振動(dòng)測(cè)試技術(shù)在旋轉(zhuǎn)機(jī)械故障診斷中的應(yīng)用

1、!#年!第$卷第%期工業(yè)科技甘肅科技縱橫振動(dòng)測(cè)試技術(shù)在旋轉(zhuǎn)機(jī)械故障診斷中的應(yīng)用梁宗紅黃三彌6&3333&%鐵道第一勘察設(shè)計(jì)院思創(chuàng)機(jī)電研究所!甘肅蘭州摘要#在旋轉(zhuǎn)機(jī)械設(shè)備測(cè)試中!振動(dòng)測(cè)試與分析是應(yīng)用最廣泛也是應(yīng)用頻率最高的基本方法#本文依次分析了振動(dòng)測(cè)試技術(shù)對(duì)旋轉(zhuǎn)設(shè)備的選取檢測(cè)點(diǎn)的選擇信號(hào)的處理與分析以及設(shè)備測(cè)試的判斷標(biāo)準(zhǔn)$并以滾動(dòng)軸承及轉(zhuǎn)子的振動(dòng)分析實(shí)例分析了振動(dòng)測(cè)試技術(shù)在旋轉(zhuǎn)機(jī)械故障診斷中的應(yīng)用$關(guān)鍵詞#振動(dòng)測(cè)試旋轉(zhuǎn)機(jī)械故障診斷!振動(dòng)測(cè)試技術(shù)概述振動(dòng)測(cè)試技術(shù)是通過對(duì)正在運(yùn)轉(zhuǎn)過程中的機(jī)械設(shè)備產(chǎn)生的振動(dòng)現(xiàn)象進(jìn)行測(cè)試或用人為的激振試驗(yàn)法測(cè)量設(shè)備對(duì)標(biāo)準(zhǔn)激勵(lì)振動(dòng)信號(hào)的傳遞特性來分析系統(tǒng)!設(shè)備的特征參數(shù)

2、以判斷設(shè)備的故障存在與否#它是在二十世紀(jì)七$八十年代發(fā)展起來的一門新型邊緣學(xué)科%近年來對(duì)此技術(shù)的發(fā)展日趨于成熟#振動(dòng)測(cè)試的一般流程為&機(jī)械設(shè)備!信號(hào)采集!提取特征信號(hào)!狀態(tài)識(shí)別!診斷結(jié)果利用振動(dòng)的測(cè)試結(jié)果進(jìn)行故障診斷的方法有&!簡(jiǎn)易診斷&采用簡(jiǎn)易測(cè)試儀器#便攜式測(cè)振儀$沖擊脈沖計(jì)#%精密診斷&對(duì)振動(dòng)的基本參數(shù)進(jìn)行時(shí)域$幅值$相關(guān)函數(shù)$頻域分析#在旋轉(zhuǎn)機(jī)械設(shè)備狀態(tài)檢測(cè)與故障診斷中%由于振動(dòng)測(cè)試分析簡(jiǎn)單$可靠%因此而被廣泛的應(yīng)用%也成了應(yīng)用頻率最高的基本方法#%!測(cè)試設(shè)備的選取在一個(gè)工廠對(duì)每個(gè)旋轉(zhuǎn)機(jī)械設(shè)備進(jìn)行測(cè)試是不大可能的%所以對(duì)測(cè)試設(shè)備的選取也應(yīng)作必要的討論與斟酌#一般來說%測(cè)試設(shè)備的選取一般

3、選與生產(chǎn)直接有關(guān)的設(shè)備由于故障引起的破壞性大的設(shè)備維修成本高的設(shè)備#簡(jiǎn)單檢測(cè)只限對(duì)于工廠中大量的一般設(shè)備的監(jiān)測(cè)#而精密監(jiān)測(cè)是對(duì)于關(guān)鍵機(jī)械和一部分重要機(jī)械設(shè)備的監(jiān)測(cè)#&!診斷檢測(cè)點(diǎn)檢測(cè)點(diǎn)最好是在軸承殼體部位%應(yīng)選擇探頭與機(jī)械接觸良好%剛性高的部位作為測(cè)點(diǎn)#測(cè)低頻振動(dòng)時(shí)%三個(gè)方向都測(cè)!軸向$水平$垂直%一般軸向和水平向都在軸心同高度測(cè)#要求在三個(gè)方向測(cè)是因?yàn)楦鞣N故障引起的振動(dòng)發(fā)生在不同的方向上#例如%不平衡一般是水平方向振動(dòng)出現(xiàn)異常%不對(duì)中是軸向%松動(dòng)是上下方向#但測(cè)高頻振動(dòng)時(shí)%只要選擇最容易測(cè)的一個(gè)方向即可!一般是垂直方向%這是因?yàn)闈L動(dòng)軸承上產(chǎn)生的振動(dòng)是全方位各方向傳遞的#檢測(cè)點(diǎn)選擇大多數(shù)情況從

4、效率方面考慮%并結(jié)合設(shè)備結(jié)構(gòu)的特點(diǎn)%目的要最容易測(cè)到所產(chǎn)生的劣化現(xiàn)象#測(cè)點(diǎn)選好%檢測(cè)的方向也限定了#確定測(cè)點(diǎn)后%每次在同一點(diǎn)檢測(cè)這一點(diǎn)非常重要%因?qū)Ω哳l振動(dòng)而言%檢測(cè)點(diǎn)位置差數(shù)#振動(dòng)顯示值可相差(倍%另外%檢測(cè)面狀態(tài)影響很大%必須除去檢測(cè)點(diǎn)的油漆和油污%選盡可能平滑的面作為測(cè)點(diǎn))沖孔作標(biāo)記號(hào)不好%接觸不好*#+!信號(hào)的采集!處理與分析對(duì)于不同的設(shè)備選取不同的振動(dòng)傳感器來采集設(shè)備在運(yùn)行時(shí)的各種信號(hào)%通過放大器把信號(hào)傳給測(cè)量分析儀%進(jìn)行處理和分析#也就是對(duì)所測(cè)信號(hào)進(jìn)行必要加工或變換%消弱混雜在其中的干擾信號(hào)!如&噪聲%將它變?yōu)橐子诜治龊妥R(shí)別的形式%然后根據(jù)各種特征參數(shù)尋找被測(cè)旋轉(zhuǎn)機(jī)械的振源或產(chǎn)生故

5、障的根源#現(xiàn)在各類振動(dòng)分析儀已很多%且功能也比較強(qiáng)大#例如&,-.!振動(dòng)分析儀/數(shù)據(jù)采集器%能同時(shí)顯示振動(dòng)的加速度$速度及位移值%當(dāng)發(fā)現(xiàn)機(jī)器出現(xiàn)異常時(shí)%,-.!還能進(jìn)行001頻率分析%找出產(chǎn)生故障的原因或部位%甚至還能分析故障的嚴(yán)重程度#該分析儀可作波形$頻譜及包絡(luò)分析%儀器可作為數(shù)據(jù)采集器使用%可存233組測(cè)試數(shù)據(jù)#配套軟件也有如下功能&!建立檔案數(shù)據(jù)通訊#趨勢(shì)分析$打印報(bào)表%狀態(tài)判斷#因此%依據(jù)設(shè)備檢測(cè)的重要程度來合理的選擇測(cè)振儀器也是非常必要的#2!判定標(biāo)準(zhǔn)依據(jù)振動(dòng)判斷旋轉(zhuǎn)機(jī)械設(shè)備是否正常的標(biāo)準(zhǔn)一般有以下三種%對(duì)具體設(shè)備選用哪種判定標(biāo)準(zhǔn)%必須充分探討#2!絕對(duì)判定基準(zhǔn)同一部位的檢測(cè)值與絕

6、對(duì)判定基準(zhǔn)比較%判定設(shè)備是良好/注意/不良狀態(tài)#絕對(duì)標(biāo)準(zhǔn)是經(jīng)過大量振動(dòng)試驗(yàn)%現(xiàn)場(chǎng)振動(dòng)測(cè)試以及一定的理論研究而總結(jié)出來的標(biāo)準(zhǔn)#2%相對(duì)判定基準(zhǔn)同一部位定期檢測(cè)%將正常時(shí)的振動(dòng)值作為初始值%看定期檢測(cè)值是初始值的比值%以此來判斷設(shè)備狀態(tài)#比值4!%良好!4比值4%注意比值5%不良狀態(tài)#!甘肅科技縱橫.$1類比判定基準(zhǔn)工業(yè)科技!#年!第$卷第%期關(guān)系到能否是整臺(tái)機(jī)械*甚至整條生產(chǎn)線正常運(yùn)行的問題&一般來說!引起轉(zhuǎn)子振動(dòng)的原因常見為失衡!對(duì)中不良!基座扭曲!配件松動(dòng)!轉(zhuǎn)子彎曲以及其他結(jié)構(gòu)因素等原因&同一類型號(hào)的設(shè)備!可在同一條件$運(yùn)轉(zhuǎn)!基礎(chǔ)%下檢測(cè)!進(jìn)行相互比較判斷&7實(shí)例分析7$!滾動(dòng)軸承振動(dòng)分析滾

7、動(dòng)軸承是機(jī)械中最常用的部件之一!其運(yùn)行情況直接影響到整機(jī)的功能&目前所用軸承故障的監(jiān)測(cè)方法很多!但主要采用振動(dòng)測(cè)試分析&根據(jù)資料介紹8軸承內(nèi)環(huán)某一點(diǎn)與一個(gè)滾動(dòng)體接觸時(shí)產(chǎn)生的頻率為9)50$.90:!6;?A外環(huán)某一點(diǎn)與一個(gè)滾動(dòng)體接觸時(shí)產(chǎn)生的頻率為(9;50$.90:!B;?C滾動(dòng)體與內(nèi)外環(huán)接觸的頻率為(9350$.90,!B;?C/-?保持架具有一個(gè)缺陷的頻率為(9;50$.90:!B;?C徑)!B觸角&一般認(rèn)為!根據(jù)以上公式所計(jì)算的故障頻率就是頻譜分析的頻率&根據(jù)軸承的故障診斷經(jīng)驗(yàn)!認(rèn)為對(duì)滾動(dòng)軸承故障還可采用一下方法確定&滾動(dòng)軸承若存在故障!頻率一般都較高!頻率在!0倍軸頻以上或100DE以

8、上)當(dāng)滾動(dòng)軸承有故障時(shí)一般加速度值較大)(當(dāng)軸承存在局部缺陷或結(jié)構(gòu)不規(guī)則*點(diǎn)蝕而產(chǎn)生振動(dòng)時(shí)!可由時(shí)域曲線來判定!即在時(shí)域曲線以上零部件回轉(zhuǎn)間隔為包絡(luò)的高頻振動(dòng)曲線&如圖所示&#$%以上兩圖是某汽輪機(jī)在轉(zhuǎn)子對(duì)中不良時(shí)的典型信號(hào)!其中&圖是轉(zhuǎn)子軸向振動(dòng)的頻譜)3圖是轉(zhuǎn)子橫向振動(dòng)頻譜&由此可見!對(duì)中不良的激振頻率不但有!*分量!而且還有明顯的/*分量!并伴有1*和高次諧波&當(dāng)然在有些分析中應(yīng)結(jié)合實(shí)際需要!頻域分析與時(shí)域分析應(yīng)密切結(jié)合&根據(jù)經(jīng)驗(yàn)!一般轉(zhuǎn)子失衡引起的振動(dòng)!其激振頻率為一倍轉(zhuǎn)速*:?F)*C!沒有其他倍頻!振動(dòng)相位穩(wěn)定!振幅隨轉(zhuǎn)速的上升而增加&式中90B旋轉(zhuǎn)軸的頻率)B軸承滾道節(jié)距)B滾動(dòng)

9、體直G結(jié)束語(yǔ)在旋轉(zhuǎn)機(jī)械設(shè)備中!由于振動(dòng)而引起很多故障甚至事故造成了財(cái)力物力的損失!而利用振動(dòng)測(cè)試技術(shù)對(duì)設(shè)備進(jìn)行監(jiān)測(cè)及故障診斷!可及時(shí)發(fā)現(xiàn)設(shè)備中的隱患!防止突發(fā)事故)可以避免現(xiàn)行預(yù)防性維修制度可能維修不及時(shí)或過度維修的固有弱點(diǎn)!變預(yù)防性維修為預(yù)知性維修即狀態(tài)維修&因而能夠顯著提高設(shè)備的運(yùn)行安全*可靠性并減少維修費(fèi)用!帶來巨大的經(jīng)濟(jì)和社會(huì)效益&振動(dòng)測(cè)試技術(shù)對(duì)旋轉(zhuǎn)機(jī)械設(shè)備的監(jiān)測(cè)與故障有著重要得作用!并且各類振動(dòng)分析儀的出現(xiàn)使得振動(dòng)測(cè)試技術(shù)使用越?jīng)_擊振動(dòng)下的時(shí)域圖形來越方便*簡(jiǎn)單*快捷&參考文獻(xiàn)!7$/轉(zhuǎn)子的振動(dòng)分析轉(zhuǎn)子是旋轉(zhuǎn)機(jī)械中的主要部件!是機(jī)械振動(dòng)*噪聲和故障的主要來源&因此!能否對(duì)轉(zhuǎn)子實(shí)行高效*準(zhǔn)確的監(jiān)測(cè)和診斷直接!上接!頁(yè)改進(jìn)的譜減算法是由#$%&()*推導(dǎo)并實(shí)現(xiàn)+他對(duì)噪聲功率譜的估計(jì)采用了統(tǒng)計(jì)學(xué)的理論!噪聲功率譜由下式子求得PminP,!-&機(jī)械工程測(cè)試技術(shù)基礎(chǔ)#機(jī)械工業(yè)出版社$,/-&設(shè)備狀態(tài)監(jiān)測(cè)與故障診斷技術(shù)#中南大學(xué)%!大!噪聲壓制增大!語(yǔ)音失真也增大!%是一個(gè)暫存緩沖區(qū)!%存儲(chǔ)區(qū)的長(zhǎng)度應(yīng)比一句連續(xù)語(yǔ)句要求的存儲(chǔ)區(qū)長(zhǎng)度大#實(shí)踐證明!這是一種非常有效的算法#,!-楊行峻#遲惠生#語(yǔ)音信