振動(dòng)故障診斷技術(shù)在礦山設(shè)備上的應(yīng)用

摘 要：振動(dòng)故障診斷技術(shù)具有診斷結(jié)果準(zhǔn)確可靠，便于設(shè)備故障現(xiàn)場(chǎng)的實(shí)時(shí)診斷；頻域分析法是振動(dòng)診斷技術(shù)的方法之一。對(duì)振動(dòng)信號(hào)的數(shù)值處理后進(jìn)行頻譜分析，并從頻譜族中辨識(shí)出故障頻率。根據(jù)對(duì)管磨機(jī)振動(dòng)強(qiáng)度的評(píng)價(jià)標(biāo)準(zhǔn)對(duì)比，并通過(guò)與計(jì)算頻率進(jìn)行比較，找出故障部位，確定故障類(lèi)型。此方法具有一定的實(shí)際應(yīng)用價(jià)值。

關(guān)鍵詞：振動(dòng)故障診斷 故障特征頻率 實(shí)際應(yīng)用

中圖分類(lèi)號(hào)：TD44 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A 文章編號(hào)：1672-3791（2012）10（a）-0045-01

在工業(yè)領(lǐng)域普遍存在的振動(dòng)是衡量設(shè)備狀態(tài)的重要指標(biāo)之一，當(dāng)機(jī)械內(nèi)部發(fā)生異常時(shí)，設(shè)備就會(huì)出現(xiàn)超過(guò)正常振動(dòng)范圍的振幅。振動(dòng)故障診斷技術(shù)是以設(shè)備的機(jī)械運(yùn)動(dòng)模型系統(tǒng)在某種外加激勵(lì)作用下的響應(yīng)作為診斷信息的分析要素。通過(guò)對(duì)現(xiàn)場(chǎng)監(jiān)測(cè)得到的振動(dòng)參量進(jìn)行動(dòng)態(tài)數(shù)據(jù)處理與技術(shù)比對(duì)，對(duì)機(jī)械設(shè)備的運(yùn)行狀態(tài)作出診斷。對(duì)于出現(xiàn)故障的設(shè)備確定故障特征、分析故障成因等信息。振動(dòng)在線與離線診斷技術(shù)具有結(jié)果準(zhǔn)確可靠，便于實(shí)時(shí)處理等諸多特點(diǎn)，使其它成為應(yīng)用最廣泛、最普遍的故障診斷技術(shù)之一。

1 故障信號(hào)振動(dòng)診斷概述

故障信號(hào)振動(dòng)診斷屬于動(dòng)態(tài)測(cè)試技術(shù)的范疇。其基本原理是對(duì)所建立的機(jī)電系統(tǒng)模型在激勵(lì)作用下所產(chǎn)生的動(dòng)態(tài)響應(yīng)信號(hào)作為分析源，通過(guò)對(duì)信號(hào)的振動(dòng)位移、速度、加速度特征量進(jìn)行分析處理，形成分析的基礎(chǔ)數(shù)據(jù)，對(duì)比設(shè)備的行業(yè)與運(yùn)行特征指標(biāo)參數(shù)，對(duì)機(jī)械設(shè)備的運(yùn)行狀態(tài)進(jìn)行判定。對(duì)存在設(shè)備故障的系統(tǒng)得出故障點(diǎn)位置、故障產(chǎn)生程度、故障形成因素的診斷分析結(jié)果。對(duì)機(jī)電設(shè)備現(xiàn)場(chǎng)振動(dòng)信號(hào)的在線監(jiān)測(cè)和離線分析是振動(dòng)診斷技術(shù)的基礎(chǔ)。對(duì)出現(xiàn)故障現(xiàn)象的機(jī)電設(shè)備進(jìn)行振動(dòng)監(jiān)測(cè)與檢測(cè)時(shí)，需要將檢振傳感器布置于特定測(cè)點(diǎn)，利用傳感器拾取的信號(hào)經(jīng)轉(zhuǎn)化與放大濾波電路處理后變?yōu)橛糜诜治鎏幚淼碾娦盘?hào)。將此信號(hào)輸入分析設(shè)備進(jìn)行數(shù)學(xué)變換處理，獲得信號(hào)的時(shí)域與頻域樣本；做信號(hào)分析并將結(jié)果進(jìn)行記錄與顯示或打印輸出。振動(dòng)故障診斷技術(shù)常用的分析方法有多種。頻域分析法是主要的分析方法。頻域分析法的原理是，首先對(duì)振動(dòng)信號(hào)進(jìn)行放大、濾波和數(shù)值處理，進(jìn)行頻譜分析。從頻譜分析中得到具備故障特征的多組頻率，將其與理論計(jì)算得到的故障特征頻率相比較，診斷設(shè)備是否存在故障，并確定故障點(diǎn)與故障類(lèi)型。振動(dòng)信號(hào)的頻域分析法是機(jī)械故障診斷中廣泛應(yīng)用的技術(shù)手段。

2 故障診斷技術(shù)應(yīng)用

在礦山設(shè)備和水泥設(shè)備的運(yùn)行中，由于環(huán)境惡劣、工況復(fù)雜設(shè)備故障頻發(fā)。對(duì)于設(shè)備故障的早期診斷具有極其重大的經(jīng)濟(jì)價(jià)值與社會(huì)意義。采用振動(dòng)診斷技術(shù)進(jìn)行設(shè)備的故障診斷是眾多診斷技術(shù)中較為先進(jìn)并可行的技術(shù)之一。

本文以礦山設(shè)備常用的管磨機(jī)的故障診斷為例，進(jìn)行振動(dòng)故障診斷技術(shù)的應(yīng)用分析與方案選擇技術(shù)的闡述。

所采用的測(cè)量與診斷分析系統(tǒng)模型見(jiàn)圖1。

本系統(tǒng)采用振動(dòng)測(cè)試裝置測(cè)量管磨機(jī)減速機(jī)部位的振動(dòng)烈度值，用以評(píng)判管磨機(jī)減速機(jī)振動(dòng)是否超標(biāo)；采用壓電式速度傳感器及電荷放大器和信號(hào)變換接口板， 使用美國(guó)NI公司的采樣板卡實(shí)時(shí)拾取減速機(jī)輸出軸部位的振動(dòng)信號(hào)，在計(jì)算機(jī)硬盤(pán)上記錄測(cè)點(diǎn)上的3維方向上的振動(dòng)信號(hào)。使用美國(guó)SQI公司的振動(dòng)數(shù)據(jù)采集與分析軟件在計(jì)算機(jī)上進(jìn)行信號(hào)的時(shí)域和頻域分析。

將分析結(jié)果與管磨機(jī)振動(dòng)強(qiáng)度的評(píng)價(jià)標(biāo)準(zhǔn)對(duì)比，檢測(cè)管磨機(jī)減速機(jī)出軸部位振動(dòng)的速度均方根值即振動(dòng)烈度值，用以評(píng)價(jià)振動(dòng)強(qiáng)度是否超標(biāo)。根據(jù)管磨機(jī)電機(jī)的轉(zhuǎn)速及管磨機(jī)減速機(jī)結(jié)構(gòu)，建立計(jì)算結(jié)構(gòu)理論計(jì)算模型，并計(jì)算其特征頻率，確立振動(dòng)信號(hào)頻譜分析及故障診斷的數(shù)值參數(shù)。

3 振動(dòng)信號(hào)的動(dòng)態(tài)分析

管磨機(jī)減速機(jī)出軸部位的振動(dòng)信號(hào)的時(shí)域及頻域數(shù)據(jù)如表1所示。對(duì)如圖1所示振動(dòng)信號(hào)的分析與綜合，有如下分析結(jié)果。

（1）振動(dòng)信號(hào)的頻譜分析圖中，峰值頻率成分為525.6Hz、163.9Hz、263.5Hz、15.2Hz。根據(jù)理論計(jì)算結(jié)果的分析可知15.2Hz為電機(jī)輸出軸的回轉(zhuǎn)頻率。163.95Hz為15.2Hz信號(hào)對(duì)150Hz的調(diào)制，263.5Hz是減速機(jī)的第一級(jí)嚙合頻率。

（2）由特征頻率的理論計(jì)算結(jié)果可知：電機(jī)輸出軸回轉(zhuǎn)頻率為15.2Hz、263.5Hz和525.6Hz為第一級(jí)嚙合頻率的倍頻，而163.9Hz為第二級(jí)嚙合頻率；從而得出輸出軸的輸出頻率被調(diào)制，存在軸運(yùn)轉(zhuǎn)偏心和局部軸承磨損失效問(wèn)題。需要進(jìn)一步的深入具體部位進(jìn)行故障診斷與維修。

4 設(shè)備振動(dòng)故障診斷技術(shù)普及與推廣

采用廉價(jià)的數(shù)據(jù)采集板卡結(jié)合相應(yīng)的軟件分析技術(shù)結(jié)合便攜式電腦設(shè)備可以構(gòu)成標(biāo)準(zhǔn)的虛擬儀器系統(tǒng)。利用此系統(tǒng)，對(duì)礦山設(shè)備進(jìn)行信號(hào)的時(shí)域、頻域和幅值域分析，并從中判別出設(shè)備的故障頻率及故障因素。它是機(jī)電設(shè)備離線與在線故障診斷的先進(jìn)技術(shù)之一。通過(guò)對(duì)測(cè)試結(jié)果的技術(shù)分析，能夠較準(zhǔn)確地反映機(jī)電設(shè)備的真實(shí)工況和故障，從而為設(shè)備的檢修和維護(hù)準(zhǔn)備充分而可靠的技術(shù)數(shù)據(jù)，有效地節(jié)約成本與費(fèi)用并提高設(shè)備生產(chǎn)效率。此測(cè)試及分析方法對(duì)礦山設(shè)備的振動(dòng)測(cè)試和故障診斷具有一定的實(shí)際應(yīng)用價(jià)值。

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