Cuscinetto danneggiato nel motore? Diagnostica vibrazionale Sonora

Un cuscinetto danneggiato in un motore elettrico può essere riconosciuto dall’aumento delle vibrazioni, da rumori insoliti, dall’incremento della temperatura, da giochi meccanici, dal peggioramento del funzionamento dell’azionamento e da frequenze caratteristiche visibili nel segnale vibrazionale. La diagnostica vibrazionale dei motori elettrici mediante sensori di vibrazione Sonora consente di rilevare se il problema riguarda la pista interna, la pista esterna o gli elementi volventi del cuscinetto, prima che si verifichi l’arresto completo del motore e un fermo produzione non pianificato.

Il cuscinetto di un motore elettrico è uno degli elementi più sollecitati dell’azionamento. Trasferisce i carichi dell’albero, stabilizza il movimento rotatorio e influisce sul livello di vibrazioni dell’intera macchina. Quando la pista, le sfere o la gabbia iniziano a usurarsi, il segnale vibrazionale del motore cambia prima che compaia un guasto visibile all’operatore. Per questo la diagnostica dei cuscinetti in un motore elettrico è un elemento importante della manutenzione predittiva.

In RGB Elektronika utilizziamo sensori Viezo Sonora per raccogliere e analizzare i segnali vibrazionali. I dati provenienti dai sensori vengono elaborati da algoritmi e poi verificati da un team di ingegneri sulla base delle frequenze caratteristiche dei guasti dei cuscinetti. Questo consente di pianificare un intervento di manutenzione, una riparazione o la sostituzione dei cuscinetti in una finestra tecnica adeguata, senza un arresto improvviso della linea.

Non aspettare l’arresto improvviso dell’azionamento. La diagnostica predittiva dei motori elettrici consente di pianificare la manutenzione in una finestra tecnica adeguata e di ridurre il costo della produzione persa.

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Come riconoscere un cuscinetto danneggiato di un motore elettrico?

Quali sintomi indicano un guasto del cuscinetto del motore elettrico?

I sintomi di un cuscinetto danneggiato non compaiono sempre all’improvviso. Spesso iniziano con un leggero aumento delle vibrazioni, una variazione del rumore o della temperatura. Se il motore lavora in un punto importante del processo, questi segnali dovrebbero avviare la diagnostica, non l’attesa dell’arresto dell’azionamento.

I sintomi più frequenti che indicano un cuscinetto danneggiato in un motore elettrico sono:

• aumento del livello di vibrazioni rispetto allo stato precedente del motore,
• rumore metallico, fruscio, stridio o colpi ciclici,
• temperatura elevata della carcassa del motore o della zona del cuscinetto,
• peggioramento della fluidità di funzionamento dell’albero,
• aumento della resistenza al movimento e sovraccarico dell’azionamento,
• giochi meccanici percepibili durante il fermo macchina o le misurazioni,
• allarmi più frequenti dell’inverter o delle protezioni dell’azionamento,
• riduzione dell’efficienza della macchina, della pompa, del ventilatore, del trasportatore o dell’asse tecnologico,
• tendenza crescente delle vibrazioni osservata nelle misurazioni periodiche o online.

Nella pratica della manutenzione non conviene basare le decisioni esclusivamente sull’udito dell’operatore. Il rumore di solito compare solo quando il danno è già sviluppato. I primi sintomi sono più facili da individuare tramite misurazione continua delle vibrazioni e analisi dello spettro di frequenza.

Se il motore inizia a fare rumore, vibrare o scaldarsi più del solito, vale la pena richiedere una diagnostica vibrazionale dei motori elettrici. Il rilevamento precoce del danno al cuscinetto consente di pianificare la manutenzione prima che l’azionamento fermi la produzione.

Perché i danni ai cuscinetti sono pericolosi per la produzione?

I danni ai cuscinetti rientrano tra le cause più frequenti dei problemi dei motori elettrici industriali. Il cuscinetto lavora in modo continuo e il suo stato influisce non solo sul motore, ma anche sul dispositivo azionato, sul giunto, sul riduttore, sul ventilatore, sulla pompa, sul trasportatore o sull’intera linea tecnologica.

Ignorare un guasto del cuscinetto può portare a:

• arresto improvviso del motore,
• danneggiamento dell’albero o delle sedi dei cuscinetti,
• surriscaldamento degli avvolgimenti a causa dell’aumento della resistenza al movimento,
• intervento delle protezioni dell’inverter,
• danneggiamento del giunto, del riduttore o del dispositivo azionato,
• aumento del consumo energetico,
• guasto di produzione e arresto della linea,
• costo elevato della produzione persa.

Per questo la domanda “come riconoscere un cuscinetto danneggiato” ha un significato pratico per la manutenzione. Non si tratta solo di confermare il guasto, ma anche di decidere quando pianificare la riparazione del motore, per quanto tempo è ancora possibile lavorare in sicurezza e se occorre preparare un dispositivo sostitutivo.

Che cosa sono i difetti della pista interna, della pista esterna e degli elementi volventi?

Un cuscinetto volvente è composto da pista interna, pista esterna, elementi volventi e gabbia. Ognuno di questi elementi può subire usura, crepe, vaiolatura, grippaggio, corrosione o fatica del materiale. Ogni difetto genera un diverso carattere del segnale vibrazionale.

I difetti delle piste del cuscinetto possono essere suddivisi in alcuni casi tipici:

• danneggiamento della pista interna – il difetto ruota insieme all’albero e spesso genera un segnale modulato dalla frequenza di rotazione,
• danneggiamento della pista esterna – il difetto di solito rimane in una posizione fissa rispetto alla carcassa e produce un segnale caratteristico del passaggio degli elementi volventi,
• danneggiamento di un elemento volvente – il difetto compare su una sfera o su un rullo e può generare un segnale legato alla sua rotazione,
• danneggiamento della gabbia – può causare un funzionamento instabile degli elementi volventi e componenti aggiuntive nello spettro.

Questa distinzione è importante perché consente al servizio di valutare meglio il rischio. Un cuscinetto all’inizio di un danno alla pista esterna si comporta diversamente da un cuscinetto con un difetto sviluppato di un elemento volvente, che può trasformarsi rapidamente in un guasto critico.

Quali frequenze nel segnale vibrazionale indicano un danno al cuscinetto?

La diagnostica vibrazionale consiste nell’analisi del segnale vibrazionale del motore e nella ricerca delle frequenze caratteristiche di specifici guasti. Un cuscinetto con pista o elemento volvente danneggiato genera impulsi ripetitivi. Dopo l’elaborazione del segnale, questi impulsi possono essere osservati nello spettro di frequenza.

Nella diagnostica dei cuscinetti si utilizzano, tra le altre, le seguenti frequenze caratteristiche:

• frequenza del difetto della pista interna,
• frequenza del difetto della pista esterna,
• frequenza del difetto dell’elemento volvente.

In una forma semplificata utilizzata nell’analisi dei segnali, possono essere descritte come segue:

Guasto della pista interna:

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

Guasto della pista esterna:

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

Guasto dell’elemento volvente:

f_b = Z × f_r / 2 × (1 – d² / D² × cos²(α))

Dove:

• Z – numero di sfere nel cuscinetto,
• d – diametro della sfera del cuscinetto,
• D – diametro del cerchio percorso dal centro della sfera nel cuscinetto,
• α – angolo di contatto in radianti,
• f_r – frequenza rotazionale in Hz.

Se nel segnale sono presenti frequenze corrispondenti a queste relazioni, è molto probabile che il motore stia lavorando con un cuscinetto danneggiato. In pratica, però, l’algoritmo non analizza solo un singolo picco nello spettro. Verifica anche la tendenza, le armoniche, le bande laterali, il livello RMS, la cronologia delle misurazioni, le condizioni di lavoro e il confronto con il modello di riferimento del motore specifico.

Quando conviene pianificare la manutenzione o la sostituzione del cuscinetto?

La manutenzione o la sostituzione del cuscinetto dovrebbe essere pianificata quando le misurazioni mostrano una tendenza crescente delle vibrazioni, compaiono frequenze caratteristiche dei difetti delle piste o degli elementi volventi e il motore inizia a mostrare sintomi meccanici. L’obiettivo della diagnostica predittiva non è attendere il guasto, ma scegliere il momento in cui la riparazione sarà meno costosa per la produzione.

La sostituzione del cuscinetto è particolarmente indicata quando:

• lo spettro mostra frequenze caratteristiche di guasto,
• la tendenza delle vibrazioni cresce rapidamente,
• il motore inizia a fare rumore,
• la temperatura nella zona del cuscinetto aumenta,
• compaiono giochi meccanici,
• l’azionamento lavora in un punto critico della linea,
• un fermo tecnologico pianificato consente di eseguire la riparazione senza fermo d’emergenza.

Dopo la sostituzione dei cuscinetti conviene eseguire un test di controllo per confermare la riduzione delle vibrazioni e la stabilità del funzionamento del motore. Se il problema ritorna, occorre verificare l’allineamento, l’equilibratura, il giunto, il carico, la fondazione, l’inverter o il dispositivo azionato.

Come funziona la diagnostica vibrazionale dei motori elettrici mediante sensori Sonora?

In cosa consiste la diagnostica predittiva dei motori elettrici?

La diagnostica predittiva dei motori elettrici consiste nel monitoraggio continuo o periodico dei parametri di lavoro per rilevare il peggioramento dello stato tecnico prima del guasto. Nel caso dei cuscinetti, il segnale vibrazionale è il più importante, perché i cambiamenti meccanici influenzano molto rapidamente il carattere delle vibrazioni.

La diagnostica vibrazionale consente di rilevare:

• danni alla pista interna,
• danni alla pista esterna,
• danni agli elementi volventi,
• squilibrio,
• disallineamento,
• giochi meccanici,
• risonanze strutturali,
• peggioramento delle condizioni di lavoro del motore.

Il principale vantaggio della diagnostica predittiva è la possibilità di pianificare. La manutenzione non interviene solo quando il motore ferma la linea. Può invece pianificare la sostituzione dei cuscinetti, preparare le parti, riservare una squadra di assistenza ed eseguire la riparazione in una finestra tecnica.

Come raccolgono i dati sullo stato dei cuscinetti i sensori di vibrazione Sonora?

I sensori di vibrazione Sonora servono a raccogliere i segnali vibrazionali dal motore. Dopo il montaggio nel punto di misura appropriato, registrano le vibrazioni che possono poi essere analizzate in termini di tendenza, livello generale, spettro di frequenza e componenti caratteristiche dei guasti dei cuscinetti.

Nella pratica sono importanti:

• il punto di montaggio del sensore, affinché il segnale rifletta correttamente il lavoro del cuscinetto,
• la ripetibilità della misurazione, per poter confrontare i dati nel tempo,
• la frequenza di campionamento, per cogliere le componenti significative del segnale,
• la cronologia della tendenza, che mostra se lo stato del motore sta peggiorando,
• l’analisi dello spettro, che indica le frequenze caratteristiche dei guasti,
• la verifica ingegneristica, che distingue un guasto reale dai disturbi del processo.

Grazie ai sensori Viezo Sonora è possibile raccogliere ed elaborare i segnali vibrazionali. I dati vengono poi valutati dagli algoritmi e da un team di ingegneri in riferimento al modello di lavoro del motore specifico e alle frequenze caratteristiche dei guasti. Questo consente di indicare la probabile fonte del peggioramento dello stato tecnico.

Come interpretano gli algoritmi lo spettro vibrazionale del motore?

L’interpretazione dello spettro vibrazionale richiede la conoscenza della geometria del cuscinetto, della velocità di rotazione, della costruzione del motore e delle condizioni di lavoro. Il solo aumento delle vibrazioni non indica ancora se il problema riguarda la pista interna, la pista esterna, l’elemento volvente, lo squilibrio o il disallineamento. Solo l’analisi di frequenza consente di restringere la causa.

Osservazione nella diagnostica	Possibile causa	Significato per l’assistenza
Frequenza corrispondente alla pista esterna	Difetto della pista esterna del cuscinetto	Si possono pianificare la sostituzione del cuscinetto e il controllo della sede
Frequenza corrispondente alla pista interna	Difetto della pista interna che ruota con l’albero	Occorre controllare l’albero, l’accoppiamento e il carico radiale
Frequenza dell’elemento volvente	Danneggiamento di una sfera o di un rullo	Il rischio di rapido sviluppo del guasto può essere elevato
Aumento del livello generale delle vibrazioni	Squilibrio, giochi, disallineamento o guasto in sviluppo	È necessaria l’analisi dello spettro e della tendenza
Aumento della temperatura insieme alle vibrazioni	Attrito aumentato, lubrificazione, usura del cuscinetto	La manutenzione deve essere pianificata prima dell’arresto dell’azionamento

L’algoritmo analizza non solo un singolo valore, ma l’intero contesto: velocità di rotazione, carico, cronologia delle misurazioni, posizione del sensore, tipo di motore e carattere di lavoro della macchina. Questo consente di ridurre il rischio di una diagnosi errata.

Che cosa fare dopo il rilevamento di un cuscinetto danneggiato?

Dopo il rilevamento di un cuscinetto danneggiato, non è sempre necessario fermare immediatamente la macchina. La decisione dipende dal livello delle vibrazioni, dalla velocità di crescita della tendenza, dalla criticità del motore, dal tipo di danno e dalla disponibilità di una finestra di manutenzione. La cosa più importante, tuttavia, è non ignorare il risultato della diagnostica.

Dopo aver rilevato un guasto, conviene:

1. Confermare la diagnosi tramite analisi della tendenza e dello spettro.
2. Determinare il tipo di danno, cioè pista interna, pista esterna o elemento volvente.
3. Valutare la criticità del motore per il processo produttivo.
4. Preparare i ricambi, compresi cuscinetti adeguati, guarnizioni ed elementi di montaggio.
5. Pianificare il fermo in una data adeguata.
6. Eseguire la sostituzione dei cuscinetti o la riparazione del motore.
7. Controllare allineamento, equilibratura e condizioni di lavoro, affinché il problema non si ripresenti.
8. Eseguire una misurazione di controllo dopo la manutenzione.

Se il motore è un elemento critico, conviene preparare anche un piano di emergenza: motore sostitutivo, rigenerazione in assistenza, ritiro del dispositivo, preventivo rapido di riparazione o modernizzazione del sistema di azionamento.

Diagnostica, riparazione e assistenza dei motori elettrici presso RGB Elektronika

RGB Elektronika supporta gli stabilimenti industriali nella diagnostica, riparazione, assistenza, rigenerazione, acquisto e modernizzazione di apparecchiature di automazione ed elettronica industriale. Nel caso dei motori elettrici aiutiamo a rilevare danni ai cuscinetti, analizzare i segnali vibrazionali e pianificare i lavori di manutenzione in modo da ridurre il rischio di fermi non pianificati.

Possiamo aiutare quando serve:

• diagnostica dei cuscinetti in un motore elettrico,
• diagnostica vibrazionale dei motori elettrici,
• analisi vibrazionale dei motori elettrici,
• analisi dei sintomi di un cuscinetto danneggiato,
• valutazione dei difetti delle piste del cuscinetto,
• identificazione dei danni agli elementi volventi,
• misurazione con sensori di vibrazione Sonora,
• diagnostica predittiva dei motori elettrici,
• riparazione e rigenerazione dei motori elettrici,
• sostituzione dei cuscinetti e test dopo la riparazione.

Verifichiamo anche gli elementi collegati al funzionamento del motore: inverter, servoazionamenti, controllori PLC, pannelli HMI, alimentatori, encoder, moduli I/O, softstarter, convertitori, elettronica di controllo, sezioni di potenza e comunicazione industriale. Questo consente di stabilire se il problema riguarda il cuscinetto stesso o deriva da sovraccarico, disallineamento, inverter, dispositivo azionato o condizioni di lavoro della macchina.

Se un motore elettrico fa rumore, vibra, si riscalda o sospetti un guasto del cuscinetto, contatta RGB Elektronika. Aiuteremo a eseguire la diagnostica vibrazionale, interpretare il segnale dei sensori Sonora e scegliere il percorso migliore: assistenza, sostituzione dei cuscinetti, rigenerazione, riparazione, acquisto o modernizzazione dell’azionamento.

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