Ultrasonic-based monitoring of tapered roller bearings in frequency and time domains

Monitoreo de rodamientos cónicos usando ultrasonido en dominios del tiempo y la frecuencia

En este artículo se utiliza la señal de ultrasonido para detectar fallas incipientes en rodamientos cónicos. Las fallas estudiadas se ubican en la pista externa, interna, canastilla y elementos rodantes. Estas fallas se implementan en cada ubicación para emular tres niveles de severidad distintos. El análisis de la señal de ultrasonido se realiza usando los parámetros de curtosis y RMS, en el dominio tiempo, y la densidad espectral, usando el periodograma promediado de Welch, en el domino de la frecuencia. Aunque no fue posible ubicar la falla, el parámetro RMS presenta el mejor desempeño como variable a monitorear permitiendo detectar la condición de falla y realizar una evaluación cualitativa de la severidad de esta.

INTRODUCCIÓN

En los sistemas productivos se espera una alta fiabilidad de funcionamiento para satisfacer los requisitos de producción. Lo ideal es que el funcionamiento anormal de cualquier máquina se detecte en sus primeras etapas para evitar con éxito las perturbaciones, los fallos, las averías y las paradas no planificadas.

Las técnicas de monitorización de la condición bien desarrolladas permiten monitorizar el estado real de cualquier sistema; permiten priorizar y optimizar los recursos de mantenimiento para obtener la máxima vida útil de cada activo físico antes de ponerlo fuera de servicio. Un sistema de monitorización de la condición suele ser capaz de determinar el estado actual de un sistema utilizando la información procesada en línea sobre vibraciones, corrientes del estator, temperatura, etc. Un CBM (Condition Based Maintenance) debe ser capaz de inferir la presencia, la ubicación y la gravedad de la condición defectuosa.

La tendencia a aumentar la potencia, la complejidad y la eficiencia de las máquinas rotativas ha limitado el diseño de los elementos rodantes y la identificación temprana de los fallos como requisitos para garantizar un funcionamiento fiable. El desequilibrio de masas, la desalineación y la sobrecarga son problemas habituales en la maquinaria rotativa, lo que reduce la vida útil de los rodamientos. Se han utilizado diferentes métodos para detectar y diagnosticar los defectos de los rodamientos; las técnicas actuales pueden clasificarse como mediciones de vibración o acústicas. La monitorización de las vibraciones de los rodamientos es probablemente la técnica de diagnóstico más consolidada para la maquinaria rotativa. Las señales de vibración se analizan predominantemente en el dominio de la frecuencia; esto suele proporcionar información suficiente para estimar la localización de los fallos (es decir, la pista interior, la pista exterior, el elemento rodante y el retén), pero no es adecuado para detectar fallos incipientes.