Majority Rule-based Vibrational Signal Analysis Method for the Fault Diagnosis of Rolling-Element Bearing of Vehicle Brake Tester

Abstract

Vehicles with different weights are subjected to vehicle brake tests at vehicle inspection stations at regular intervals due to government regulations. Safety and efficacy of vehicle roller brake testers are important for reliable inspections at vehicle inspection stations. Over time, mechanical faults occur in these vehicle roller brake testers. Failure of the rolling-element bearing used in vehicle roller brake testers is one of the most common faults. In this study, total energy, mean, variance, cross-correlation and correlation coefficient values of median filtered signals were calculated based on the signals obtained using real-time vibration measurement data of rolling-element bearings used in a vehicle brake tester. With this study, it has been confirmed that, with use over time, the values acquired by all the methods go up and exceed the thresholds identified. Proposed majority rule based combined excession of these thresholds expresses that the rolling-element bearing used in a vehicle roller brake tester is too close to a mechanical fault.

Keywords

• Rolling-element bearing
• Fault diagnosis
• Vibration measurement
• Vibration signals

Araç Fren Test Cihazının Döner Elemanlı Rulmanın Arıza Teşhisi için Çoğunluk Kuralına Dayalı Titreşimsel Sinyal Analizi Yöntemi

Abstract

Farklı ağırlıktaki araçlar, yasal düzenlemeler gereği düzenli aralıklarla araç muayene istasyonlarında araç fren testlerine tabi tutulmaktadır. Araç fren test cihazlarının güvenliği ve etkinliği, araç muayene istasyonlarında güvenilir denetimler için önemlidir. Zamanla bu araç fren test cihazlarında mekanik arızalar oluşmaktadır. Araç fren test cihazlarında kullanılan döner elemanlı rulmanın arızalanması ise en sık karşılaşılan arızalardandır. Bu çalışmada bir araç fren test cihazında kullanılan döner elemanlı rulmanların gerçekçi titreşim ölçüm verileri kullanılarak elde edilen sinyallere dayalı olarak, medyan filtreli sinyallerin toplam enerji, ortalama, varyans, çapraz korelasyon ve korelasyon katsayısı değerleri hesaplanmıştır. Bu çalışma ile zaman içerisindeki kullanımlarla tüm yöntemlerle elde edilen değerlerin yükselerek belirlenen eşikleri aştığı doğrulanmıştır. Bu eşiklerin çoğunluk kuralına dayalı olarak önerilen birleşik aşımı, bir araç fren test cihazında kullanılan döner elemanlı rulmanın mekanik bir arızaya çok yakın olduğunu ifade etmektedir.

Keywords

• Döner elemanlı rulman
• Arıza teşhisi
• Titreşim ölçümü
• Titreşim sinyalleri

References

1. [1] H. Arslan, E. Aslan, and N. Akturk. “Investigation of vibrations due to ball bearing defects,” Journal of the Faculty of Engineering and Architecture of Gazi University, 21 (2006), 541–552
2. [2] S. Orhan, N. Akturk, and V. Celik. “Vibration monitoring for defect diagnosis of rolling element bearings as a predictive maintenance tool: Comprehensive case studies, ” NDT & E International 39 (2006), no. 4, 293 – 298
3. [3] H.R. Martin and F. Honarvar. “Application of statistical moments to bearing failure detection,” Applied Accustics, 44 (1995), 67–77
4. [4] J.P Dron, L Rasolofondraibe, F Bolaers, and A Pavan.“High-resolution methods in vibratory analysis: application to ball bearing monitoring and production machine,” International Journal of Solids and Structures 38 (2001), no. 24, 4293 – 4313
5. [5] T. Wang, M. Liang, J. Li, W. Cheng, and C. Li. “Bearing fault diagnosis under unknown variable speed via gear noise cancellation and rotational order sideband identification, ” Mechanical Systems and Signal Processing 62-63 (2015), 30 – 53
6. [6] H. Saruhan, S. Sarıdemir, A. Cicek, and I. Uygur. “Vibration analysis of rolling element bearings defects, ” Journal of Applied Research and Technology 12 (2014), 384–395 [7] S. Kulaç. “A Signal Processing Approach for the Failure Analysis of Rolling-Element Bearing of Vehicle Brake Tester Used at a Vehicle Inspection Station. ” 17th IEEE East-West Design & Test Symposium IEEE EWDTS’19, BATUMI, GEORGIA
7. [8] N.W. Nirwan. and H. B. Ramani. "Condition monitoring and fault detection in roller bearing used in rolling mill by acoustic emission and vibration analysis." Materials Today: Proceedings 51 (2022): 344-354.
8. [9] S. Patel and S. Patel. “Research progress on bearing fault diagnosis with signal processing methods for rolling element bearings.” Noise & Vibration Worldwide. 2023;0(0). doi:10.1177/09574565231222615

9. [10] Z. Wang et al. "Early rolling bearing fault diagnosis in induction motors based on on-rotor sensing vibrations." Measurement 222 (2023): 113614.