KR20140086269A

KR20140086269A - 베어링 잔여 수명 예측 방법

Info

Publication number: KR20140086269A
Application number: KR1020120156556A
Authority: KR
Inventors: 김병수; 전형일; 김종익; 김종섭
Original assignee: 주식회사 포스코
Priority date: 2012-12-28
Filing date: 2012-12-28
Publication date: 2014-07-08
Also published as: KR101481490B1

Abstract

본 발명은 베어링 잔여 수명을 예측하기 위한 방법에 관한 것으로서, 현재 시각을 기준 시각으로 설정하고, 상기 베어링을 사용하고자 기간을 미래 시각으로 설정하는 단계; 상기 베어링의 평가 인자를 측정하는 단계; 상기 평가 인자를 측정한 후, 상기 평가 인자의 허용 기준치와 상기 허용 기준을 초과한 값들의 산술 평균값을 구하는 단계; 및 상기 기준 시각, 미래 시각, 허용 기준치 및 산술 평균 값을 식에 대입하여 상기 베어링의 잔여 수명을 계산하는 단계를 포함하여, 베어링의 이상 패턴을 시계열적인 그래프를 통하여, 추이를 분석하고 이에 따라 베어링의 잔여 수명까지 예측할 수 있는 효과를 제공한다.

Description

베어링 잔여 수명 예측 방법{METHOD FOR PREDICTING RESIDUAL LIFE OF BEARING}

본 발명은 베어링 잔여 수명을 예측하기 위한 방법에 관한 것으로서, 더욱 자세하게는, 아연 포트내 싱크 롤의 베어링의 수명을 다양한 인자들을 기준으로 잔여 수명을 예측하는 방법에 관한 기술 분야이다.

일반적으로 산업 설비들은 구동되는 과정에서 필수적으로 기계적인 진동을 발생시키게 된다. 산업 설비들의 기계적인 진동은 설비들 별로 큰 진동을 가지는 것에서부터 작은 진동을 가지는 것들까지 다양한데, 이들 진동들도 자세히 살펴보면 일정한 패턴을 가지고 있으며, 이들 패턴의 분석만으로도 산업 설비의 이상 유무 및 잔여 수명의 예측도 가능하다.

산업 설비의 진동 분석을 이용하여, 설비의 이상 유무 및 수명을 예측하는 기술로는 진동의 크기를 단순히 분석하는 기법이 있었다.

진동 크기의 단순 분석 기법은 작업자가 다년간 설비를 구동시킨 다년간의 노하우를 바탕으로 설비의 진동을 청각 또는 촉각을 통해 기준 진동과 차이가 있는 경우 이상 유무를 진단하는 전통적 기법이 있었다.

또한, 진동의 크기를 진동 감지 센서를 통해 감지하여, 기준 진동 크기에 비해서 측정된 진동의 크기가 일정 값 이상의 차이가 나는 경우, 설비가 이상하다는 판단을 하는 기법도 있었다.

그러나 이들 진동 크기의 단순 분석 기법은 모터 등의 회전 속도와 하중의 조건의 변화가 없는 경우에만 적용가능한 문제점이 있었다.

이러한 진동 크기 분석 기법 외에, 진동의 주파수를 분석하는 방법도 존재하였다. 진동의 주파수 분석 방법으로는 진동시 발생하는 측정된 주파수가 기준 주파수에 비교하여, 일정 수준 이상의 차이가 발생하는 경우, 깨짐 또는 헐거워짐 등의 현상시 발생되는 주파수 대역의 주파수를 발생시키는 경우에는 설비의 이상을 판단하는 방법이었다.

그러나 이러한 주파수 분석 방법은 설비 이상 유무를 비교적 정확하게 판정할 수 있다는 장점이 있으나 정상 동작이 가지는 주파수 대역과 동일한 주파수 대역을 가지는 설비의 이상 발생시에는 이상 유무를 분석하기 힘든 문제점이 존재하였다.

본 발명에 따른 베어링 잔여 수명 예측 방법은 상기한 바와 같은 종래 문제점을 해결하기 위해 안출된 것으로서, 다음과 같은 해결과제를 가진다.

첫째, 베어링의 이상 유무를 간단한 수식을 통하여, 분석하는 방법을 제공하고자 한다.

둘째, 베어링의 이상 패턴을 시계열적인 그래프를 통하여, 추이를 분석하고 이에 따라 베어링의 잔여 수명까지 예측할 수 있는 방법을 제공하고자 한다.

본 발명의 해결과제는 이상에서 언급된 것들에 한정되지 않으며, 언급되지 아니한 다른 해결과제들은 아래의 기재로부터 당업자에게 명확하게 이해될 수 있을 것이다.

본 발명에 따른 베어링 잔여 수명 예측 방법은 상기의 해결하고자 하는 과제를 위하여 다음과 같은 과제 해결 수단을 가진다.

본 발명에 따른 베어링 잔여 수명 예측 방법은 현재 시각을 기준 시각으로 설정하고, 상기 베어링을 사용하고자 기간을 미래 시각으로 설정하는 단계; 상기 베어링의 평가 인자를 측정하는 단계; 상기 평가 인자를 측정한 후, 상기 평가 인자의 허용 기준치와 상기 허용 기준을 초과한 값들의 산술 평균값을 구하는 단계; 및 상기 기준 시각, 미래 시각, 허용 기준치 및 산술 평균 값을 하기 식에 대입하여 상기 베어링의 잔여 수명을 계산하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는, 베어링 잔여 수명 예측 방법.

잔여 수명=1.1-(미래 시각÷기준 시각)×(산술 평균 값÷허용 기준치)

본 발명에 따른 베어링 잔여 수명 예측 방법의 상기 평가 인자는, 상기 베어링을 통해 이동되는 스트립의 슬립(SLIP)률이며, 상기 허용 기준치는 2%인 것을 특징으로 할 수 있다.

본 발명에 따른 베어링 잔여 수명 예측 방법의 상기 평가 인자는, 상기 베이링을 통해 이동되는 스트립의 진폭(mm)이며, 상기 허용 기준치는 5mm인 것을 특징으로 할 수 있다.

본 발명에 따른 베어링 잔여 수명 예측 방법의 상기 평가 인자는, 상기 베이링을 통해 이동되는 스트립에 발생되는 저주파 충격(회/Hr)이며, 상기 허용 기준치는 150회/Hr인 것을 특징으로 할 수 있다.

본 발명에 따른 베어링 잔여 수명 예측 방법의 상기 평가 인자는, 상기 베어링에 발생되는 충격지수(%)이며, 상기 허용 기준치는 15%인 것을 특징으로 할 수 있다.

본 발명에 따른 베어링 잔여 수명 예측 방법의 상기 평가 인자는, 상기 베어링에 발생되는 진동의 속도이며, 상기 허용 기준치는 2mm/s인 것을 특징으로 할 수 있다.

본 발명에 따른 베어링 잔여 수명 예측 방법의 상기 평가 인자는, 상기 베어링에 발생되는 진동의 가속도이며, 상기 허용 기준치는 0.6mm/s²인 것을 특징으로 할 수 있다.

본 발명에 따른 베어링 잔여 수명 예측 방법의 상기 평가 인자는, 각 평가 인자별로 가중치가 부여되는 것을 특징으로 할 수 있다.

이상과 같은 구성의 본 발명에 따른 베어링 잔여 수명 예측 방법은 다음과 같은 효과를 가진다.

첫째, 베어링의 이상 유무를 간단한 수식을 통하여 분석이 가능한바, 분석에 대한 접근도가 용이한 효과를 가진다.

둘째, 베어링의 이상 패턴을 시계열적인 그래프를 통하여, 추이를 분석하고 이에 따라 베어링의 잔여 수명까지 예측할 수 있는 효과를 가진다.

본 발명의 효과는 이상에서 언급한 것들에 한정되지 않으며, 언급되지 아니한 다른 효과들은 아래의 기재로부터 당업자에게 명확하게 이해될 수 있을 것이다.

도 1은 본 발명에 따른 베어링 잔여 수명 예측 방법이 적용되는, 아연 포트 내의 싱크롤을 도시하는 측단면도이다.
도 2는 본 발명의 바람직한 실시예에 따른, 베어링 잔여 수명 예측 방법의 순서를 도시한 플로우차트이다.
도 3은 본 발명의 바람직한 실시예에 따른, 베어링 잔여 수명 예측 방법을 실시하는 시스템 화면이다.
도 4는 본 발명의 바람직한 실시예에 따른, 베이링 잔여 수명을 예측하기 위한 인자 중, 슬립률을 나타내는 도면이다.
도 5는 본 발명의 바람직한 실시예에 따른, 베이링 잔여 수명을 예측하기 위한 인자 중, 스트립 진폭을 나타내는 도면이다.
도 6은 본 발명의 바람직한 실시예에 따른, 베이링 잔여 수명을 예측하기 위한 인자 중, 저주파 충격 회수를 나타내는 도면이다.
도 7은 본 발명의 바람직한 실시예에 따른, 베이링 잔여 수명을 예측하기 위한 인자 중, 충격 지수을 나타내는 도면이다.
도 8은 본 발명의 바람직한 실시예에 따른, 베이링 잔여 수명을 예측하기 위한 인자 중, 진동 속도를 나타내는 도면이다.
도 9는 본 발명의 바람직한 실시예에 따른, 베이링 잔여 수명을 예측하기 위한 인자 중, 진동 가속도를 나타내는 도면이다.

본 발명에 따른 베어링 잔여 수명 예측 방법은 다양한 변경을 가할 수 있고 여러 가지 실시예를 가질 수 있는바, 특정 실시예들을 도면에 예시하고 상세한 설명에 상세하게 설명하고자 한다. 그러나, 이는 본 발명을 특정한 실시 형태에 대해 한정하려는 것이 아니며, 본 발명의 기술적 사상 및 기술 범위에 포함되는 모든 변경, 균등물 내지 대체물을 포함하는 것으로 이해되어야 한다.

이하에서는 도면을 참조하여, 본 발명에 따른 베어링 잔여 수명 예측 방법을 상세히 설명하고자 한다.

본 발명에 따른, 현재 시각을 기준 시각으로 설정하고, 상기 베어링을 사용하고자 기간을 미래 시각으로 설정하는 단계; 상기 베어링의 평가 인자를 측정하는 단계; 상기 평가 인자를 측정한 후, 상기 평가 인자의 허용 기준치와 상기 허용 기준을 초과한 값들의 산술 평균값을 구하는 단계; 및 상기 기준 시각, 미래 시각, 허용 기준치 및 산술 평균 값을 하기 식에 대입하여 상기 베어링의 잔여 수명을 계산하는 단계를 포함한다.

여기서 베어링은 싱크롤(4, 4a, 4b)을 마찰력이 최소화되도록 구동시키기 위해 이들 싱크롤(4, 4a, 4b)의 구동축에 연결된 베어링을 의미한다.

먼저, 기준 시각은 베어링을 설치한 후, 현재까지 사용한 시간을 기준으로 기준 시각이 설정되며, 미래 시각은 현재를 기준으로 미래의 어느 시점까지 베어링을 사용할 지의 시간을 의미한다.

예를 들어, 베어링이 설치된 후, 100시간이 지났으면, 기준 시각은 100h가 되며, 현재를 기준으로 향후 500시간을 사용하고자 하면 미래 시각은 500h가 된다.

베어링의 수명을 예측하기 위한 평가 인자들은 i) 스트립(1)의 슬립률, ii) 스트립의 진폭, iii) 저주파 충격, iv) 베어링 충격 지수, v) 베어링 진동 속도, vi) 베어링 진동 가속도를 포함한다.

먼저, 스트립(1)의 슬립률은 도 4에 도시된 바와 같이, 슬립률은 측정되며, 스트립의 슬립률은 1m당 2%의 슬립은 통상적으로 허용되는 허용 기준으로 설정할 수 있다.

따라서, 소정의 시간 동안 예를 들어 1시간 동안 스트립(1)의 슬립을 측정한 후, 스트립(1)이 2% 넘게 슬립되는 정도(%)를 산술 평균한 후, 잔여 수명을 아래 수식을 통해 산출한다.

[수학식 1]

평가 인자가 스트립(1)의 진폭 즉, 스트립(1)에 떨림이 발생하는 경우에 떨림의 진폭을 의미하는데, 스트립(1)의 진폭은 도 5에 도시된 바와 같이 측정된다.

스트립(1)의 진폭은 통상적으로는 5mm의 진폭을 발생시키면서 떨리는데, 이를 초과하는 경우는 이상 징후를 나타낸다.

따라서, 평가 인자가 스트립(1) 진폭인 경우에는 허용 기준치는 5mm로 설정하며, 소정의 시간 예를 들어 1시간 동안 스트립(1)의 진폭을 측정한 후, 허용 기준치를 초과한 스트립(1)의 진폭을 산술 평균한다.

이후, 상기 수학식 1에 대입하여, 잔여 수명을 예측한다.

예를 들어, 베어링의 저주파 충격 지수가 평가 인자인 경우에는 도 6에 도시된 바와 같다. 저주파 충격 지수는 베어링 회전시 시간당 발생하는 충격의 횟수를 의미하며, 이는 1시간당 150회 정도의 횟수가 허용되는 충격회수이다. 따라서, 1시간당 발생하는 허용기준치를 150으로 두고, 1시간당 150회를 넘는 경우의 수를 산술평균하여, 상기 수학식 1에 대입한다.

평가 인자가 충격 지수(%)인 경우에는, 도 7에 도시된 바와 같다. 도 7을 참조하면, 베어링에 발생하는 충격은 도 7과 같이 측정되며, 베어링 충격 지수의 허용 기준은 15%로 산정하였다.

따라서, 충격 지수의 허용 기준치를 15%로 두고, 이를 초과하는 충격 지수(%)를 산술평균하여, 상기 수학식 1에 대입한다.

평가 인자가 진동 속도 및 진동 가속도인 경우에는 도 8 및 도 9에 도시된 바와 같다.

베어링 진동 속도의 허용 기준은 2mm/s이며, 이를 초과하는 속도를 산술평균하여, 상기 수학식 1에 대입한다.

또한, 진동 가속도의 허용 기준은 0.6mm/s²으로 산정하였으며, 이를 초과하는 가속도를 산술평균하여, 상기 수학식 1에 대입한다.

이상의 평가 인자들은 각기 가중치를 줘서 베어링의 잔여 수명을 예측할 수 있으며, 이들 가중치가 부여된 예측된 잔여 수명값들을 다시 산술평균하여 보다 정확한, 베어링 잔여 수명을 예측할 수도 있다.

본 명세서에서 사용되는 용어에서 단수의 표현은 문맥상 명백하게 다르게 해석되지 않는 한 복수의 표현을 포함하는 것으로 이해되어야 하고, "포함한다" 등의 용어는 설시된 특징, 개수, 단계, 동작, 구성요소, 부분품 또는 이들을 조합한 것이 존재함을 의미하는 것이지, 하나 또는 그 이상의 다른 특징들이나 개수, 단계 동작 구성요소, 부분품 또는 이들을 조합한 것들의 존재 또는 부가 가능성을 배제하지 않는 것으로 이해되어야 한다.

본 발명의 권리 범위는 특허청구범위에 기재된 사항에 의해 결정되며, 특허 청구범위에 사용된 괄호는 선택적 한정을 위해 기재된 것이 아니라, 명확한 구성요소를 위해 사용되었으며, 괄호 내의 기재도 필수적 구성요소로 해석되어야 한다.

Claims

베어링 잔여 수명 예측 방법에 있어서,
현재 시각을 기준 시각으로 설정하고, 상기 베어링을 사용하고자 기간을 미래 시각으로 설정하는 단계;
상기 베어링의 평가 인자를 측정하는 단계;
상기 평가 인자를 측정한 후, 상기 평가 인자의 허용 기준치와 상기 허용 기준을 초과한 값들의 산술 평균값을 구하는 단계; 및
상기 기준 시각, 미래 시각, 허용 기준치 및 산술 평균 값을 하기 식에 대입하여 상기 베어링의 잔여 수명을 계산하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는, 베어링 잔여 수명 예측 방법.
잔여 수명=1.1-(미래 시각÷기준 시각)×(산술 평균 값÷허용 기준치)
제1항에 있어서, 상기 평가 인자는,
상기 베어링을 통해 이동되는 스트립의 슬립(SLIP)률이며,
상기 허용 기준치는 2%인 것을 특징으로 하는, 베어링 잔여 수명 예측 방법.
제1항에 있어서, 상기 평가 인자는,
상기 베이링을 통해 이동되는 스트립의 진폭(mm)이며,
상기 허용 기준치는 5mm인 것을 특징으로 하는, 베어링 잔여 수명 예측 방법.
제1항에 있어서, 상기 평가 인자는,
상기 베이링을 통해 이동되는 스트립에 발생되는 저주파 충격(회/Hr)이며,
상기 허용 기준치는 150회/Hr인 것을 특징으로 하는, 베어링 잔여 수명 예측 방법.
제1항에 있어서, 상기 평가 인자는,
상기 베어링에 발생되는 충격지수(%)이며,
상기 허용 기준치는 15%인 것을 특징으로 하는, 베어링 잔여 수명 예측 방법.
제1항에 있어서, 상기 평가 인자는,
상기 베어링에 발생되는 진동의 속도이며,
상기 허용 기준치는 2mm/s인 것을 특징으로 하는, 베어링 잔여 수명 예측 방법.
제1항에 있어서, 상기 평가 인자는,
상기 베어링에 발생되는 진동의 가속도이며,
상기 허용 기준치는 0.6mm/s²인 것을 특징으로 하는, 베어링 잔여 수명 예측 방법.
제1항에 있어서, 상기 평가 인자는,
각 평가 인자별로 가중치가 부여되는 것을 특징으로 하는, 베어링 잔여 수명 예측 방법.