Pemantauan kondisi dan keputusan perawatan mekanis: suhu, getaran, bunyi, oli, tren, batas, dan sisa waktu

Laundry sebuah rumah sakit mengganti bantalan washer-extractornya hanya setelah bantalan itu berbunyi keras. Dua kali dalam setahun drum macet di tengah muatan penuh, cucian basah harus dikeluarkan dengan tangan, dan mesin berhenti tiga hari menunggu suku cadang. Teknisinya sebenarnya mengukur suhu rumah bantalan setiap bulan dan mencatatnya di buku, tetapi tidak pernah membandingkan angka bulan ini dengan bulan lalu. Ketika buku itu dibuka, suhu bantalan yang rusak sudah naik pelan-pelan selama tiga bulan sebelum macet.

Data yang dikumpulkan tanpa dibandingkan tidak memberi peringatan. Pemantauan kondisi mengubah pengukuran rutin menjadi keputusan: kapan mesin aman dijalankan, kapan perbaikan direncanakan, dan kapan mesin harus dihentikan. Bab ini menjelaskan cara menyusun dan memakai pemantauan kondisi untuk mesin laundry, dapur, pompa, dan kipas.

Batas pembahasan

Bab ini membahas metode pemantauan yang dapat dilakukan teknisi dengan alat sederhana, cara menetapkan garis dasar dan batas, membaca tren, dan memutuskan tindakan. Analisis spektrum dan frekuensi cacat bantalan ada di Fisika 206, uji motor listrik di Bab 44 · Kelistrikan & Kendali, tren dan kendali proses di Bab 3 · Data & Pengukuran, dan keandalan di Bab 2 · Utilitas. Narasi disiplin Teknik Mekanikal dan Mekatronika tidak memuat bagian khusus tentang pemantauan kondisi, sehingga bab ini memakai manual mesin milik pemilik dan pengetahuan teknik umum yang ditandai di peta sumber.

Batas getaran, suhu, dan mutu oli untuk mesin tertentu diambil dari pabriknya, dari standar yang berlaku, atau dari garis dasar mesin itu sendiri. Angka di bab ini adalah nilai literatur umum atau angka latihan, dan ditandai.

Kerusakan berkembang: kurva P-F

Kebanyakan kerusakan mekanis tidak terjadi tiba-tiba. Bantalan, roda gigi, segel, dan sabuk melewati beberapa tahap: kerusakan mulai, kerusakan dapat dideteksi dengan alat (titik P, potensial gagal), tanda makin jelas, lalu komponen gagal fungsi (titik F). Selang waktu antara P dan F disebut interval P-F. Urutan tanda yang umum untuk bantalan gelinding adalah perubahan pada ultrasonik dan getaran frekuensi tinggi lebih dulu, lalu getaran keseluruhan naik, lalu bunyi terdengar, lalu panas, dan akhirnya macet (nilai literatur umum, urutannya dapat berbeda).

Akibat praktisnya:

1. Interval pemeriksaan harus lebih pendek daripada interval P-F, biasanya separuhnya atau kurang, agar tanda tertangkap sekurang-kurangnya sekali dengan waktu tersisa untuk bertindak (Contoh 7).
2. Metode yang mendeteksi lebih awal memberi waktu lebih panjang. Suhu yang dicatat teknisi pada kasus pembuka adalah tanda yang datang terlambat, sehingga interval sebulan hanya memberi sedikit waktu.
3. Kerusakan acak tetap ada. Pemantauan kondisi tidak mencegah kerusakan yang tidak memberi tanda, misalnya patah karena beban kejut.

Interval P-F tidak tertulis di buku; ia diperkirakan dari pengalaman dengan mesin yang sama, catatan kerusakan sebelumnya, dan saran pabrik. Setiap kerusakan yang terjadi di antara dua pemeriksaan menjadi pelajaran untuk memperpendek interval atau menambah metode yang mendeteksi lebih awal.

Memilih metode dan titik ukur

Titik ukur dipilih di tempat yang paling dekat dengan sumber, misalnya rumah bantalan, bukan tutup tipis yang bergetar sendiri. Setiap titik ditandai di mesin, misalnya dengan stiker bulat, agar pengukuran berikutnya diambil di titik dan arah yang sama. Getaran diukur pada arah mendatar, tegak, dan aksial, karena penyebab yang berbeda menonjol di arah yang berbeda; Bab 44 · Kelistrikan & Kendali mencatat bahwa ketidaklurusan cenderung menonjol di arah aksial.

Suhu

Suhu dibaca dibandingkan dengan suhu ruang dan dengan pembacaan sebelumnya di titik yang sama dan keadaan beban yang sama. Kenaikan suhu di atas suhu ruang lebih bermakna daripada suhu mutlak, karena ruang laundry dapat jauh lebih panas daripada ruang lain (Contoh 4). Termometer inframerah membaca permukaan yang mengilap terlalu rendah karena emisivitasnya kecil; titik ukur yang dicat atau diberi stiker berwarna gelap memberi bacaan lebih andal.

Kamera termal memperlihatkan pola, bukan hanya satu angka: satu bantalan yang lebih panas daripada bantalan lain di poros yang sama, satu sabuk yang lebih panas daripada sabuk sebelahnya, atau satu sambungan kabel yang lebih panas di kotak terminal motor. Setelan emisivitas dan jarak dicatat bersama gambar agar gambar berikutnya dapat dibandingkan.

Kenaikan yang mendadak setelah pelumasan menunjukkan gemuk berlebih; kenaikan pelan selama beberapa minggu menunjukkan aus atau pelumas yang habis. Manual washer-extractor pemilik meminta komponen penggerak yang menjadi panas tidak normal segera diselidiki, dan pemantauan suhu mengubah "tidak normal" menjadi angka yang dapat dibandingkan.

Getaran keseluruhan

Pengukur getaran genggam biasanya membaca kecepatan getaran dalam mm/s RMS pada rentang frekuensi tertentu. Kecepatan getaran terkait dengan simpangan dan frekuensi:

$v_{\text{puncak}} = 2 \pi f \, x_{\text{puncak}}$

dan untuk getaran sinus, nilai RMS sama dengan nilai puncak dibagi $\sqrt{2}$ (Contoh 1). Kecepatan dipakai karena kerusakan mesin pada rentang putaran umum sebanding dengan energi getaran, yang terkait langsung dengan kecepatan.

Cara mengukur menentukan apakah angka dapat dibandingkan. Sensor dengan dudukan magnet ditempelkan pada permukaan logam yang rata dan bersih di titik yang ditandai; sensor yang dipegang tangan diberi tekanan yang sama dan tegak lurus permukaan. Bacaan diambil setelah angka stabil, pada putaran dan tahap program yang sama, dan nilai yang janggal diulang sebelum dicatat. Sensor tidak dipasang pada tutup lembaran tipis yang bergetar sendiri.

Pembacaan getaran keseluruhan mengatakan bahwa sesuatu berubah, tetapi tidak selalu apa. Untuk membedakan ketidakseimbangan, ketidaklurusan, kelonggaran, dan cacat bantalan diperlukan spektrum, seperti dijelaskan di Fisika 206. Secara kasar: getaran pada satu kali putaran poros yang kuat di arah radial menunjukkan ketidakseimbangan, pada dua kali putaran dan arah aksial menunjukkan ketidaklurusan, dan getaran frekuensi tinggi yang tidak sinkron dengan putaran menunjukkan bantalan (nilai literatur umum; Contoh 2).

Pada washer-extractor, getaran berubah tajam dengan muatan dan tahap program. Manual mesin pemilik menjelaskan sakelar getar yang bekerja bila mesin bergerak berulang karena ketidakseimbangan, dan bahwa mesin yang dibaut ke pondasi kokoh bergerak sangat sedikit untuk ketidakseimbangan yang sama, sedangkan pondasi yang lemah membuat gerakan jauh lebih besar. Karena itu pembacaan dibandingkan pada tahap dan muatan yang sama, misalnya drum kosong pada putaran cuci, dan pondasi diperiksa bila getaran berubah tanpa sebab di mesin.

Bunyi dan ultrasonik

Stetoskop mekanik atau obeng panjang yang ditempelkan ke rumah bantalan, dengan telinga di gagangnya, memperdengarkan bunyi dari dalam: dengung halus yang rata adalah normal, gemeretak dan derit berulang menunjukkan cacat atau pelumas kurang. Cara ini dilakukan dengan tangan jauh dari bagian berputar dan hanya pada titik yang aman dicapai.

Detektor ultrasonik membaca bunyi berfrekuensi di atas pendengaran, dalam desibel. Kenaikan beberapa desibel dari garis dasar pada bantalan dapat menjadi tanda awal pelumas kurang, dan dipakai juga untuk mencari bocoran udara tekan dan perangkap uap yang bocor. Karena desibel adalah skala logaritma, kenaikan 6 dB berarti amplitudo sekitar dua kali (nilai literatur umum; Contoh 6).

Oli dan gemuk

Oli bekas dan gemuk yang keluar dari segel membawa bukti keadaan di dalam. Bab pelumasan menjelaskan pemeriksaan sederhana dan pengambilan sampel. Untuk pemantauan, yang penting adalah tren: kadar besi dari laboratorium yang naik dari sampel ke sampel, serpihan yang bertambah di sumbat bermagnet, atau air yang muncul di rumah bantalan. Manual washer-extractor pemilik meminta saluran bocoran, oli yang dikuras, dan sumbat kuras bermagnet diperiksa terhadap air dan partikel logam, karena keduanya dapat menunjukkan segel dan bantalan yang aus atau rusak. Hasil laboratorium dibaca bersama riwayat: kenaikan besi setelah oli baru diganti sering hanya sisa oli lama, sedangkan kenaikan yang berlanjut pada beberapa sampel berikutnya menunjukkan aus yang sedang berjalan.

Arus motor dan pemeriksaan visual

Arus motor pada beban yang sama naik bila gesekan mekanis naik, misalnya bantalan yang mulai macet, sabuk yang terlalu kencang, atau pompa yang tersumbat. Pembacaan tang ampere di setiap fase pada tahap program yang sama dicatat bersama getaran dan suhu; Bab 44 · Kelistrikan & Kendali menjelaskan cara membedakan masalah listrik dan mekanis.

Pemeriksaan visual yang terstruktur menangkap banyak masalah sebelum alat lain: serbuk sabuk, rembesan oli, karat merah di sambungan baut, cat retak di braket, baut yang tandanya bergeser, dan selang yang menggelembung. Manual mesin pemilik memasukkan pemeriksaan sabuk, puli, baut pondasi, dan pelat penguat bantalan ke daftar perawatan bulanan. Garis tanda cat pada baut dan mur setelah dikencangkan membuat pergeseran terlihat dari jauh.

Garis dasar, batas peringatan, dan batas bahaya

Setiap titik ukur memerlukan garis dasar: nilai yang normal untuk mesin itu, diukur setelah pemasangan atau perbaikan besar, pada keadaan yang tercatat. Batas kemudian ditetapkan dengan salah satu cara:

1. Batas pabrik atau batas dari standar yang berlaku untuk kelas mesin itu.
2. Batas relatif dari garis dasar, misalnya peringatan pada dua kali garis dasar dan bahaya pada empat kali (angka latihan; Contoh 3), dipakai bila tidak ada batas pabrik.
3. Batas statistik dari sebaran pembacaan normal, seperti dibahas di Bab 3 · Data & Pengukuran, misalnya rata-rata ditambah tiga simpangan baku.

Batas peringatan berarti periksa lebih sering, cari sebab, dan rencanakan perbaikan. Batas bahaya berarti hentikan atau batasi operasi sampai diperbaiki. Garis dasar baru diukur setiap kali komponen utama diganti, misalnya bantalan, motor, atau pompa, karena mesin yang sudah diperbaiki dapat mempunyai angka normal yang berbeda dari sebelumnya. Garis dasar lama tetap disimpan agar riwayatnya terlihat. Batas ditinjau setelah beberapa bulan data: batas yang terlalu ketat menimbulkan banyak alarm palsu sehingga diabaikan, batas yang terlalu longgar tidak memberi peringatan.

Tren dan perkiraan sisa waktu

Satu pembacaan di atas batas dapat karena kesalahan ukur; tren dari beberapa pembacaan lebih dapat dipercaya. Dua bentuk tren yang sederhana:

1. Tren garis lurus, bila nilai naik dengan jumlah yang kira-kira sama setiap interval: sisa waktu sampai batas sama dengan jarak ke batas dibagi kenaikan per interval (Contoh 5).
2. Tren berlipat, bila nilai naik dengan persentase yang kira-kira sama setiap interval, seperti getaran bantalan yang rusaknya mempercepat dirinya: sisa interval $n = \ln(\text{batas}/\text{sekarang}) / \ln(1 + r)$ dengan $r$ laju kenaikan per interval (Contoh 8).

Perkiraan ini kasar dan cenderung optimistis pada tahap akhir kerusakan, ketika kenaikan dapat melonjak. Perkiraan dipakai untuk merencanakan, misalnya memesan suku cadang dan menjadwalkan henti mesin, bukan untuk menunda sampai hari terakhir. Setelah perbaikan, pembacaan diulang untuk memastikan nilainya kembali ke garis dasar; bila tidak, sebabnya belum hilang.

Matriks keputusan

Keputusan juga menimbang akibat kegagalan. Bantalan drum yang macet di tengah muatan rumah sakit menghentikan layanan dan dapat merusak poros dan rumah, sedangkan kipas ventilasi cadangan yang berhenti hanya mengurangi kenyamanan. Mesin dengan akibat besar mendapat pemantauan lebih sering dan batas lebih ketat (Contoh 9).

Rute dan catatan

Rute pemantauan adalah urutan mesin dan titik yang dikunjungi pada satu putaran, dengan lembar atau formulir digital yang memuat: mesin, titik, arah, keadaan operasi saat ukur, nilai, garis dasar, batas, dan catatan pengamatan. Data disimpan sehingga tren setiap titik dapat dilihat sebagai grafik. Rute yang terlalu panjang tidak dikerjakan; lebih baik sedikit titik yang diukur konsisten daripada banyak titik yang diukur sesekali. Bab 2 · Utilitas menghubungkan data seperti ini dengan keandalan layanan.

Pemantauan bermanfaat bila hasilnya sampai ke orang yang memutuskan. Temuan di atas batas peringatan dilaporkan dengan angka, tren, foto, dan usulan tindakan, kepada penanggung jawab mesin atau pelanggan, sehingga henti mesin dapat dijadwalkan pada waktu yang paling sedikit mengganggu layanan. Teknisi yang menjalankan rute dilatih memakai alat dan titik yang sama, dan pergantian teknisi diiringi serah terima rute.

Contoh kerja

Contoh 1. Dari simpangan ke kecepatan. Rumah bantalan bergetar 25 Hz dengan simpangan puncak 50 µm: $v_{\text{puncak}} = 2\pi \times 25 \times 50 \times 10^{-6} = 7{,}85 \times 10^{-3}$ m/s $= 7{,}85$ mm/s, dan $v_{\text{RMS}} = 7{,}85/\sqrt{2} = 5{,}55$ mm/s.

Contoh 2. Frekuensi putar. Motor 1.450 rpm berputar $1.450/60 = 24{,}2$ Hz. Getaran radial yang menonjol pada 24,2 Hz menunjukkan ketidakseimbangan; puncak pada 48,3 Hz dengan getaran aksial tinggi menunjukkan ketidaklurusan.

Contoh 3. Batas relatif. Garis dasar getaran pompa 1,8 mm/s. Dengan batas latihan dua kali dan empat kali garis dasar: peringatan 3,6 mm/s dan bahaya 7,2 mm/s.

Contoh 4. Kenaikan suhu di atas suhu ruang. Rumah bantalan 68 °C di ruang 35 °C naik 33 K. Bulan lalu 60 °C di ruang 33 °C, naik 27 K. Kenaikan 6 K dalam sebulan pada keadaan beban yang sama menjadi alasan memeriksa pelumasan dan bantalan, walaupun 68 °C sendiri belum tampak luar biasa.

Contoh 5. Sisa waktu tren garis lurus. Kenaikan suhu bantalan naik sekitar 1,5 K per minggu dan kini 25 K di bawah batas yang ditetapkan pabrik (angka latihan). Sisa waktu sekitar $25/1{,}5 = 17$ minggu, cukup untuk memesan bantalan dan menjadwalkan penggantian lebih awal.

Contoh 6. Kenaikan desibel ultrasonik. Bacaan ultrasonik bantalan naik dari 28 ke 34 dB. Selisih 6 dB berarti amplitudo sekitar $10^{6/20} = 2{,}0$ kali.

Contoh 7. Interval pemeriksaan dan interval P-F. Bila pengalaman menunjukkan interval P-F bantalan drum dengan pengukuran getaran sekitar 8 minggu (angka latihan), interval pemeriksaan paling lama sekitar 4 minggu. Dengan suhu saja, interval P-F mungkin hanya 2 minggu, sehingga pemeriksaan bulanan tidak cukup, seperti pada kasus pembuka.

Contoh 8. Sisa waktu tren berlipat. Getaran bantalan 2,0; 2,4; 2,9; 3,5 mm/s pada empat pemeriksaan berturut-turut, naik sekitar 20 persen setiap kali. Menuju batas bahaya 7,2 mm/s: $n = \ln(7{,}2/3{,}5)/\ln 1{,}2 = 4{,}0$ interval lagi, dan lonjakan pada tahap akhir dapat memperpendeknya.

Contoh 9. Menimbang akibat. Penggantian bantalan terencana memerlukan satu hari henti dan biaya suku cadang dan tenaga sekitar Rp 6 juta; bantalan yang macet saat berjalan menimbulkan tiga hari henti, cucian yang dialihkan ke laundry luar, dan poros yang mungkin rusak, sekitar Rp 25 juta (angka latihan). Bila tren menunjukkan bantalan mendekati batas, penggantian terencana jelas lebih murah.

Kondisi berhenti

Hentikan pekerjaan atau mesin bila:

1. Pengukuran memerlukan tangan, kabel, atau sensor berada dekat bagian berputar tanpa pelindung, atau di dalam ruang mesin yang belum diisolasi; ikuti Bab 1 · Keselamatan.
2. Bacaan melampaui batas bahaya atau naik sangat cepat di antara dua pemeriksaan.
3. Terdengar bunyi logam keras, tercium bau terbakar, terlihat asap, atau retak ditemukan pada rangka, drum, atau braket.
4. Sakelar getar bekerja berulang kali pada muatan yang normal.
5. Oli bekas berwarna susu, penuh serpihan, atau berbau terbakar.
6. Setelah perbaikan, bacaan tidak kembali ke garis dasar dan mesin akan dijalankan normal tanpa mencari sebabnya.

Salah tafsir yang sering terjadi

"Mencatat sama dengan memantau." Catatan memberi peringatan hanya bila dibandingkan dengan garis dasar dan batas.

"Suhu cukup untuk semua mesin." Suhu sering datang terlambat; getaran dan ultrasonik memberi waktu lebih panjang.

"Satu pembacaan tinggi berarti rusak." Kesalahan ukur dan keadaan operasi yang berbeda dapat memberi angka tinggi; tren dan pengulangan memastikannya.

"Batas pabrik selalu cocok." Batas relatif dari garis dasar mesin itu sendiri sering lebih peka.

"Getaran keseluruhan menunjukkan penyebab." Ia menunjukkan perubahan; penyebab memerlukan spektrum, arah, dan pengamatan lain.

"Setelah diperbaiki, pemantauan selesai." Pengukuran setelah perbaikan membuktikan sebabnya sudah hilang dan menjadi garis dasar baru.

Hubungan dengan bab lain

Fisika 206 memberi spektrum dan frekuensi cacat bantalan, Bab 44 · Kelistrikan & Kendali uji motor, Bab 3 · Data & Pengukuran tren dan batas statistik, Bab 2 · Utilitas keandalan, bab pelumasan analisis oli, Bab 1 · Keselamatan kondisi berhenti, dan bab bantalan, sabuk, dan roda gigi tanda kerusakan setiap komponen.

Latihan dan pembahasan

Untuk setiap soal, tuliskan rumus, hitungan, atau alasannya.

1. Getaran 50 Hz dengan simpangan puncak 20 µm. Berapa kecepatan RMS-nya?
2. Garis dasar 2,5 mm/s. Berapa batas peringatan dan bahaya bila dipakai dua dan empat kali garis dasar?
3. Getaran naik 0,3 mm/s per minggu dan kini 4,2 mm/s. Berapa minggu sampai 7,2 mm/s bila trennya garis lurus?
4. Bacaan ultrasonik naik 12 dB. Berapa kali amplitudonya?
5. Mengapa interval pemeriksaan dibuat lebih pendek daripada interval P-F?
6. Mengapa getaran washer-extractor dibandingkan pada tahap dan muatan yang sama?

Kunci jawaban beralasan

1. $v_{\text{puncak}} = 2\pi \times 50 \times 20 \times 10^{-6} = 6{,}28$ mm/s, sehingga RMS sekitar 4,44 mm/s.
2. Peringatan $2 \times 2{,}5 = 5{,}0$ mm/s dan bahaya $4 \times 2{,}5 = 10{,}0$ mm/s, bila tidak ada batas pabrik.
3. $(7{,}2 - 4{,}2)/0{,}3 = 10$ minggu, tetapi perbaikan direncanakan jauh sebelum itu.
4. $10^{12/20} = 4{,}0$ kali, karena 20 log rasio amplitudo sama dengan 12 dB.
5. Agar tanda kerusakan tertangkap sekurang-kurangnya sekali dan masih tersisa waktu untuk merencanakan perbaikan.
6. Muatan dan putaran mengubah gaya tak seimbang, sehingga perbedaan keadaan dapat disangka kerusakan.

Referensi