振動(dòng)分析技術(shù)在滾動(dòng)軸承故障診斷中的應(yīng)用

2010-07-17 08:41:10呂維杰

中國(guó)新技術(shù)新產(chǎn)品 2010年12期

呂維杰

（秦皇島美鋁渤海鋁業(yè)有限公司，河北秦皇島 066003）

振動(dòng)分析技術(shù)日漸成熟，已廣泛運(yùn)用到設(shè)備管理中。特別是冶金工業(yè)領(lǐng)域應(yīng)用的更為廣泛。滾動(dòng)軸承是冶金工業(yè)旋轉(zhuǎn)設(shè)備中應(yīng)用最廣的機(jī)械零件，也是最易損壞的元件之一。旋轉(zhuǎn)機(jī)械的許多故障都是與滾動(dòng)軸承有關(guān)。軸承的工作好壞對(duì)機(jī)械的工作狀態(tài)有很大的影響，其缺陷會(huì)導(dǎo)致設(shè)備產(chǎn)生異常振動(dòng)和噪聲，甚至造成設(shè)備損壞。通過(guò)實(shí)踐我們對(duì)振動(dòng)分析系統(tǒng)在滾動(dòng)軸承的故障分析和診斷認(rèn)識(shí)有了進(jìn)一步提高。下面對(duì)滾動(dòng)軸承在實(shí)際生產(chǎn)中故障和診斷技術(shù)研究方面取得的經(jīng)驗(yàn)介紹給大家。

1 滾動(dòng)軸承的故障原因

滾動(dòng)軸承的早期故障是滾子和滾道剝落、凹坑、破裂、腐蝕和雜物嵌入。產(chǎn)生的原因包括搬運(yùn)粗心軸向載荷過(guò)大，保持架的圓度誤差太大（制造原因），裝配不當(dāng)、對(duì)中不良。軸彎曲，軸、保持架精度不高，安裝時(shí)沖擊載荷過(guò)大，圓柱輥?zhàn)虞S承裝配過(guò)因盈量大。潤(rùn)滑不良，預(yù)壓過(guò)大載荷過(guò)大，安裝不當(dāng)、不對(duì)中、軸承傾斜、軸承選型不正確、潤(rùn)滑不足或密封失效、負(fù)載不合適以及制造缺陷等。

2 滾動(dòng)軸承故障頻譜特征和波形特點(diǎn)及其診斷方法

2.1 滾動(dòng)軸承故障的頻譜和波形特征

徑向振動(dòng)在軸承故障特征頻率及其低倍頻處有波峰，若有多個(gè)同類型故障（內(nèi)滾道、外滾道等），則在故障特征頻率的低倍頻處有較大的峰值。內(nèi)滾道故障特征頻率有邊帶，邊帶間隔為1倍頻的倍數(shù)。滾動(dòng)體特征頻率處的邊帶，邊帶間隔為保持架故障特征頻率。在加速度頻譜的中高區(qū)域若有峰群突然生出，表明有疲勞故障。徑向診斷時(shí)域波形有垂直復(fù)沖擊跡象（有軸向負(fù)載時(shí)，軸向振動(dòng)波形與徑向相同，或者其波峰系數(shù)大于5，表明故障產(chǎn)生了高頻沖擊現(xiàn)象）。

2.2 滾動(dòng)軸承的故障診斷方法

滾動(dòng)軸承的振動(dòng)信號(hào)分析故障診斷方法分為簡(jiǎn)易診斷和精密診斷兩種。簡(jiǎn)易診斷的目的是初步判斷被列為診斷對(duì)象的滾動(dòng)軸承是否出現(xiàn)了故障；精密診斷的目的是要判斷在簡(jiǎn)易診斷中被認(rèn)為是出現(xiàn)故障軸承的故障類別及原因。由于滾動(dòng)軸承自身的特點(diǎn)，一旦損壞，普通維修很難修復(fù)，大多采用更換的維修方式進(jìn)行處理；而精密診斷的主要作用是理論研究和在特殊場(chǎng)合（例如無(wú)配件的情況下）判定設(shè)備能夠堅(jiān)持運(yùn)行的時(shí)間。提高設(shè)備的使用效率。所以一般情況我們采用軸承簡(jiǎn)易診斷方法就可以滿足日常設(shè)備維護(hù)的需要。因此下面我重點(diǎn)介紹軸承的簡(jiǎn)易診斷法。

2.2.1 簡(jiǎn)易診斷法

（1）振幅值診斷法。這里所說(shuō)的振幅值指峰值XP、平均值X（對(duì)于滾動(dòng)軸承來(lái)講，應(yīng)是加1K高通后測(cè)得的值）。峰值反映的是某時(shí)刻振幅的最大值，因而它使用像表面點(diǎn)蝕損傷之類的具有瞬時(shí)沖擊的故障。另外，對(duì)于轉(zhuǎn)速較低的情況（如300rpm以下），也常采用峰值進(jìn)行診斷。從參數(shù)的選取上來(lái)講，一般的檢測(cè)儀器的峰值測(cè)量都采用加速度峰值。均值是對(duì)時(shí)間平均的，它的診斷效果與峰值基本一樣，其優(yōu)點(diǎn)是測(cè)量值比較穩(wěn)定；因而它適用于像缺油、磨損之類的振幅隨時(shí)間緩慢變化的故障診斷。一般用于轉(zhuǎn)速較高的情況，參數(shù)一般都選擇加速度均值。（2）波形指標(biāo)診斷法。波形指標(biāo)定義為峰值與均值之比（XP｜X）。該值用于滾動(dòng)軸承簡(jiǎn)易診斷的有效指標(biāo)之一。當(dāng)XP｜X過(guò)大時(shí)，表明滾動(dòng)軸承可能有點(diǎn)蝕；而XP｜X值過(guò)小時(shí)，則有可能發(fā)生了磨損。（3）峰值指標(biāo)診斷法。峰值指標(biāo)定義為峰值與均方根值之比（XP｜XRMS）。該值用于滾動(dòng)軸承簡(jiǎn)易診斷的優(yōu)點(diǎn)在于它不受軸承尺寸、轉(zhuǎn)速及載荷的影響，也不受傳感器、放大器變化的影響。該值用于點(diǎn)蝕類故障的診斷，通過(guò)對(duì)峰值指標(biāo)隨時(shí)間變化趨勢(shì)的檢測(cè)，可以有效地對(duì)滾動(dòng)軸承進(jìn)行早期預(yù)報(bào)，并能反應(yīng)故障的發(fā)展變化趨勢(shì)。當(dāng)滾動(dòng)軸承無(wú)故障時(shí)，峰值指標(biāo)為一個(gè)較小的穩(wěn)定值，一旦軸承出現(xiàn)了損傷，則會(huì)產(chǎn)生沖擊信號(hào)，振動(dòng)峰值明顯增大，但此時(shí)均方根值尚明顯的增大，故XPXrms增大；故當(dāng)故障不斷擴(kuò)展，峰值逐漸達(dá)到極限值后，均方根值則開始增大，XP｜XRMS逐步減小，直至恢復(fù)到無(wú)故障的大小。

2.2.2 滾動(dòng)軸承的精密診斷方法簡(jiǎn)介

包絡(luò)解調(diào)分析法。包絡(luò)解調(diào)的概念，許多故障的振動(dòng)信號(hào)表現(xiàn)為幅度調(diào)制，一般其載波信號(hào)是系統(tǒng)自由振蕩信號(hào)及各種干擾信號(hào)頻率，而調(diào)制信號(hào)即包絡(luò)線多為故障信號(hào)，包絡(luò)解調(diào)就是對(duì)信號(hào)進(jìn)行解調(diào)分離提取出包絡(luò)信號(hào)，再分析它的特征頻率和幅值。就能準(zhǔn)確可靠地診斷出軸承和齒輪的疲勞缺齒和剝落。對(duì)于滾動(dòng)軸承的診斷是將由加速度傳感器獲得的加速度信號(hào)經(jīng)過(guò)1KHZ的高通濾波器去除低頻信號(hào)后，對(duì)其進(jìn)行包絡(luò)處理，將調(diào)制信號(hào)移至低頻，最后進(jìn)行頻譜分析，以找出信號(hào)的特征頻率。

3 應(yīng)用實(shí)例

美鋁渤海公司采暖給水泵檢測(cè)報(bào)告：

設(shè)備名稱：注水泵；設(shè)備編號(hào)：2#；測(cè)點(diǎn)名稱：泵 B；采樣時(shí)間：20081024