Soluzioni per la diagnostica dei componenti e sistemi idraulici: applicazione ad una pompa oleodinamica e ad una gru idraulica

ABSTRACT IN ITALIANO. In quanto prerequisito della manutenzione predittiva, il campo della diagnostica e della prognostica, Prognostics and Health Management (PHM), è diventato uno dei più studiati nella ricerca in ambito ingegneristico. Questa Tesi di Dottorato propone delle soluzioni di PHM per sistemi oleodinamici. Due applicazioni sono considerate: una pompa oleodinamica a cilindrata variabile e una gru oleodinamica. Un approccio basato sul primo principio della termodinamica è proposto per la misura del rendimento totale della pompa. Tale metodo non richiede l’installazione di sensori costosi ed ingombranti, ma solo la misura della pressione e della temperatura alle bocche della pompa; quindi, tale metodo è adatto per il monitoraggio online. Per pompe con drenaggio esterno, è richiesta anche la misura delle portate al drenaggio e alla mandata; una soluzione per evitare l’installazione di flussimetri in questo caso è proposta. Un problema di questo approccio termodinamico è legato all’incertezza di misura che è stata accuratamente misurata. Una campagna sperimentale è stata condotta per validare il metodo termodinamico con riferimento al metodo standard per la misura del rendimento totale. Tale metodo è poi stato utilizzato per calcolare il rendimento di alcune pompe guaste e i risultati dimostrano che tale metodo è in grado di identificare la riduzione di rendimento causata dai guasti più comuni. Il metodo termodinamico proposto non è in grado di discriminare quale sia il guasto responsabile della riduzione di rendimento. In questa Tesi, una metodologia di analisi per segnali di accelerazione, basata sulla teoria della ciclostazionarietà, è proposta ed è utilizzata per estrarre indicatori per l’identificazione di guasti. Questa metodologia richiede un campionamento angolare e permette di scomporre il segnale nelle componenti causate da diverse sorgenti di vibrazione. Prove sperimentali sono state eseguite su una pompa sana e con due tipologie di guasti: pattini usurati e piatto distributore eroso da cavitazione. L’applicazione della metodologia proposta ha permesso di estrarre specifici indicatori per la diagnosi dei guasti considerati. Gli indicatori estratti possono essere sfruttati come inputs di un algoritmo di diagnosi automatico per l’identificazione dei guasti. L’obiettivo dell’attività di ricerca condotta sulla gru idraulica è quello di abbinare una strategia di controllo avanzata ad un sistema di diagnostica/prognostica per sistemi elettro-idraulici. La gru è equipaggiata con una valvola independent metering e il sistema idraulico è di tipo load sensing. In questa Tesi si propone un controllo per la valvola di meter-out che unisce un’azione basata su un modello ad una azione in retroazione. Il controllo in retroazione è basato su un controllore proporzionale-integrale e i parametri del controllo sono stati ottimizzati per mezzo dell’algoritmo di ottimizzazione Extremum-Seeking. Le prestazioni del controllo sono dimostrate per mezzo di simulazioni ed il modello numerico della macchina è sfruttato per simularne il comportamento in presenza di guasti. I risultati delle simulazioni dimostrano che le funzioni obiettivo usate per l’ottimizzazione posso essere utilizzate per identificare la presenza di un guasto nel sistema. Un algoritmo di diagnostica basato su una NN è proposto per l’identificazione di alcuni guasti frequenti. I risultati dimostrano che la NN è in grado di identificare il guasto presente nel sistema; inoltre, la NN è in grado anche di fornire un’informazione affidabile sull’intensità del guasto e questa caratteristica può essere sfruttata per la prognostica. In conclusione, questa Tesi di Dottorato fornisce un contributo allo sviluppo di sistemi per la diagnostica e la prognostica nel campo dei sistemi e dei componenti oleodinamici. I risultati ottenuti sono incoraggianti e pongono le basi per sviluppi futuri.