Come rilevare un guasto dei cuscinetti in un motore? Misurazione delle vibrazioni con sensori Viezo Sonora

Un guasto del cuscinetto in un motore può essere rilevato tramite la misurazione delle vibrazioni, l’analisi vibrazionale e l’identificazione delle frequenze caratteristiche nel segnale diagnostico. In pratica, ciò significa che un sensore montato sul motore registra il segnale vibrazionale, quindi i dati vengono analizzati in termini di scostamenti rispetto allo stato di riferimento, aumento del livello RMS, variazioni nello spettro FFT e frequenze tipiche del danneggiamento della pista interna, della pista esterna o dell’elemento volvente. Grazie a questo, la diagnostica vibrazionale dei cuscinetti consente di rilevare il problema in anticipo, prima che si verifichi l’arresto della macchina, il danneggiamento dell’albero, il surriscaldamento del motore o il guasto dell’intera linea di produzione.

Negli stabilimenti industriali i motori elettrici lavorano spesso in modo continuo, sotto carico variabile, in presenza di polvere, umidità, temperatura elevata o nelle vicinanze di sistemi di azionamento controllati da inverter. In tali condizioni, l’usura naturale dei cuscinetti può accelerare, e i primi sintomi di guasto sono spesso difficili da notare senza misurazioni. Per questo la misurazione delle vibrazioni dei motori elettrici e la misurazione delle vibrazioni delle macchine rotanti sono tra i metodi più importanti della diagnostica predittiva.

In RGB Elektronika utilizziamo un approccio basato su misurazioni, analisi dei segnali ed esperienza di assistenza. I sensori Viezo Sonora consentono di raccogliere dati vibrazionali dalle macchine, mentre l’interpretazione dei risultati permette di valutare se il peggioramento dello stato di funzionamento possa derivare da un danno al cuscinetto, al riduttore, al ventilatore del motore, da squilibrio, disallineamento o da un altro problema nel sistema di azionamento.

Affida la diagnostica del motore prima che un guasto del cuscinetto fermi la produzione. Contatta RGB Elektronika e verifica se la misurazione delle vibrazioni e l’analisi del segnale possono aiutare a valutare lo stato della tua macchina.

Chiama: +48 717 500 983

In che modo la misurazione delle vibrazioni aiuta a rilevare un guasto del cuscinetto in un motore elettrico?

Perché i cuscinetti sono uno dei punti più importanti nella diagnostica del motore?

I cuscinetti sono responsabili della corretta guida dell’albero, della riduzione dell’attrito e del funzionamento stabile del rotore. Se il loro stato peggiora, il motore può continuare a funzionare, ma inizia a generare vibrazioni, rumori, temperature e carichi meccanici diversi. Proprio per questo la diagnostica dei cuscinetti in un motore elettrico è così importante dal punto di vista della manutenzione.

Il danneggiamento del cuscinetto raramente è un problema isolato. In molti casi porta a guasti successivi: danneggiamento delle sedi dei cuscinetti, surriscaldamento, sfregamento del rotore, aumento dell’assorbimento di corrente, sovraccarico dell’inverter, guasto del giunto, del riduttore o del ventilatore. Nelle macchine di produzione, la conseguenza può essere non solo il costo della riparazione del motore, ma anche il costo della produzione persa, ritardi nell’esecuzione degli ordini e il rischio di danneggiamento dei componenti di automazione collegati.

La diagnostica predittiva dei motori elettrici consente di spostare la reazione del servizio tecnico dalla modalità di emergenza a quella pianificata. Invece di aspettare che il motore fermi la linea, è possibile analizzare le variazioni dei parametri nel tempo e pianificare l’ispezione, la riparazione o la sostituzione del componente in un momento controllato.

Quali sintomi possono indicare un danneggiamento del cuscinetto?

Un guasto del cuscinetto può svilupparsi gradualmente. All’inizio i sintomi sono lievi e possono comparire solo con un determinato carico, una specifica velocità di rotazione o temperatura di lavoro. Con il tempo, i segnali diventano più visibili per l’operatore, il tecnico di assistenza o il reparto manutenzione.

I sintomi tipici che possono indicare un problema al cuscinetto includono:

• aumento del livello di vibrazioni misurato sul corpo del motore,
• rumore insolito, ronzio, colpi, attrito o suono metallico,
• temperatura elevata della carcassa del motore o dell’area del cuscinetto,
• cambiamento del comportamento operativo a determinate velocità di rotazione,
• vibrazioni trasmesse alla struttura della macchina, alla fondazione, al telaio o alle protezioni,
• frequenti sovraccarichi del sistema di azionamento, soprattutto durante il funzionamento con inverter,
• peggioramento della qualità del processo, ad esempio funzionamento irregolare di ventilatore, pompa, trasportatore o mandrino,
• tracce di surriscaldamento, fuoriuscita di grasso o contaminazione nell’area del cuscinetto.

Vale la pena ricordare che il solo rumore o la sola temperatura non sempre bastano per valutare lo stato del cuscinetto. Nella pratica di assistenza è importante confrontare diversi segnali: vibrazioni, spettro di frequenza, carico, velocità, condizioni di lavoro e storico del dispositivo. Per questo la misurazione delle vibrazioni di motori e macchine offre un quadro molto più completo rispetto alla sola osservazione dell’operatore.

Le cause più comuni dei guasti dei cuscinetti nei motori elettrici

Un cuscinetto può guastarsi a causa dell’usura naturale, ma in molti casi il problema nasce dalle condizioni di lavoro o da errori di montaggio. Se la causa non viene eliminata, la sola sostituzione del cuscinetto può dare solo un effetto di breve durata, e il guasto può ripresentarsi dopo un certo periodo.

Le cause più frequenti di danneggiamento dei cuscinetti nei motori elettrici sono:

• contaminazione del lubrificante, ad esempio con polvere, umidità, trucioli o residui di processo,
• lubrificazione errata, cioè quantità insufficiente di grasso, eccesso di grasso, tipo di grasso non corretto o sua degradazione,
• correnti nei cuscinetti, specialmente nei sistemi con inverter e protezione non corretta contro il passaggio di corrente attraverso i cuscinetti,
• disallineamento tra il motore e la macchina azionata,
• squilibrio del rotore, del ventilatore, della puleggia o dell’elemento di accoppiamento,
• deformazioni meccaniche derivanti da forze asimmetriche, tensioni di montaggio o funzionamento su una fondazione preparata in modo non corretto,
• temperatura di lavoro troppo elevata, che accelera la degradazione del grasso e dei materiali,
• urti durante il montaggio, inserimento errato del cuscinetto o errori durante lo smontaggio,
• vibrazioni provenienti da altri elementi della macchina, ad esempio riduttore, pompa, ventilatore o trasmissione a cinghia.

Dal punto di vista della manutenzione, la cosa più importante non è solo stabilire che il cuscinetto è usurato, ma anche rispondere alla domanda perché si è verificato il danno. La diagnostica vibrazionale dello stato dei cuscinetti aiuta a separare l’effetto dalla causa e a ridurre il rischio di guasti ricorrenti.

In cosa consiste la diagnostica vibrazionale dei cuscinetti?

La diagnostica vibrazionale dei cuscinetti consiste nella registrazione delle vibrazioni generate da un motore in funzione e nella loro analisi in termini di variazioni di ampiezza, frequenza e modelli caratteristici di danneggiamento. Ogni elemento di una macchina rotante genera un determinato segnale. Quando il cuscinetto è efficiente, lo spettro delle vibrazioni ha un carattere diverso rispetto alla situazione in cui compare un danno alla pista, all’elemento volvente o alla gabbia.

Il processo diagnostico può essere suddiviso in tre fasi fondamentali:

1. Acquisizione dei dati, cioè raccolta dei segnali vibrazionali mediante sensori di vibrazione montati sul motore o nelle sue immediate vicinanze.
2. Elaborazione del segnale, cioè analisi dei dati tramite algoritmi come la trasformata rapida di Fourier, l’analisi RMS o altri metodi di valutazione del segnale.
3. Identificazione della fonte del problema, cioè confronto dei risultati con segnali caratteristici di specifici guasti: danni ai cuscinetti, squilibrio, disallineamento, giochi meccanici, problemi del riduttore o del ventilatore.

Nella pratica, la sola misurazione non è sufficiente. L’interpretazione dei dati è fondamentale. Un livello elevato di vibrazioni può indicare un problema, ma solo l’analisi in frequenza consente di stabilire se la fonte sia il cuscinetto, l’albero, il riduttore, il ventilatore, il giunto o il funzionamento non corretto dell’intera macchina.

FFT, RMS e spettro di frequenza nella diagnostica pratica

Nella diagnostica predittiva vengono spesso utilizzati diversi tipi di analisi del segnale. Ognuno di essi risponde a una diversa domanda tecnica.

RMS consente di valutare il livello complessivo di energia delle vibrazioni. Se il valore RMS aumenta rispetto allo stato di riferimento, ciò può indicare un peggioramento dello stato della macchina. Questo indicatore è utile per monitorare il trend, ma di solito non basta per indicare chiaramente la causa.

FFT, cioè la trasformata rapida di Fourier, consente di passare dal segnale nel dominio del tempo allo spettro di frequenza. Grazie a questo è possibile vedere a quali frequenze compaiono le componenti dominanti delle vibrazioni. Questo è particolarmente importante nella diagnostica dei cuscinetti volventi, perché i danni alle piste, agli elementi volventi e alla gabbia possono generare frequenze caratteristiche dipendenti dalla geometria del cuscinetto e dalla velocità di rotazione.

Lo spettro di frequenza consente quindi di rispondere non solo alla domanda se il motore vibra troppo, ma anche a quale tipo di guasto possa causare tali vibrazioni. Proprio per questo la misurazione delle vibrazioni delle macchine è così importante nella diagnostica predittiva degli azionamenti.

In che modo i sensori Viezo Sonora supportano la diagnostica predittiva di motori e azionamenti?

Come si svolge il processo di misurazione delle vibrazioni di motori e macchine?

I sensori Viezo Sonora consentono di raccogliere segnali vibrazionali da macchine industriali come motori elettrici, ventilatori, pompe, riduttori, azionamenti e altri dispositivi rotanti. Il loro compito è registrare le vibrazioni, che possono poi essere elaborate e valutate in termini di scostamenti dal corretto funzionamento.

Nel processo diagnostico pratico sono importanti:

• il punto di montaggio del sensore, perché il segnale dovrebbe riflettere nel modo più fedele possibile il funzionamento del cuscinetto o del componente esaminato,
• le condizioni operative della macchina, come carico, velocità, temperatura e ciclo produttivo,
• il confronto con i valori di base, cioè lo stato della macchina durante il funzionamento corretto,
• l’analisi del trend, perché l’aumento progressivo delle vibrazioni è spesso più importante di una singola misurazione,
• la verifica ingegneristica, che consente di distinguere un guasto reale da un disturbo casuale o da una variazione delle condizioni di processo.

Grazie a questo approccio la diagnostica predittiva non è una misurazione una tantum, ma un processo di monitoraggio dello stato tecnico. Il reparto manutenzione riceve l’informazione prima che il guasto passi a una condizione di emergenza.

Come riconoscere se il problema riguarda il cuscinetto, il riduttore o il ventilatore?

Un motore elettrico molto spesso lavora come parte di un sistema più ampio. All’albero possono essere collegati giunti, pulegge, riduttori, ventilatori, pompe, mandrini, encoder o attuatori. Per questo la misurazione delle vibrazioni deve essere interpretata nel contesto dell’intero azionamento.

Se nel segnale compaiono frequenze legate alla geometria del cuscinetto, il sospetto può riguardare la pista interna, la pista esterna oppure l’elemento volvente. Se le componenti dominanti sono legate alla velocità di rotazione, ai suoi multipli o al comportamento operativo del rotore, il problema può derivare da squilibrio, disallineamento o giochi. Se il segnale è correlato al funzionamento del riduttore, si analizzano anche le frequenze di ingranamento e i danni alle ruote dentate.

Proprio per questo la diagnosi dello stato dei cuscinetti richiede la combinazione di misurazione, analisi del segnale e conoscenza della costruzione della macchina. Questo modello di lavoro consente di ridurre il rischio di una decisione errata, ad esempio la sostituzione di un cuscinetto efficiente quando la reale causa delle vibrazioni è un disallineamento o un ventilatore danneggiato.

Chiama: +48 717 500 983

Frequenze caratteristiche di danneggiamento dei cuscinetti volventi

Nella diagnostica vibrazionale dei cuscinetti volventi si utilizzano le relazioni tra geometria del cuscinetto, velocità di rotazione e frequenze generate da specifici tipi di danneggiamento. Se nello spettro compaiono componenti caratteristiche, si può sospettare un determinato tipo di guasto.

Tra gli elementi più spesso analizzati vi sono:

• danneggiamento della pista interna,
• danneggiamento della pista esterna,
• danneggiamento dell’elemento volvente,
• danneggiamento della gabbia del cuscinetto,
• gioco, contaminazione o lubrificazione errata.

Per esempi di calcolo delle frequenze di danneggiamento si possono adottare le seguenti designazioni:

• Z – numero di elementi volventi nel cuscinetto,
• d – diametro dell’elemento volvente,
• D – diametro primitivo del cerchio descritto dal centro dell’elemento volvente,
• α – angolo di contatto,
• f_r – frequenza di rotazione dell’albero in Hz.

La frequenza di danneggiamento della pista interna può essere scritta come:

f_i = Z · f_r / 2 · (1 + d / D · cos α)

La frequenza di danneggiamento della pista esterna può essere scritta come:

f_o = Z · f_r / 2 · (1 – d / D · cos α)

La frequenza di danneggiamento dell’elemento volvente in pratica viene calcolata sulla base della relazione geometrica del cuscinetto, più spesso nella forma:

f_b = Z · f_r /d · (1 – d² / D² · cos² α)

Se nel segnale vibrazionale sono presenti frequenze vicine ai valori calcolati per uno specifico cuscinetto, esiste un’elevata probabilità che si tratti di un determinato tipo di danneggiamento. La verifica dovrebbe tuttavia considerare anche la velocità di lavoro, il carico, la costruzione del motore, il metodo di montaggio, le interferenze provenienti dal riduttore e gli altri elementi collegati all’albero.

Cosa fare dopo il rilevamento di vibrazioni elevate?

Le vibrazioni elevate non dovrebbero essere ignorate, anche se il motore continua a funzionare. Un segnale diagnostico precoce è spesso il momento migliore per pianificare l’intervento, perché la macchina non ha ancora fermato la produzione e i danni secondari possono essere limitati.

Dopo il rilevamento di anomalie, vale la pena eseguire le seguenti azioni:

1. Verificare il trend delle vibrazioni e confrontare i valori attuali con le misurazioni precedenti.
2. Controllare le condizioni di lavoro, come carico, temperatura, velocità, ciclo produttivo e modalità di controllo dell’azionamento.
3. Valutare gli elementi meccanici, inclusi cuscinetti, giunto, ventilatore, riduttore, cinghie, fissaggio del motore e fondazione.
4. Controllare il sistema elettrico, soprattutto durante il funzionamento con inverter, dove possono verificarsi correnti nei cuscinetti o disturbi EMC.
5. Pianificare la diagnostica di assistenza, se i segnali indicano un guasto in sviluppo.
6. Prendere una decisione su riparazione, rigenerazione o modernizzazione, prima che si verifichi un danno più grave.

A seconda del risultato della diagnostica, possono essere possibili la sostituzione dei cuscinetti, la rigenerazione del motore, il controllo dell’albero, la verifica delle sedi dei cuscinetti, la bilanciatura, l’eliminazione del disallineamento, il miglioramento del raffreddamento, la verifica dell’inverter o l’analisi dell’intero sistema di azionamento. Se il problema riguarda non solo il motore, ma anche l’automazione, vale la pena controllare anche inverter, servoazionamenti, alimentatori, encoder, moduli I/O, controllori PLC ed elettronica di controllo.

Diagnostica, riparazione e rigenerazione dei motori presso RGB Elektronika

RGB Elektronika supporta gli stabilimenti industriali nella diagnostica, riparazione, assistenza, rigenerazione e modernizzazione di dispositivi di automazione ed elettronica industriale. Nel caso di motori elettrici e azionamenti, per noi è fondamentale determinare la reale causa del problema, non solo sostituire l’elemento che si è danneggiato come primo effetto visibile del guasto.

Se la misurazione delle vibrazioni indica un possibile danneggiamento del cuscinetto, possiamo aiutare nella diagnostica successiva del motore, nella valutazione dello stato dei componenti, nell’analisi delle cause del guasto e nella scelta delle azioni di assistenza appropriate. In molti casi, una reazione rapida consente di limitare il fermo, evitare danni secondari e pianificare la riparazione in un momento più favorevole per la produzione.

Contatta RGB Elektronika se vuoi verificare lo stato del motore, eseguire una diagnostica vibrazionale, confermare il sospetto di guasto del cuscinetto o pianificare la riparazione prima dell’arresto della macchina. Aiutiamo i reparti manutenzione, produzione e assistenza a prendere decisioni basate sui dati, non su ipotesi.

Nel caso di macchine critiche conviene intervenire ancora prima che si verifichi il guasto. La misurazione delle vibrazioni delle macchine, la diagnostica vibrazionale dei cuscinetti e il monitoraggio predittivo consentono di passare dalla risoluzione reattiva dei problemi alla manutenzione pianificata. Questo è particolarmente importante dove il fermo di una sola macchina arresta l’intera linea tecnologica.

Hai bisogno di diagnostica del motore, riparazione dell’azionamento o valutazione dello stato della macchina? Inviaci le informazioni sul dispositivo, sui sintomi e sulle condizioni di lavoro. Su questa base ti aiuteremo a scegliere il percorso successivo: diagnostica, assistenza, rigenerazione, riparazione, modernizzazione o analisi del sistema di azionamento.

Affida la riparazione e la diagnostica del motore elettrico prima che un guasto fermi la linea. —> richiedi la riparazione

Chiama: +48 717 500 983