滾動(dòng)軸承的實(shí)用監(jiān)測(cè)技術(shù)——沖擊脈沖法

1、1滾動(dòng)軸承的實(shí)用監(jiān)測(cè)技術(shù)沖擊脈沖法一、滾動(dòng)軸承故障診斷技術(shù)的發(fā)展?jié)L動(dòng)軸承是旋轉(zhuǎn)機(jī)器中的重要零件， 在各機(jī)械部門中應(yīng)用最為廣泛。 因它具有一系列顯 著的優(yōu)點(diǎn)，例如：摩擦系數(shù)小，運(yùn)動(dòng)精度高，對(duì)潤(rùn)滑劑的粘度不敏感，在低速下也能承受載 荷。有些軸承還能同時(shí)承受徑向和軸向力， 但是，滾動(dòng)軸承也是機(jī)器中最易損壞的零件之一。 據(jù)統(tǒng)計(jì)，旋轉(zhuǎn)機(jī)械的故障有30%是由軸承引起的。所以對(duì)滾動(dòng)軸承的故障監(jiān)測(cè)和診斷一直 是近年來(lái)國(guó)內(nèi)外發(fā)展機(jī)械故障診斷技術(shù)的重點(diǎn)。其發(fā)展?fàn)顩r如下：最原始的方法是將聽(tīng)音棒(或螺絲刀)接觸軸承座部位，靠聽(tīng)覺(jué)來(lái)判斷有無(wú)故障。雖然訓(xùn)練有素的人能覺(jué)察到軸承剛發(fā)生的疲勞剝落與損傷部位，但受主觀因素的影響

2、較大。出現(xiàn)各種測(cè)振儀后，可用振動(dòng)位移、速度或加速度的均方根值或峰值來(lái)判斷軸承有無(wú) 故障，這可減少對(duì)人為經(jīng)驗(yàn)的依賴。但仍很難發(fā)現(xiàn)早期故障。60年代瑞典一公司發(fā)明了沖擊脈沖計(jì)(Shock Pulse Meter)來(lái)檢測(cè)軸承損傷，既快 速、簡(jiǎn)單又準(zhǔn)確，代表儀器是MEPA-10A；SPM-43A。70年代日本新日鐵株式會(huì)社研制了MCV-021A機(jī)器檢測(cè)儀(Machine Checker),可分別在低頻、 中頻和高頻段檢測(cè)軸承的異常信號(hào)。 另有油膜檢查儀， 可探測(cè)油膜狀況而對(duì)其潤(rùn) 滑狀態(tài)進(jìn)行監(jiān)測(cè)。80年代日本精工公司(NSK相繼研制了軸承監(jiān)視儀NB-1、NB-2、NB-3、NB-4型。利用1KFZ15K

3、FZ范圍內(nèi)的軸承振動(dòng)信號(hào)，測(cè)量其RMS直和峰值來(lái)檢測(cè)軸承的故障。由于去掉了低頻干擾，靈敏度有所提高，其中還有報(bào)警設(shè)置。隨著對(duì)滾動(dòng)軸承的運(yùn)動(dòng)學(xué)、 動(dòng)力學(xué)的深入研究， 對(duì)軸承的振動(dòng)信號(hào)中的頻率成分和軸承零件的幾何尺寸及缺陷類型的關(guān)系有了較清楚的了解。加之，快速付里葉變換技術(shù)的發(fā)展， 開(kāi)創(chuàng)了用頻域分析方法來(lái)檢測(cè)和診斷軸承的故障。以上研究奠定了這方面的理論基礎(chǔ)， 現(xiàn)已有多種信號(hào)處理技術(shù)用于滾動(dòng)軸承的故障診斷 和監(jiān)測(cè)。如頻率細(xì)化技術(shù)、倒頻譜、色絡(luò)譜等，在信號(hào)預(yù)處理上采用了各種濾波技術(shù)，如相 干波，自適應(yīng)濾波等，提高了診斷靈敏度。2除了用振動(dòng)信號(hào)監(jiān)測(cè)軸承外，還發(fā)展了其它技術(shù)。如，油污染分析法(光譜測(cè)定、磁

4、屑3探測(cè)和鐵譜分析），聲發(fā)對(duì)法，聲響診斷和電阻法等，使用得最廣泛的還是振動(dòng)監(jiān)測(cè)法，其中沖擊脈沖法又是最受歡迎的一種檢測(cè)診斷方法。二、沖擊脈沖技術(shù)的發(fā)展及國(guó)內(nèi)跟蹤該技術(shù)的現(xiàn)狀1.沖擊脈沖法原理 （瑞典人發(fā)明，在美國(guó)獲得專利）對(duì)軸承壽命影響很大的因素是安裝、工作狀況和維修保養(yǎng)， 為了防止軸承的突然損壞造成的后果最理想的辦法是隨時(shí)掌握軸承的工作狀態(tài)，過(guò)去，為此目的試用過(guò)測(cè)溫、 測(cè)振和測(cè)聲的方法，現(xiàn)在發(fā)明了一種新方法沖擊脈沖法。原理是掌握軸承內(nèi)部損壞引起的機(jī)械沖擊。為了說(shuō)明沖擊脈沖法， 不妨看看機(jī)械沖擊過(guò)程中發(fā)生的現(xiàn)象, 到一個(gè)鋼棒上時(shí)，在碰撞的沖擊點(diǎn)處產(chǎn)生一個(gè) 很大的沖擊加速度，這加速度的幅度全由沖

5、擊 速度決定，而不受材料的質(zhì)量、設(shè)計(jì)或任何機(jī) 械振動(dòng)的影響。在鋼棒的沖擊點(diǎn)處會(huì)產(chǎn)生一系 列壓縮波，此壓縮波是一個(gè)衰減波，并以超聲 的速度在鋼棒內(nèi)傳播， 在鋼棒一端用一個(gè)傳感器接受此信號(hào)，就可得到與沖擊大小對(duì)應(yīng)的沖 擊脈沖信號(hào)。假如，此鋼球是滾動(dòng)軸承內(nèi)的一個(gè)滾動(dòng) 體，而滾道上有一個(gè)缺陷區(qū)（剝落、裂紋、凹（圖1）當(dāng)一個(gè)鋼球垂直掉坑和高低不平的粗糙區(qū)）那么在滾動(dòng)軸承運(yùn)轉(zhuǎn)中,就會(huì)發(fā)生如上的撞擊現(xiàn)象， 產(chǎn)生的沖擊脈4沖信號(hào)會(huì)傳遞到軸承座上，同樣，可用一個(gè)傳感器去接受此沖擊脈沖信號(hào)。（圖2）滾動(dòng)軸承不同于其它機(jī)械零件，產(chǎn)生的沖擊脈沖信 號(hào)不同于一般機(jī)器的振動(dòng)信號(hào)，它的振動(dòng)信號(hào)頻率范圍 很寬，信噪比很低，信

6、號(hào)傳遞路徑上的衰減量大，提取 它的特征信息還必須采用一些特殊的檢測(cè)技術(shù)和處理方 法。沖擊脈沖法就是諸多方法中的一種。此方法可在軸承的正常工作過(guò)程中測(cè)定軸承的狀況 而不受機(jī)械的原始設(shè)計(jì)、大小、振動(dòng)或噪聲的影響，用 此方法制作的儀器在測(cè)試時(shí)能排除機(jī)器和軸承本身的振動(dòng)影響，直接判斷軸承的狀態(tài)和壽命。并能早期發(fā)現(xiàn)和識(shí)別滾動(dòng)軸承因制造不良、 裝配不良、 潤(rùn)滑不良及使用中旋轉(zhuǎn)面產(chǎn)生傷 痕等與軸承壽命有關(guān)的異常原因、劣化程度和發(fā)展趨勢(shì)。使用沖擊脈沖儀的目的， 主要是利用軸承的全部壽命， 避免不必要的更換， 通過(guò)不斷測(cè)量，獲得一個(gè)逼近的軸承失效早期報(bào)警，減少設(shè)備故障率，及無(wú)計(jì)劃的不必要的維修工作。2.瑞典SP

7、M公司沖擊脈沖技術(shù)的應(yīng)用與發(fā)展該公司根據(jù)沖擊脈沖原理開(kāi)發(fā)的產(chǎn)品有：SPM-43A；BEA-52；BAS-10；system32；BMS；A2010；T2000。(1)SPM-43A沖擊脈沖計(jì)予置被測(cè)軸承的內(nèi)徑與轉(zhuǎn)速，確定dBl值，測(cè)量dBMdBC值、在dBN標(biāo)準(zhǔn)上(紅、黃、綠區(qū))判斷軸承的工作狀態(tài)和損傷程度以及潤(rùn)滑、安裝狀況。(2)BEA-52電腦軸承分析儀SPM公司憑多年對(duì)沖擊脈沖技術(shù)的研究，結(jié)合先進(jìn)的電腦技術(shù)，在1985年正式推出電腦軸承分析儀。 在予置標(biāo)準(zhǔn)編號(hào)、類型號(hào)后， 可顯示軸承工作狀態(tài)及潤(rùn)滑狀態(tài) (油膜厚 度)。合適的油膜厚度可延長(zhǎng)軸承的壽命。(3)BAS-10軸承分析計(jì)算機(jī)是一臺(tái)

8、手提專用計(jì)算機(jī)可測(cè)出軸承工作狀態(tài)與油膜厚度另可采集、分析、記存及顯示讀數(shù)SPM軟件可與普通IBM或同級(jí)功能之電腦聯(lián)接，可進(jìn)行檢測(cè)程序的編定/更改，讀數(shù)的iilTiltiifrnrtiittHR5處理/輸出、報(bào)警電平、報(bào)表打印等。(4)system32機(jī)器的軸承和振動(dòng)監(jiān)測(cè)自動(dòng)報(bào)警系統(tǒng)。特點(diǎn)：對(duì)重要軸承在線監(jiān)測(cè)，故障報(bào)警。(5)BMS(BearingMonitoringSystem)用于滾動(dòng)軸承的計(jì)算機(jī)控制連續(xù)監(jiān)控系統(tǒng)。軸承信號(hào)在程序控制的時(shí)間里掃描并由計(jì)算機(jī)程序來(lái)評(píng)定；-BMS系統(tǒng)結(jié)聚了15年之多的軸承監(jiān)測(cè)設(shè)備的實(shí)用經(jīng)驗(yàn)，硬件與軟件是由工業(yè)狀態(tài)監(jiān)控和預(yù)防維修方面的專家設(shè)計(jì)；一個(gè)BMS測(cè)量單元監(jiān)控

9、16個(gè)軸承，系統(tǒng)能涉及軸承多達(dá)4000個(gè)；沖擊脈沖讀數(shù)是自動(dòng)評(píng)價(jià)，并變換成軸承狀態(tài)數(shù)據(jù)，被儲(chǔ)存顯示、打??；特點(diǎn)：軸承監(jiān)測(cè)聯(lián)網(wǎng)、多路。（6）A2010沖擊脈沖分析儀集沖擊脈沖計(jì)、振動(dòng)儀、轉(zhuǎn)速功能于一體的多功能檢測(cè)儀。沖擊脈沖測(cè)量同BEA-52振動(dòng)測(cè)量中，內(nèi)設(shè)ISO2372標(biāo)準(zhǔn)，測(cè)量值與之比較后判斷機(jī)器狀態(tài)。 （直接提供給檢 測(cè)人員）。（7）T2000沖擊脈沖檢測(cè)儀集沖擊脈沖計(jì)、振動(dòng)儀、轉(zhuǎn)速表功能于一體的多功能檢測(cè)儀。沖擊脈沖測(cè)量同SPM-43A振動(dòng)測(cè)量中，內(nèi)設(shè)ISO2372標(biāo)準(zhǔn)，測(cè)量值與之比較后，判斷機(jī)器狀態(tài)（直接提供給檢 測(cè)人員）。3.國(guó)內(nèi)跟蹤該技術(shù)的現(xiàn)狀沖擊脈沖技術(shù)最早70年代末進(jìn)入我國(guó)，8

10、0年代初在上海寶鋼、金山石化總廠看到國(guó)外 的沖擊脈沖計(jì)及在應(yīng)用的情況。 通過(guò)查閱資料， 了解到該技術(shù)在世界上應(yīng)用已相當(dāng)廣泛， 美 國(guó)人應(yīng)用在航空上， 日本東芝公司制成較復(fù)雜的軸承異常判定器， 在美、英、 日等國(guó)出版的 機(jī)械故障診斷方面的書籍和手冊(cè)中都介紹了有關(guān)儀器，我國(guó)各廠礦、 企業(yè)單位得到消息和使用后，都紛紛要求有這類儀器。6國(guó)內(nèi)的設(shè)備故障診斷技術(shù)開(kāi)發(fā)研制單位在充分消化了國(guó)內(nèi)外有關(guān)沖擊脈沖技術(shù)的資料 與儀器后， 通過(guò)努力研制出一系列國(guó)產(chǎn)的沖擊脈沖儀器， 技術(shù)性能指標(biāo)已達(dá)到國(guó)際先進(jìn)同類 產(chǎn)品的水平。其中有CMJ-10電腦沖擊脈沖計(jì)；BT2000智能軸承故障測(cè)試儀；BA2010智能軸 承故障分析

11、儀， 并已在國(guó)內(nèi)各行業(yè)中廣泛應(yīng)用， 有些企業(yè)已把該方法訂到設(shè)備管理制度中去 了。隨著設(shè)備管理現(xiàn)代化， 除了便攜式?jīng)_擊脈沖計(jì)應(yīng)用外， 對(duì)重要設(shè)備的軸承在線監(jiān)測(cè)系統(tǒng)也逐步提到議事日程上來(lái)了。三、CMJ-10;BT2000; BA2010儀器簡(jiǎn)介1.C MJ- 1 0電腦沖擊脈沖計(jì)該儀器是一種專門用于檢查旋轉(zhuǎn)機(jī)械中滾動(dòng)軸承運(yùn)轉(zhuǎn)狀況的機(jī)械故障診斷儀器，主要功能是用沖擊脈沖方法來(lái)測(cè)量已裝機(jī)的滾珠 （或滾柱） 軸承的工作狀態(tài)并判斷其損傷程度。 只 需輸少量的數(shù)據(jù)，通過(guò)測(cè)量即可用良好（綠） ;警告（黃）;壞（紅）三擋直接顯示機(jī)器軸承 的狀況。2.BT2000智能軸承故障測(cè)試儀BT2000智能軸承故障測(cè)試儀是集沖擊脈沖儀，振動(dòng)儀于一體的多功能設(shè)備故障診斷儀 器，主要功能可用于定量檢測(cè)運(yùn)行中滾動(dòng)軸承的損傷程度和潤(rùn)滑程度。內(nèi)置ISO2372振動(dòng)標(biāo)準(zhǔn)， 通過(guò)輸入被測(cè)機(jī)器的類型與少量數(shù)據(jù)， 可直接顯示機(jī)器振 動(dòng)的狀況 （用良好、警告、壞三檔來(lái)評(píng)估） 。3.BA2010智能軸承故障分析儀BA2010智能軸承故障分析儀是集軸承故障分析儀，振動(dòng)測(cè)量?jī)x于一體的多功能設(shè)備故 障診斷儀器，該儀器只需輸入少量數(shù)據(jù)，即可提供軸承運(yùn)行狀況，為軸承提供潤(rùn)滑狀態(tài)數(shù)據(jù)（潤(rùn)滑號(hào)LUB NO）損壞程度數(shù)據(jù)（損傷號(hào)COND.N）