0
Hopp til hovedinnhold

Skadevarsling på kulelagre

Andreas Klausen disputerer for ph.d.-graden med avhandlingen “Condition monitoring of rolling element bearings during low and variable speed conditions” tirsdag 14. mai 2019. (Foto: Privat)

Jeg har utviklet to nye algoritmer for å detektere skader under lav og variabel hastighet, til tillegg til en ny algoritme for å estimere vedlikeholdsvinduet til et kulelager. Dette er viktig informasjon da det gir mulighet for å planlegge vedlikehold på maskinen. Disse algoritmene er generelle og skal kunne brukes på mange forskjellige typer roterende utstyr.

Andreas Klausen

Ph.d.-kandidat og universitetslektor

Kulelagre er viktige i så godt som alle maskiner med komponenter som snurrer rundt. Det kan bli svært kostbart om et kulelager går i stykker, spesielt i store maskiner. Samtidig er store kulelagre ofte dyre å skifte.

 I avhandlingen “Condition monitoring of rolling element bearings during low and variable speed conditions” har Andreas Klausen forsket fram en metode som gjør at en skade på et kulelager blir oppdaget fordi kulelageret får en endring i måten det vibrerer på. Slike skade-vibrasjoner er ekstra vanskelige å oppdage i store kulelagre som går sakte rundt, og særlig når hastigheten varierer - men dette har Klausen funnet løsning på.

Andreas Klausen disputerer for ph.d.-graden med avhandlingen “Condition monitoring of rolling element bearings during low and variable speed conditions” tirsdag 14. mai 2019.

Han har fulgt doktorgradsprogrammet ved Fakultet for teknologi og realfag med spesialisering i mekatronikk.

Slik beskriver Andreas Klausen selv essensen i avhandlingen:

Tilstands-monitorering av kulelagre i sakte og variabel hastighet

Kulelagre er maskinkomponenter installert i nesten ethvert roterende utstyr. De er bindeleddet mellom roterende akslinger og stasjonære hus.

Slik fungerer et kulelager

Et eksempel på bruksområde er mellom hjulopphenget og hjulakselen på en bil.

Et kulelager er laget av fire typer hovedkomponenter: en inner-ring festet på akslingen; en ytter-ring i et stasjonært hus; flere kuler som roterer mellom rullebanene; og et bur for å holde kulene fra hverandre.

Når akselen går rundt vil kulene rotere på overflaten til inner- og ytter-ring, og overføre last fra akselen til det stasjonære huset.

For å minimere friksjon i kulelageret må det smøres med olje eller lagerfett. Selv om kulelageret er godt smurt, vil det blir slitt over tid.

Kostbare bytter for sikkerhets skyld

Tiden det tar før lageret må byttes er vanskelig å beregne, og derfor blir gjerne lageret byttet etter en periode som gir god margin for overlevelse, eller når lageret er ødelagt.

I tilfeller på store, dyre maskiner er det ikke gunstig å vente til lageret er ødelagt, men det er også kostbart å bytte ut et lager lenge før det trengs.

Uansett kan skader forekomme uventet mellom hver gang det utføres service.

Derfor er det viktig å overvåke tilstanden til lageret ved hjelp av sensorer og algoritmer.

Vibrasjon indikerer skade

Bildet under viser et kulelager med en skade i ytter-ringen. Hver gang en kule ruller over skaden vil lageret vibrere. Dette måles med en vibrasjonsmåler som vist.

Vibrasjonen analyseres på en PC, og pulser av høy vibrasjon ved en viss frekvens gir indikasjon at noe er galt med lageret.

Illustrasjon: Andreas Klausen

Illustrasjon: Andreas Klausen

Overvåker saktegående kulelagre

Denne avhandlingen omhandler tilstands-monitorering av kulelagre som opererer under variable og lave hastigheter.

Lave hastigheter kan by på problemer grunnet lav vibrasjonsenergi som forekommer når kulene går sakte over skaden. Det er dermed vanskelig å skille lagervibrasjonen fra støy.

Variabel hastighet gir også utfordringer da frekvensen og energien til støtene ikke er lik over tid. Det er dermed vanskelig å finne repeterende elementer i signalet.

Utviklet algoritmer som avdekker skader

I avhandlingen har jeg fokusert på å utvikle nye algoritmer for å detektere skader i kulelagre under disse vanskelige forholdene.

Først bygget vi en testbenk for å slite ut kulelagre, og deretter ble vibrasjonsdata målt ved lav og variabel hastighet.

Jeg har utviklet to nye algoritmer for å detektere skader under lav og variabel hastighet, til tillegg til en ny algoritme for å estimere vedlikeholdsvinduet til et kulelager.

Dette er viktig informasjon da det gir mulighet for å planlegge vedlikehold på maskinen.

Disse algoritmene er generelle og skal kunne brukes på mange forskjellige typer roterende utstyr.

Avhandlingen er basert på seks vitenskapelige artikler som beskriver testbenken og algoritmene.

Disputasfakta:

Kandidaten: Andreas Klausen (1991, Oslo) Bachelorgrad i mekatronikk fra UiA, 2013. Mastergrad i mekatronikk fra UiA, 2015. Integrert ph.d.-stilling fra oktober 2014 til januar 2019, nå universitetslektor ved UiA.

Prøveforelesning og disputas finner sted i Rom C2 040, Campus Grimstad. Disputasen blir ledet av dosent Tom Viggo Nilsen, Institutt for ingeniørvitenskap.

Prøveforelesning kl 10:15

Disputas kl 12:15

Oppgitt emne for prøveforelesning: «Particle filtering for prognostics»

Tittel på avhandling: “Condition monitoring of rolling element bearings during low and variable speed conditions

Søk etter avhandlingen i AURA - Agder University Research Archive, som er et digitalt arkiv for vitenskapelige artikler, avhandlinger og masteroppgaver fra ansatte og studenter ved Universitetet i Agder. AURA blir jevnlig oppdatert. Avhandlingen vil være tilgjengelig til utlån ved Universitetsbiblioteket. Det vil bli også lagt ut noen eksemplarer av avhandlingen til utlån i lokalet hvor disputasen finner sted.

Opponenter:

Førsteopponent: Professor Jérôme Antoni, Lyon Tech la Doua (University of Lyon)

Annenopponent: Dr. Principal Scientist Pedro Rodriguez, ABB AB, Corporate Research

Bedømmelseskomitéen er ledet av professor Joao Leal, UiA

Veiledere i doktorgradsarbeidet var professor Kjell Gunnar Robbersmyr (hovedveileder) og professor Van Khang Huynh (bi-veileder)

Send studiet på mail