INVESTIGADOR(ES) PRINCIPAL(ES):

Juan Fernando López López

0 horas

CODIGO CIE

E6-14-17

Hector Fabio Quintero Riaza

Tutor

0 Horas

TIPO DE CONVOCATORIA

2013. Décima Convocatoria

TIPO DE PROYECTO

Investigación Aplicada

OBJETIVO(S)

Objetivo general: Desarrollar una metodología de pronóstico de fallas en rodamientos radiales de bolas con base en el modelo matemático establecido mediante la dinámica lagrangiana. El modelado del rodamiento contempla la incorporación de fallas por fatiga en los elementos en contacto del rodamiento (Pista externa, pista interna, elementos rodantes) y los estados de carga futura del sistema, para generar un modelo de espacio de estados que permita predecir la falla y ubicar el rodamiento en un estado discreto de vida útil remanente Objetivos específicos: 1) Definir una metodología de modelado del crecimiento de falla para la microestructura del material, que relaciona los ciclos de funcionamiento del rodamiento con el incremento del defecto en el material del cual se compone el rodamiento. Esta relación se expresa en forma de ecuación diferencial donde la solución particular depende de constantes propias del sistema. 2) Proponer un modelo matemático de rodamiento de bolas de doble hilera con base en ecuaciones diferenciales obtenidas mediante dinámica lagrangiana, que permita simular su comportamiento y las fallas en la pista externa, pista interna y elementos rodantes, en los cuales se modifica la rigidez correspondiente a la teoría de deformación Hertziana del sistema equivalente y se implementa un aumento gradual de la profundidad del defecto. Adicionalmente se propone un método de implementación del efecto de la carga futura y precarga aplicada a los rodamientos en los apoyos. 3) Desarrollar un modelo de espacio de estados que permita predecir la profundidad de la falla y ubicar el rodamiento en un estado discretizado de vida útil remanente. En este modelo se propone una función de actualización basado en la señal de vibración y las diferentes características que se obtienen del análisis espectral de fallas en rodamientos. 4) Validar experimentalmente los resultados obtenidos del modelo de pronóstico mediante la construcción de un banco de ensayos de elementos rotativos con carga radial variable, donde se ponen a prueba y se evalúa la vida útil de los rodamientos de bolas radiales de doble hilera.

RESUMEN

En este trabajo se desarrolla una metodología de pronóstico de fallas con base en modelos matemáticos aplicado a los rodamientos radiales de bolas. Se utilizan dos bases de datos. Una proveniente del repositorio de pronóstico de la NASA, en la cual se realizan pruebas en rodamientos con diferentes niveles de carga hasta el punto de ruptura o falla. La segunda base de datos proviene de la Universidad Politécnica Salesiana de Ecuador, la cual se realizó mediante pasantía en dicha institución y en la cual se realizó el diseño y ejecución de las pruebas. Se propone un modelo matemático de rodamiento donde se incorpora el crecimiento de la falla utilizando una variación de la ecuación de Paris Erdogan en el cual se incorpora ruido gaussiano con el fin de representar la variabilidad y aleatoriedad del proceso físico. Este modelo representa un rodamiento de doble hilera autoalineante, formulado con base en las ecuaciones de Euler - Lagrange, con cinco grados de libertad y correspondiendo el radio vector de los elementos rodantes a las coordenadas generalizadas del modelo. Se propone también el modelado del rodamiento mediante el análisis modal del sistema, utilizando la señal de vibración, Decremento aleatorio, y el análisis Prony en el cálculo de la rigidez y el amortiguamiento para utilizarlos posteriormente como parámetros de clasificación y pronóstico de vida útil en un sistema de espacio de estados. El modelo matemático de rodamiento se integra en un sistema de espacio de estados para determinar la profundidad de falla del rodamiento y realizar la estimación de vida útil. Se soluciona dicho sistema mediante métodos probabilísticos; filtros de partículas y procesos Gaussianos. Finalmente se comparan estas metodologías contra un enfoque de pronóstico basado en datos. En este enfoque se propone la solución del problema de pronóstico mediante un modelo de mezcla de gaussianas ajustando el modelo a una distribución de probabilidad deWeibull y realizando la inferencia de la vida útil a partir de los parámetros de la misma.

ESTADO

Concluido

FECHA DE INICIO

16/09/2014

FECHA DE FINALIZACION

16/09/2016

PRODUCTOS

Análisis de Vibraciones en tres moto generadores operando con GLP de cusiana

Ponencia en evento especializado

Ball Bearling Vibrations Model: Development and Experimental Validation

Ponencia en evento especializado

LIBRO PUBLICABLE: Vibraciones mecánicas: un enfoque teórico práctico.

Libro resultante de investigación

Pronóstico de fallas en máquinas rotativas con base en modelos matemáticos. Caso de estudio: Rodamientos radiales de bolas

Doctorado