Meting van werktuigkundige installaties, een praktijkvoorbeeld

Techno Fysica is bekend als een ingenieursbureau dat storingen en schades aan werktuigkundige installaties kan verklaren via metingen. Dat de informatie die bij zulke metingen verzameld wordt, ook gebruikt kan worden voor herontwerp toont het volgende voorbeeld.

Een grote kraaninstallatie werd uitgerust met een nieuwe bandrem. Alle subsystemen en componenten waren geleverd door gerenommeerde leveranciers. Na korte tijd trad er breuk op aan een van de spanners van de remband (zie afbeelding 3).
Inspectie van de breukoppervlakken toonde onmiskenbaar aan dat hier sprake was van vermoeiingsbreuk.
Gezien het geringe aantal werkuren kon dit echter niet door normaal gebruik veroorzaakt zijn. Er moest dus wel sprake zijn van een abnormale belasting en wel, zo bleek ook uit de metallurgische inspectie, in het vlak van de
band zelf. Om deze abnormale belasting op het spoor te komen, werd de bandrem geïnstrumenteerd met een aantal sensoren en verbonden aan een p.c., die langere tijd het gebruik en de belasting in detail zou kunnen registreren. Zoals verwacht toonde dit al snel aan dat de trekbelasting in de spanner bij normaal remmen zo’n 50 N/mm2 was en daarmee inderdaad ruim onder de overbelastingsgrens zat (zie afbeelding 1).
 

Afbeelding 1


Uit de metingen over een langere periode bleek dat bij het draaien van de kraan een buigtrilling optrad in de combinatie van spanner met band. De frequentie hiervan was laag (een paar Hertz) en de buigspanning zo’n 30 N/mm2 (zie afbeelding 2) op de plaats van meting. Het waarschijnlijke schademechanisme was hiermee dus een resonantiebuigtrilling in de spanner, die door het draaien van de kraan werd aangeslagen.
In een eindige-elementen-methode model van de spanner en zijn lasbevestiging aan de remband werden de gemeten spanningen ingevoerd en werd doorgerekend wat de spanningen in diverse gebruiksscenario’s zouden zijn op de plaats waar de breuk had plaatsgevonden. Hieruit bleek dat de combinatie van de buigspanning door de resonantietrilling en de trekspanning door het normale gebruik als rem, inderdaad boven de vermoeiingswaarde lag. De schade kon hiermee verklaard worden, maar om herhaling te voorkomen moest er gemodificeerd worden. Omdat er nu een gevalideerd model van de spanner, las en band ter beschikking stond, konden eenvoudig enige mogelijke modificaties doorgerekend worden.

Afbeelding 2

Afbeelding 3


Als oplossing werd voor een spanner met 2 extra vingers, op bepaalde afstand van de hartlijn van de middelste
vinger, gekozen. Berekeningen lieten zien dat de stijfheid tegen buiging hiermee zodanig toenam, dat de maximum spanning ruim onder de spanningsgrens voor vermoeiingsbreuk zou blijven (zie afbeelding 4).
Uit de aard van hun werk komt Techno Fysica veel in contact met storingen en schades, die zich voordoen bij goed ontworpen en goed gebouwde subsystemen. Om geen blaam te werpen op terecht goed bekendstaande leveranciers moet de beschrijving van de problemen naar anderen dan de opdrachtgever noodgedwongen enigszins vaag blijven.


Afbeelding 4