanılama tekniğinden gelen bilgileri birleştirir. Füzyon algoritmaları, belirli arıza türleri ve çalışma koşulları için etkinliklerine göre farklı tanılama yöntemlerinden gelen katkıları ağırlıklandırır.

Sensör Teknolojileri ve Kurulum Yöntemleri

Titreşim sensörü seçimi ölçüm kalitesini ve teşhis etkinliğini önemli ölçüde etkiler. Piezoelektrik ivmeölçerler çoğu lokomotif uygulaması için mükemmel frekans tepkisi ve hassasiyet sağlarken, elektromanyetik hız dönüştürücüler büyük dönen makineler için üstün düşük frekans tepkisi sunar.

Sensör montaj yöntemleri ölçüm doğruluğunu ve güvenilirliğini kritik şekilde etkiler. Dişli saplamalar kalıcı kurulumlar için optimum mekanik bağlantı sağlarken, manyetik montaj ferromanyetik yüzeylerde periyodik ölçümler için kolaylık sağlar. Yapışkan montaj ferromanyetik olmayan yüzeylere uygundur ancak yüzey hazırlığı ve kürleme süresi gerektirir.

Sensör yönelimi, farklı titreşim modlarına yönelik ölçüm hassasiyetini etkiler. Radyal ölçümler dengesizliği ve hizasızlığı en etkili şekilde tespit ederken, eksenel ölçümler itme yatağı sorunlarını ve kuplaj hizasızlığını ortaya çıkarır. Tanjantsal ölçümler burulma titreşimi ve dişli bağlantı dinamikleri hakkında benzersiz bilgiler sağlar.

Çevre koruma, sıcaklık uç noktalarının, nem maruziyetinin ve elektromanyetik girişimin dikkatli bir şekilde değerlendirilmesini gerektirir. Entegre kablolu kapalı ivmeölçerler, zorlu demiryolu ortamlarında çıkarılabilir konnektör tasarımlarına kıyasla üstün güvenilirlik sağlar.

Sinyal Koşullandırma ve Veri Toplama

Sinyal koşullandırma elektroniği, doğru titreşim ölçümleri için gerekli sensör uyarımı, amplifikasyonu ve filtrelemesini sağlar. Sabit akım uyarım devreleri, sensör hassasiyetini korumak için yüksek giriş empedansını korurken piezoelektrik ivmeölçerlere güç sağlar.

Anti-aliasing filtreleri, Nyquist frekansının üstündeki sinyal bileşenlerini zayıflatarak analogdan dijitale dönüştürme sırasında frekans katlama eserlerini önler. Bu filtreler, sinyal sadakatini korumak için düz geçiş bandı tepkisini korurken yeterli durdurma bandı reddi sağlamalıdır.

Analog-dijital dönüşüm çözünürlüğü, ölçüm dinamik aralığını ve doğruluğunu belirler. 24 bit dönüşüm, 144 dB teorik dinamik aralık sağlayarak, aynı edinim içinde hem düşük genlikli hata imzalarının hem de yüksek genlikli operasyonel titreşimin ölçülmesini sağlar.

Örnekleme frekansı seçimi, en az ilgi duyulan en yüksek frekansın iki katı örnekleme oranları gerektiren Nyquist kriterini takip eder. Pratik uygulamalar, anti-aliasing filtre geçiş bantlarını barındırmak ve analiz esnekliği sağlamak için 2,5:1 ila 4:1 aşırı örnekleme oranları kullanır.

Ölçüm Noktası Seçimi ve Yönlendirmesi

Etkili titreşim izleme, arıza koşullarına maksimum hassasiyet sağlarken yabancı titreşim kaynaklarından gelen girişimi en aza indiren ölçüm konumlarının sistematik olarak seçilmesini gerektirir. Ölçüm noktaları, yatak desteklerine ve diğer kritik yük yollarına mümkün olduğunca yakın yerleştirilmelidir.

Rulman yuvası ölçümleri, rulman durumu ve iç dinamikler hakkında doğrudan bilgi sağlar. Rulman yuvalarındaki radyal ölçümler, dengesizliği, yanlış hizalamayı ve rulman kusurlarını en etkili şekilde tespit ederken, eksenel ölçümler, itme yüklemesi ve bağlantı sorunlarını ortaya çıkarır.

Motor çerçeve ölçümleri elektromanyetik titreşimi ve genel motor durumunu yakalar ancak motor yapısı aracılığıyla titreşimin azaltılması nedeniyle yatak kusurlarına karşı daha düşük hassasiyet gösterebilir. Bu ölçümler kapsamlı motor değerlendirmesi için yatak muhafazası ölçümlerini tamamlar.

Dişli kutusu ölçümleri dişli örgüsü titreşimini ve iç dişli dinamiklerini algılar ancak karmaşık titreşim iletim yolları ve çoklu uyarım kaynakları nedeniyle dikkatli yorumlama gerektirir. Dişli örgüsü merkez hatlarına yakın ölçüm konumları, örgüyle ilgili sorunlara karşı maksimum hassasiyet sağlar.

Tanısal Testler için Çalışma Modu Seçimi

Tanısal test etkinliği, arıza kaynaklı titreşimin optimum uyarılmasını sağlarken güvenlik ve ekipman korumasını da koruyan uygun çalışma koşullarının seçilmesine büyük ölçüde bağlıdır. Farklı çalışma modları, bileşen durumu ve arıza gelişiminin farklı yönlerini ortaya koyar.

Yüksüz test, yüke bağlı titreşim kaynaklarını ortadan kaldırır ve yüklü koşullarla karşılaştırma için temel ölçümler sağlar. Bu mod, dişli bağlantı titreşimini ve yatak yük etkilerini en aza indirirken dengesizliği, yanlış hizalamayı ve elektromanyetik sorunları en açık şekilde ortaya koyar.

Çeşitli güç seviyelerinde yük testi, dişli ağı dinamikleri, yatak yük dağılımı etkileri ve elektromanyetik yükleme etkileri dahil olmak üzere yük bağımlı fenomenleri ortaya çıkarır. Aşamalı yükleme, yük bağımsız ve yük bağımlı titreşim kaynakları arasında ayrım yapmaya yardımcı olur.

İleri ve geri dönüşlü yön testi, dişli diş aşınma desenleri, yatak ön yükleme değişimleri ve kaplin aşınma özellikleri gibi asimetrik sorunlar hakkında ek tanılama bilgileri sağlar. Bazı arızalar, arıza lokalizasyonuna yardımcı olan yön hassasiyeti gösterir.

Başlatma ve kapatma sırasında frekans tarama testi, tüm çalışma hızı aralığında titreşim davranışını yakalayarak rezonans koşullarını ve hıza bağlı olguları ortaya çıkarır. Bu ölçümler, kritik hızları ve doğal frekans konumlarını belirlemeye yardımcı olur.

Yağlamanın Tanısal İşaretler Üzerindeki Etkileri

Yağlama durumu, özellikle yatak izleme uygulamaları için titreşim imzalarını ve tanı yorumunu önemli ölçüde etkiler. Taze yağlayıcı, titreşim iletimini azaltan etkili sönümleme sağlarken, kirlenmiş veya bozulmuş yağlayıcı arıza imzalarını artırabilir.

Yağlayıcı viskozitesi sıcaklıkla değişir ve yatak dinamiklerini ve titreşim özelliklerini etkiler. Soğuk yağlayıcı viskoz sönümlemeyi artırır ve başlangıç aşamasındaki yatak arızalarını maskeleyebilirken, aşırı ısınmış yağlayıcı azaltılmış sönümleme ve koruma sağlar.

Aşınma parçacıkları, su veya yabancı madde içeren kirlenmiş yağlayıcı, aşındırıcı temas ve akış türbülansı yoluyla ek titreşim kaynakları oluşturur. Bu etkiler gerçek arıza imzalarını bastırabilir ve tanı yorumunu karmaşıklaştırabilir.

Yetersiz akış, basınç değişimleri ve dağıtım düzensizlikleri gibi yağlama sistemi sorunları, titreşim modellerini etkileyen zamanla değişen yatak yük koşulları yaratır. Yağlama sistemi çalışması ile titreşim özellikleri arasındaki ilişki değerli tanılama bilgileri sağlar.

Ölçüm Hatası Tanıma ve Kalite Kontrolü

Güvenilir tanılama, yanlış sonuçlara ve gereksiz bakım eylemlerine yol açabilecek ölçüm hatalarının sistematik olarak tanımlanmasını ve ortadan kaldırılmasını gerektirir. Yaygın hata kaynakları arasında sensör montaj sorunları, elektriksel girişim ve uygunsuz ölçüm parametreleri bulunur.

Sensör montaj doğrulaması, manuel uyarım testleri, bitişik konumlarda karşılaştırma ölçümleri ve bilinen uyarım kaynakları kullanılarak frekans tepkisi doğrulaması gibi basit teknikler kullanır. Gevşek montaj genellikle yüksek frekans hassasiyetini azaltır ve sahte rezonanslara neden olabilir.

Elektriksel girişim tespiti, hat frekansındaki (50/60 Hz) spektral bileşenlerin ve onun harmoniklerinin tanımlanmasını, güç kesildiğinde karşılaştırma ölçümlerinin yapılmasını ve titreşim ile elektrik sinyalleri arasındaki tutarlılığın değerlendirilmesini içerir. Uygun topraklama ve ekranlama, çoğu girişim kaynağını ortadan kaldırır.

Parametre doğrulaması, ölçüm birimlerinin, frekans aralığı ayarlarının ve analiz parametrelerinin onaylanmasını içerir. Yanlış parametre seçimi, gerçek hata imzalarını taklit eden ölçüm eserlerine yol açabilir.

Entegre Tanı Sistemleri Mimarisi

Modern lokomotif bakım tesisleri, birden fazla durum izleme tekniğini merkezi veri yönetimi ve analiz yetenekleriyle birleştiren entegre teşhis sistemleri kullanır. Bu sistemler, manuel veri toplama ve analiz gereksinimlerini azaltırken kapsamlı ekipman değerlendirmesi sağlar.

Dağıtılmış sensör ağları, tüm lokomotif bileşenleri boyunca birden fazla bileşenin eş zamanlı izlenmesini sağlar. Kablosuz sensör düğümleri, merkezi işlem sistemlerine gerçek zamanlı veri iletimi sağlarken kurulum karmaşıklığını ve bakım gereksinimlerini azaltır.

Otomatik analiz algoritmaları, gelişen sorunları belirlemek ve bakım önerileri oluşturmak için gelen veri akışlarını işler. Makine öğrenimi teknikleri, zaman içinde tanı doğruluğunu iyileştirmek için geçmiş verilere ve bakım sonuçlarına dayalı algoritma parametrelerini uyarlar.

Veritabanı entegrasyonu, titreşim analizi sonuçlarını bakım geçmişi, çalışma koşulları ve bileşen özellikleriyle birleştirerek kapsamlı ekipman değerlendirmesi ve bakım planlama desteği sağlar.

2.3.1.6. Titreşim Ölçüm Teknolojisinin Pratik Uygulaması

Tanı Sistemi Tanıma ve Kurulumu

Etkili titreşim teşhisi, teşhis ekipmanının yetenekleri ve sınırlamaları hakkında kapsamlı bir anlayışla başlar. Modern taşınabilir analizörler, tüm mevcut özellikleri etkili bir şekilde kullanmak için sistematik eğitim gerektiren birden fazla ölçüm ve analiz işlevini entegre eder.

Sistem yapılandırması, frekans aralıkları, çözünürlük ayarları ve analiz türleri dahil olmak üzere lokomotif uygulamaları için uygun ölçüm parametrelerinin oluşturulmasını içerir. Varsayılan yapılandırmalar nadiren belirli uygulamalar için optimum performans sağlar ve bileşen özelliklerine ve teşhis hedeflerine dayalı özelleştirme gerektirir.

Kalibrasyon doğrulaması, ölçüm doğruluğunu ve ulusal standartlara göre izlenebilirliği sağlar. Bu süreç, hassas kalibrasyon kaynaklarının bağlanmasını ve teşhis ölçümleri için kullanılan tam frekans ve genlik aralıklarında sistem tepkisinin doğrulanmasını içerir.

Veritabanı kurulumu, izlenen her bileşen için ekipman hiyerarşileri, ölçüm noktası tanımları ve analiz parametreleri oluşturur. Uygun veritabanı organizasyonu, verimli veri toplanmasını kolaylaştırır ve geçmiş eğilimler ve alarm limitleriyle otomatik karşılaştırmayı mümkün kılar.

Rota Geliştirme ve Veritabanı Yapılandırması

Rota geliştirme, veri toplama verimliliğini optimize ederken kritik bileşenlerin kapsamlı kapsamını sağlayan ölçüm noktalarının ve dizilerinin sistematik olarak tanımlanmasını içerir. Etkili rotalar, tanısal bütünlüğü pratik zaman kısıtlamalarıyla dengeler.

Ölçüm noktası seçimi, tekrarlanabilir sensör yerleşimi ve kabul edilebilir güvenlik erişimini garanti ederken olası arıza koşullarına maksimum hassasiyet sağlayan konumlara öncelik verir. Her ölçüm noktası, tam konumun, sensör yönünün ve ölçüm parametrelerinin belgelenmesini gerektirir.

Bileşen tanımlama sistemleri, ölçüm noktalarını belirli ekipman öğeleriyle ilişkilendirerek otomatik veri organizasyonu ve analizini mümkün kılar. Hiyerarşik organizasyon, filo genelinde analizi ve birden fazla lokomotifteki benzer bileşenler arasında karşılaştırmayı kolaylaştırır.

Analiz parametre tanımı, her ölçüm noktası için uygun frekans aralıklarını, çözünürlük ayarlarını ve işleme seçeneklerini belirler. Yatak konumları, zarf analiz seçenekleriyle yüksek frekans kabiliyeti gerektirirken, denge ve hizalama ölçümleri düşük frekans performansını vurgular.

Görsel Muayene ve Hazırlık Prosedürleri

Görsel inceleme, titreşim ölçümleri yapmadan önce bileşen durumu ve olası ölçüm komplikasyonları hakkında temel bilgiler sağlar. Bu inceleme, ölçüm kalitesini etkileyebilecek faktörleri belirlerken ayrıntılı titreşim analizi gerektirmeyen belirgin sorunları ortaya çıkarır.

Yağlama sistemi muayenesi, yağlayıcı seviyelerinin doğrulanması, sızıntı kanıtı ve kontaminasyon göstergelerini içerir. Yetersiz yağlama, titreşim özelliklerini etkiler ve titreşim seviyelerinden bağımsız olarak acil müdahale gerektiren yakın arızalara işaret edebilir.

Montaj donanımı denetimi, gevşek cıvataları, hasarlı bileşenleri ve titreşim iletimini veya sensör montajını etkileyebilecek yapısal sorunları belirler. Bu sorunların güvenilir ölçümler mümkün olmadan önce düzeltilmesi gerekebilir.

Sensör montajı için yüzey hazırlığı, ölçüm yüzeylerinin temizlenmesi, boya veya korozyonun giderilmesi ve kalıcı montaj saplamaları için yeterli dişli bağlantısının sağlanmasını içerir. Uygun yüzey hazırlığı, ölçüm kalitesini ve tekrarlanabilirliği doğrudan etkiler.

Çevresel tehlike değerlendirmesi, sıcak yüzeyler, dönen makineler, elektrik tehlikeleri ve dengesiz yapılar gibi güvenlik endişelerini belirler. Güvenlik hususları, ölçüm personeli için özel prosedürler veya koruyucu ekipman gerektirebilir.

Bileşen Çalışma Modu Kurulumu

Tanısal ölçümler, tekrarlanabilir sonuçlar ve arıza koşullarına karşı optimum duyarlılık sağlayan tutarlı çalışma koşullarının oluşturulmasını gerektirir. Çalışma modu seçimi, bileşen tasarımına, mevcut enstrümantasyona ve güvenlik kısıtlamalarına bağlıdır.

Yüksüz çalışma, mekanik yükleme veya elektriksel yükleme değişimlerinden kaynaklanan minimum dış etkiyle temel ölçümler sağlar. Bu mod, dengesizlik, yanlış hizalama ve elektromanyetik arızalar gibi temel sorunları en açık şekilde ortaya koyar.

Belirtilen güç seviyelerinde yüklü çalışma, yüksüz test sırasında görünmeyebilecek yük bağımlı fenomenleri ortaya çıkarır. Aşamalı yükleme, yük duyarlı sorunları belirlemeye yardımcı olur ve eğilim amaçları için şiddet ilişkileri kurar.

Hız kontrol sistemleri, frekans kararlılığını sağlamak ve doğru spektral analize olanak sağlamak için ölçüm edinimi sırasında tutarlı dönüş hızlarını korur. Ölçüm sırasındaki hız değişimleri, analiz çözünürlüğünü ve tanı doğruluğunu azaltan spektral lekelenmeye neden olur.

Termal denge kurulması, ölçümlerin geçici başlatma etkilerinden ziyade normal çalışma koşullarını temsil etmesini sağlar. Çoğu dönen makinenin termal kararlılığa ve temsili titreşim seviyelerine ulaşması için 15-30 dakikalık çalışma gerekir.

Dönme Hızı Ölçümü ve Doğrulaması

Doğru dönme hızı ölçümü, spektral analiz ve arıza frekansı hesaplamaları için temel referans bilgileri sağlar. Hız ölçüm hataları doğrudan tanı doğruluğunu etkiler ve yanlış arıza tanımlamasına yol açabilir.

Optik takometreler, yansıtıcı bant veya doğal yüzey özellikleri kullanarak temassız hız ölçümü sağlar. Bu aletler yüksek doğruluk ve güvenlik avantajları sunar ancak güvenilir çalışma için görüş hattı erişimi ve yeterli yüzey kontrastı gerektirir.

Manyetik alıcı sensörleri, dişli dişleri veya şaft kama yuvaları gibi ferromanyetik özelliklerin geçişini algılar. Bu sensörler mükemmel doğruluk ve kirlenmeye karşı bağışıklık sağlar ancak alıcıların ve hedeflerin dönen bileşenlere takılmasını gerektirir.

Stroboskopik hız ölçümü, dönen bileşenlerin görünür sabit görüntülerini oluşturmak için senkronize yanıp sönen ışıklar kullanır. Bu teknik, dönme hızının görsel doğrulamasını sağlar ve çalışma sırasında dinamik davranışın gözlemlenmesini sağlar.

Spektral analiz yoluyla hız doğrulaması, bilinen dönme frekanslarına karşılık gelen belirgin spektral tepe noktalarını belirlemeyi ve doğrudan hız ölçümleriyle karşılaştırmayı içerir. Bu yaklaşım, ölçüm doğruluğunun onaylanmasını sağlar ve hızla ilgili spektral bileşenlerin belirlenmesine yardımcı olur.

Çok Noktalı Titreşim Veri Toplama

Sistematik titreşim verisi toplama, ölçüm kalitesini ve verimliliğini korurken kapsamlı bir kapsam sağlamak için önceden belirlenmiş rotaları ve ölçüm dizilerini takip eder. Veri toplama prosedürleri, değişen erişim koşullarına ve ekipman yapılandırmalarına uyum sağlamalıdır.

Sensör yerleştirme tekrarlanabilirliği, ardışık veri toplama oturumları arasında ölçüm tutarlılığını garanti eder. Kalıcı montaj saplamaları optimum tekrarlanabilirlik sağlar ancak tüm ölçüm konumları için pratik olmayabilir. Geçici montaj yöntemleri dikkatli dokümantasyon ve konumlandırma yardımcıları gerektirir.

Ölçüm zamanlaması hususları arasında sensör kurulumundan sonra yeterli yerleşme süresi, istatistiksel doğruluk için yeterli ölçüm süresi ve ekipman çalışma programlarıyla koordinasyon yer alır. Aceleyle yapılan ölçümler genellikle tanı yorumunu karmaşıklaştıran güvenilir olmayan sonuçlar üretir.

Çevresel koşul dokümantasyonu, ölçüm kalitesini veya yorumunu etkileyebilecek ortam sıcaklığı, nem ve akustik arka plan seviyelerini içerir. Aşırı koşullar, ölçüm ertelenmesi veya parametre değişiklikleri gerektirebilir.

Gerçek zamanlı kalite değerlendirmesi, veri toplama tamamlanmadan önce ölçüm sorunlarını belirlemek için edinim sırasında sinyal özelliklerinin izlenmesini içerir. Modern analizörler, anında kalite değerlendirmesine olanak tanıyan spektral görüntüler ve sinyal istatistikleri sağlar.

Akustik İzleme ve Sıcaklık Ölçümü

Akustik emisyon izleme, çatlak yayılımı, sürtünme ve darbe olayları tarafından üretilen yüksek frekanslı gerilim dalgalarını tespit ederek titreşim analizini tamamlar. Bu ölçümler, henüz ölçülebilir titreşim değişiklikleri üretmeyen gelişmekte olan sorunlar hakkında erken uyarı sağlar.

Ultrasonik dinleme cihazları, ultrasonik emisyonları duyulabilir frekanslara dönüştüren frekans kaydırma teknikleri aracılığıyla yatak durumunun duyulabilir şekilde izlenmesini sağlar. Deneyimli teknisyenler, belirli arıza türleriyle ilişkili karakteristik sesleri belirleyebilir.

Sıcaklık ölçümleri, bileşen termal durumu hakkında temel bilgiler sağlar ve titreşim analizi sonuçlarını doğrulamaya yardımcı olur. Yatak sıcaklığı izleme, titreşim özelliklerini etkileyen yağlama sorunlarını ve yükleme koşullarını ortaya çıkarır.

Kızılötesi termografi, temassız sıcaklık ölçümü ve mekanik sorunları gösteren termal desenlerin tanımlanmasını sağlar. Sıcak noktalar, acil müdahale gerektiren sürtünme, hizalama bozukluğu veya yağlama sorunlarını gösterebilir.

Sıcaklık eğilimi analizi, titreşim eğilimi analiziyle birleştirildiğinde bileşen durumu ve bozulma oranlarının kapsamlı bir değerlendirmesini sağlar. Eş zamanlı sıcaklık ve titreşim artışları genellikle hızlı bakım eylemi gerektiren hızlanan aşınma süreçlerini gösterir.

Veri Kalitesi Doğrulama ve Hata Tespiti

Ölçüm kalitesi doğrulaması, yanlış tanı sonuçlarına yol açabilecek olası hataları veya anormallikleri belirlemek için edinilen verilerin sistematik olarak değerlendirilmesini içerir. Kalite kontrol prosedürleri, ölçüm koşulları hafızada taze kalırken veri toplandıktan hemen sonra uygulanmalıdır.

Spektral analiz kalite göstergeleri arasında uygun gürültü tabanları, belirgin takma ad eserlerinin yokluğu ve bilinen uyarım kaynaklarına göre makul frekans içeriği yer alır. Spektral zirveler, dönme hızlarına ve bileşen geometrisine göre beklenen frekanslarla uyumlu olmalıdır.

Zaman dalga formu incelemesi, frekans alanı analizinde belirgin olmayabilecek sinyal özelliklerini ortaya çıkarır. Kırpma, DC ofsetleri ve periyodik anomaliler, veri analizinden önce düzeltme gerektiren ölçüm sistemi sorunlarını gösterir.

Tekrarlanabilirlik doğrulaması, ölçüm tutarlılığını değerlendirmek için aynı koşullar altında birden fazla ölçüm toplamayı içerir. Aşırı değişkenlik, dengesiz çalışma koşullarını veya ölçüm sistemi sorunlarını gösterir.

Tarihsel karşılaştırma, aynı ölçüm noktalarından gelen önceki verilerle kıyaslandığında mevcut ölçümleri değerlendirmek için bağlam sağlar. Ani değişiklikler, gerçek ekipman sorunlarına veya araştırma gerektiren ölçüm hatalarına işaret edebilir.

2.3.1.7. Birincil Ölçüm Verilerini Kullanarak Pratik Yatak Durumu Değerlendirmesi

Ölçüm Hata Analizi ve Veri Doğrulaması

Güvenilir yatak teşhisleri, gerçek hata imzalarını maskeleyebilecek veya yanlış göstergeler oluşturabilecek ölçüm hatalarının sistematik olarak tanımlanmasını ve ortadan kaldırılmasını gerektirir. Hata analizi, veri toplamanın hemen ardından başlarken ölçüm koşulları ve prosedürleri bellekte net kalır.

Spektral analiz doğrulaması, bilinen uyarım kaynakları ve ölçüm sistemi yetenekleriyle tutarlılık açısından frekans alanı özelliklerinin incelenmesini içerir. Gerçek yatak kusuru imzaları, onları ölçüm eserlerinden ayıran belirli frekans ilişkileri ve harmonik desenler sergiler.

Zaman alanı analizi, kırpma, elektriksel girişim ve mekanik bozukluklar dahil olmak üzere ölçüm sorunlarını gösterebilecek sinyal özelliklerini ortaya çıkarır. Yatak kusuru sinyalleri genellikle yüksek tepe faktörleri ve periyodik genlik desenleri ile ani darbeli özellikler gösterir.

Tarihsel eğilim analizi, aynı ölçüm yerlerinden gelen önceki verilere göre mevcut ölçümleri değerlendirmek için temel bağlam sağlar. Kademeli değişiklikler gerçek ekipman bozulmasını gösterirken, ani değişiklikler ölçüm hatalarını veya dış etkileri gösterebilir.

Kanallar arası doğrulama, yön hassasiyetini belirlemek ve arıza varlığını doğrulamak için aynı bileşendeki birden fazla sensörden gelen ölçümleri karşılaştırmayı içerir. Yatak kusurları tipik olarak karakteristik frekans ilişkilerini korurken birden fazla ölçüm yönünü etkiler.

Çevresel faktör değerlendirmesi, ölçüm kalitesini veya yorumlamayı etkileyebilecek sıcaklık değişimleri, yükleme değişiklikleri ve akustik arka plan gibi dış etkileri dikkate alır. Çevresel koşullar ve titreşim özellikleri arasındaki korelasyon değerli tanısal bilgiler sağlar.

Spektral Analizle Dönme Hızı Doğrulaması

Doğru dönme hızı belirleme, tüm yatak arıza frekansı hesaplamaları ve tanısal yorumlama için temel sağlar. Spektral analiz, doğrudan takometre ölçümlerini tamamlayan hız doğrulaması için birden fazla yaklaşım sunar.

Temel frekans tanımlaması, kalan dengesizlik veya hafif hizalama hatası nedeniyle çoğu dönen makine spektrumunda belirgin şekilde görünmesi gereken şaft dönüş frekansına karşılık gelen spektral tepe noktalarını bulmayı içerir. Temel frekans, tüm harmonik ve yatak frekansı hesaplamaları için temel referansı sağlar.

Harmonik desen analizi, hız doğruluğunu doğrulamak ve ek mekanik sorunları belirlemek için temel frekans ile harmonikleri arasındaki ilişkiyi inceler. Saf dönme dengesizliği baskın olarak temel frekans titreşimi üretirken, mekanik sorunlar daha yüksek harmonikler üretir.

Motor uygulamalarında elektromanyetik frekans tanımlaması, bağımsız hız doğrulaması sağlayan hat frekansı bileşenlerini ve yuva geçiş frekanslarını ortaya çıkarır. Bu frekanslar, elektrik besleme frekansı ve motor tasarım parametreleriyle sabit ilişkiler sürdürür.

Dişli sistemlerde dişli örgü frekansı tanımlaması, örgü frekansı ile dönme hızı arasındaki ilişki aracılığıyla son derece doğru hız belirlemesi sağlar. Dişli örgü frekansları genellikle mükemmel sinyal-gürültü oranlarına sahip belirgin spektral tepeler üretir.

Hız değişimi değerlendirmesi, ölçüm edinimi sırasında hız kararlılığını değerlendirmek için spektral tepe keskinliğini ve yan bant yapısını inceler. Hız kararsızlığı, analiz doğruluğunu azaltan ve yatak kusuru imzalarını maskeleyebilen spektral lekelenme ve yan bant oluşumu yaratır.

Rulman Arıza Frekansı Hesaplaması ve Tanımlaması

Yatak arızası frekans hesaplamaları doğru yatak geometrisi verileri ve hassas dönüş hızı bilgileri gerektirir. Bu hesaplamalar ölçülen spektrumlarda gerçek yatak arızası imzalarını tanımlamak için şablon görevi gören teorik frekanslar sağlar.

Bilyalı Geçiş Frekansı Dış yarış (BPFO), yuvarlanan elemanların dış yarış kusurlarıyla karşılaşma oranını temsil eder. Bu frekans, rulman geometrisi ve temas açısı özelliklerine bağlı olarak genellikle dönüş frekansının 0,4 ila 0,6 katı arasında değişir.

Bilyalı Geçiş Frekansı İç yarış (BPFI), yuvarlanan elemanın iç yarış kusurlarıyla temas oranını gösterir. BPFI tipik olarak BPFO'yu 20-40% kadar aşar ve yük bölgesi etkileri nedeniyle dönme frekansında genlik modülasyonu gösterebilir.

Temel Tren Frekansı (FTF), kafes dönüş frekansını temsil eder ve tipik olarak şaft dönüş frekansının 0,35-0,45 katına eşittir. Kafes kusurları veya yağlama sorunları FTF'de ve onun harmoniklerinde titreşime neden olabilir.

Bilyalı Dönme Frekansı (BSF), bireysel yuvarlanan eleman dönüş frekansını gösterir ve yuvarlanan elemanlar belirli kusurlar veya boyutsal farklılıklar göstermediği sürece titreşim spektrumlarında nadiren görülür. BSF tanımlaması, tipik olarak düşük genliği nedeniyle dikkatli bir analiz gerektirir.

Frekans toleransı değerlendirmeleri, gerçek arıza frekanslarının teorik hesaplamalardan farklı olmasına neden olabilecek üretim varyasyonlarını, yük etkilerini ve ölçüm belirsizliklerini hesaba katar. Hesaplanan frekanslar etrafındaki ±5% arama bant genişlikleri bu varyasyonları barındırır.

Spektral Desen Tanıma ve Hata Tespiti

Rulman arızası tanımlaması, gerçek rulman arızası imzalarını diğer titreşim kaynaklarından ayıran sistematik desen tanıma teknikleri gerektirir. Her arıza türü, düzgün yorumlandığında belirli tanıyı mümkün kılan karakteristik spektral desenler üretir.

Dış ırk kusur imzaları tipik olarak BPFO'da ve önemli genlik modülasyonu olmadan harmoniklerinde ayrık spektral tepeler olarak görünür. Dönme frekansı yan bantlarının yokluğu dış ırk kusurlarını iç ırk sorunlarından ayırır.

İç yarış kusur imzaları, dönüş frekansı aralıklarında aralıklı yan bantlarla BPFI temel frekansı sergiler. Bu genlik modülasyonu, arızalı alan değişen yük koşulları boyunca dönerken yük bölgesi etkilerinden kaynaklanır.

Yuvarlanan eleman kusur imzaları BSF'de görünebilir veya diğer yatak frekanslarının modülasyonunu oluşturabilir. Bu kusurlar genellikle yarış kusurlarından ayırt etmek için dikkatli analiz gerektiren karmaşık spektral desenler üretir.

Kafes kusuru imzaları tipik olarak FTF ve onun harmoniklerinde ortaya çıkar, sıklıkla artan arka plan gürültü seviyeleri ve dengesiz genlik özellikleriyle birlikte gelir. Kafes sorunları ayrıca diğer yatak frekanslarını da modüle edebilir.

Zarf Analizi Uygulama ve Yorumlama

Zarf analizi, düşük frekanslı yatak kusuru desenlerini ortaya çıkarmak için yüksek frekanslı titreşimden genlik modülasyon bilgilerini çıkarır. Bu teknik, ölçülebilir düşük frekanslı titreşim üretmeyen erken aşama yatak kusurlarını tespit etmek için özellikle etkili olduğunu kanıtlar.

Zarf analizi için frekans bandı seçimi, yatak darbe kuvvetleri tarafından uyarılan yapısal rezonansların veya yatak doğal frekanslarının tanımlanmasını gerektirir. Optimum frekans bantları genellikle yatak boyutuna ve montaj özelliklerine bağlı olarak 1000-8000 Hz arasında değişir.

Filtre tasarım parametreleri zarf analiz sonuçlarını önemli ölçüde etkiler. Bant geçiren filtreler, sonuçları kirletebilecek bitişik rezonansları hariç tutarak rezonans özelliklerini yakalamak için yeterli bant genişliği sağlamalıdır. Filtre yuvarlanma özellikleri, geçici tepkiyi ve darbe algılama hassasiyetini etkiler.

Zarf spektrumu yorumlaması, geleneksel spektral analize benzer prensipleri takip eder ancak taşıyıcı frekansları yerine modülasyon frekanslarına odaklanır. Yatak kusur frekansları, zarf spektrumlarında kusur şiddetini gösteren genliklere sahip ayrı tepe noktaları olarak görünür.

Zarf analizi kalite değerlendirmesi, güvenilir sonuçları garantilemek için filtre seçimini, frekans bandı özelliklerini ve sinyal-gürültü oranlarını değerlendirmeyi içerir. Zayıf zarf analizi sonuçları, uygunsuz filtre seçimini veya yetersiz yapısal rezonans uyarımını gösterebilir.

Genlik Değerlendirmesi ve Şiddet Sınıflandırması

Rulman arızası ciddiyet değerlendirmesi, titreşim genliklerinin yerleşik kriterlere ve geçmiş eğilimlere göre sistematik olarak değerlendirilmesini gerektirir. Ciddiyet sınıflandırması, bakım planlamasını ve devam eden operasyon için risk değerlendirmesini mümkün kılar.

Mutlak genlik kriterleri, endüstri deneyimi ve standartlarına dayalı olarak yatak durumu değerlendirmesi için genel yönergeler sağlar. Bu kriterler genellikle genel titreşim ve belirli frekans bantları için uyarı ve alarm seviyeleri belirler.

Trend analizi, bozulma oranlarını değerlendirmek ve kalan faydalı ömrü tahmin etmek için zaman içindeki genlik değişimlerini değerlendirir. Üstel genlik büyümesi genellikle acil bakım eylemi gerektiren hızlanan hasarı gösterir.

Karşılaştırmalı analiz, belirli çalışma koşulları ve kurulum özelliklerini hesaba katmak için aynı uygulamalardaki benzer yataklara göre yatak durumunu değerlendirir. Bu yaklaşım, yalnızca mutlak kriterlerden daha doğru bir ciddiyet değerlendirmesi sağlar.

Çoklu parametre entegrasyonu, kapsamlı yatak değerlendirmesi sağlamak için genel titreşim seviyeleri, belirli kusur frekansları, zarf analiz sonuçları ve sıcaklık ölçümlerinden gelen bilgileri birleştirir. Tek parametreli analiz eksik veya yanıltıcı bilgi sağlayabilir.

Yük Bölgesi Etkileri ve Modülasyon Desen Analizi

Yatak yük dağılımı, titreşim imzalarını ve tanı yorumunu önemli ölçüde etkiler. Yük bölgesi etkileri, yatak durumu ve yükleme özellikleri hakkında ek bilgi sağlayan genlik modülasyon desenleri oluşturur.

İç yarış kusur modülasyonu, kusurlu alanlar her devir sırasında değişen yük bölgelerinde dönerken meydana gelir. Maksimum modülasyon, kusurlar maksimum yük pozisyonlarıyla hizalandığında meydana gelirken, minimum modülasyon yüklenmemiş pozisyonlara karşılık gelir.

Modülasyon analizi yoluyla yük bölgesi tanımlaması, yatak yükleme desenlerini ortaya çıkarır ve yanlış hizalama, temel sorunları veya anormal yük dağılımını gösterebilir. Asimetrik modülasyon desenleri, düzensiz yükleme koşullarını önerir.

Yan bant analizi, modülasyon derinliğini ölçmek ve modülasyon kaynaklarını belirlemek için yatak arıza frekanslarını çevreleyen frekans bileşenlerini inceler. Dönme frekansı yan bantları yük bölgesi etkilerini gösterirken diğer yan bant frekansları ek sorunları ortaya çıkarabilir.

Modülasyon desenlerinin faz analizi, yük bölgelerine göre arıza konumu hakkında bilgi sağlar ve hasar ilerleme desenlerini tahmin etmeye yardımcı olabilir. Gelişmiş analiz teknikleri, modülasyon özelliklerine göre kalan yatak ömrünü tahmin edebilir.

Tamamlayıcı Tanı Teknikleriyle Entegrasyon

Kapsamlı yatak değerlendirmesi, doğruluğu artırmak ve yanlış alarm oranlarını azaltmak için titreşim analizini tamamlayıcı teşhis teknikleriyle birleştirir. Çoklu teşhis yaklaşımları, sorun tanımlamasının doğrulanmasını ve gelişmiş ciddiyet değerlendirmesini sağlar.

Yağ analizi, titreşim analizi sonuçlarıyla ilişkili yatak aşınma parçacıklarını, kirlenme seviyelerini ve yağlayıcı bozulmasını ortaya çıkarır. Artan aşınma parçacık konsantrasyonları genellikle algılanabilir titreşim değişikliklerinden birkaç hafta önce gerçekleşir.

Sıcaklık izleme, yatak termal durumu ve sürtünme seviyelerinin gerçek zamanlı göstergesini sağlar. Sıcaklık artışları, yatak bozulma süreçleri sırasında genellikle titreşim artışlarına eşlik eder.

Akustik emisyon izleme, geleneksel titreşim imzalarından önce gelebilecek çatlak yayılımı ve yüzey teması fenomenlerinden kaynaklanan yüksek frekanslı stres dalgalarını algılar. Bu teknik, mümkün olan en erken hata algılama yeteneğini sağlar.

Performans izleme, verimlilik değişiklikleri, yük dağılımı varyasyonları ve operasyonel kararlılık dahil olmak üzere sistem çalışması üzerindeki yatak etkilerini değerlendirir. Performans bozulması, titreşim seviyeleri kabul edilebilir düzeyde kalsa bile araştırma gerektiren yatak sorunlarına işaret edebilir.

Belgeleme ve Raporlama Gereksinimleri

Etkili yatak teşhisi, karar vermeyi desteklemek ve trend analizi için geçmiş kayıtları sağlamak amacıyla ölçüm prosedürlerinin, analiz sonuçlarının ve bakım önerilerinin kapsamlı bir şekilde belgelenmesini gerektirir.

Ölçüm dokümantasyonu ekipman yapılandırması, çevresel koşullar, çalışma parametreleri ve kalite değerlendirme sonuçlarını içerir. Bu bilgiler gelecekteki ölçüm tekrarlanabilirliğini sağlar ve sonuç yorumlaması için bağlam sağlar.

Analiz dokümantasyonu, hesaplama prosedürlerini, frekans tanımlama yöntemlerini ve tanısal akıl yürütmeyi sonuçları desteklemek ve akran incelemesini mümkün kılmak için kaydeder. Ayrıntılı dokümantasyon, bilgi transferini ve eğitim faaliyetlerini kolaylaştırır.

Öneri dokümantasyonu, aciliyet sınıflandırması, önerilen onarım prosedürleri ve izleme gereksinimleri dahil olmak üzere net bakım rehberliği sağlar. Öneriler, bakım planlama kararlarını desteklemek için yeterli teknik gerekçelendirmeyi içermelidir.

Tarihsel veritabanı bakımı, ölçüm ve analiz sonuçlarının trend analizi ve karşılaştırmalı çalışmalar için erişilebilir kalmasını sağlar. Uygun veritabanı organizasyonu, filo genelinde analizi ve benzer ekipmanlardaki ortak sorunların belirlenmesini kolaylaştırır.

Sonuç

Demiryolu lokomotif bileşenlerinin titreşim teşhisi, temel mekanik prensipleri gelişmiş ölçüm ve analiz teknolojileriyle birleştiren karmaşık bir mühendislik disiplinini temsil eder. Bu kapsamlı kılavuz, lokomotif bakım operasyonlarında titreşim tabanlı durum izlemenin etkili bir şekilde uygulanması için gereken temel unsurları incelemiştir.

Başarılı titreşim teşhisinin temeli, dönen makinelerdeki salınımlı olayların ve Tekerlek Takımı-Motor Blokları (WMB), Tekerlek Takımı-Dişli Blokları (WGB) ve Yardımcı Makinelerin (AM) özel özelliklerinin kapsamlı bir şekilde anlaşılmasına dayanır. Her bileşen türü, uzmanlaşmış analiz yaklaşımları ve yorumlama teknikleri gerektiren benzersiz titreşim imzaları sunar.

Modern teşhis sistemleri erken arıza tespiti ve ciddiyet değerlendirmesi için güçlü yetenekler sunar, ancak bunların etkinliği kritik olarak uygun uygulamaya, ölçüm kalite kontrolüne ve sonuçların yetenekli bir şekilde yorumlanmasına bağlıdır. Birden fazla teşhis tekniğinin entegrasyonu, bileşen durumunun kapsamlı bir değerlendirmesini sağlarken güvenilirliği artırır ve yanlış alarm oranlarını azaltır.

Sensör teknolojisi, analiz algoritmaları ve veri bütünleştirme yeteneklerindeki sürekli ilerleme, teşhis doğruluğu ve operasyonel verimlilikte daha fazla iyileştirme vaat ediyor. Kapsamlı titreşim teşhis yeteneklerine yatırım yapan demiryolu bakım organizasyonları, planlanmamış arızaların azaltılması, optimize edilmiş bakım planlaması ve gelişmiş operasyonel güvenlik yoluyla önemli faydalar elde edeceklerdir.

Titreşim teşhisinin başarılı bir şekilde uygulanması, eğitim, teknoloji geliştirme ve kalite güvence prosedürlerine sürekli bağlılık gerektirir. Demiryolu sistemleri daha yüksek hızlara ve daha fazla güvenilirlik gereksinimlerine doğru gelişmeye devam ettikçe, titreşim teşhisi güvenli ve verimli lokomotif operasyonlarını sürdürmede giderek daha kritik bir rol oynayacaktır.