淺析滾動軸承故障診斷技術及其應用

摘要：文章簡要論述了在塑料薄膜生產設備的維護保養中運用滾動軸承故障診斷技術的意義，說明了在塑料薄膜生產中由滾動軸承的故障而引起設備故障的模式，分析了一些可用的滾動軸承故障診斷技術，以期供從事塑料薄膜生產設備維護保養工程技術人員參考及借鑒。

關鍵詞：塑料薄膜生產設備；滾動軸承；故障診斷技術；發展應用

中圖分類號：TP391 文獻標識碼：A文章編號：1006-8937（2014）15-0011-02

滾動軸承較之滑動軸承有許多優點，在軸承領域也占有主要地位。滾動軸承不僅是機械設備中重要的旋轉零件，而且也是機械設備中重要的故障來源之一。因此，在塑料薄膜生產設備的維護保養工作中就需要有有效的滾動軸承故障診斷技術方法來檢測滾動軸承的運行狀態來確定機械是否能正常地工作。

1滾動軸承故障診斷技術運用的意義

滾動軸承具有裝配方便、效率高、容易實現潤滑、摩擦阻力小等優點，在機械設備中有著承受和傳遞載荷的作用，它運行狀態的正常與否直接影響著整臺塑料薄膜生產設備的包括精度、可靠性及壽命的動態性能的高低。軸承故障輕則會設備異響、振動或者產生較大噪音，重則會造成嚴重的設備故障導致生產臨時中斷等。由此可知，在塑料薄膜生產設備的維護保養工作中也需要有效的滾動軸承故障診斷技術。塑料薄膜生產機械設備安全、有效的運行需要有運行狀態的檢測和故障診斷的前提為保證，那么，滾動軸承故障診斷技術作為機械設備故障診斷技術的重要組成部分，對其進行深入地研究在保障機械設備的安全、保證機械設備的穩定運行、消除潛在的事故等方面有著十分重要的意義。

2滾動軸承故障引發設備故障的模式

塑料薄膜生產設備由滾動軸承故障而引發故障的模式主要是有六種，分別為疲勞、磨損、腐蝕、電蝕磨損、塑性變形和裂痕。

滾動軸承疲勞分為表面下疲勞和表面初始疲勞兩種。疲勞失效主要是由于滾道表面下應力的重復變化、不良的表面加工質量、不良的潤滑以及相對滑動等情況而造成的材料表面結構的變化進而產生材料結構的微裂紋并傳播的情況。

滾動軸承的磨損分為研磨磨損和粘性磨損。研磨磨損屬于材料剝離磨損的一種，多是由于不充分的潤滑或是雜質的進入等導致的，研磨磨損會導致表面精度的磨損和破壞，具體表現為在低速重載過薄油膜時，會有鏡面狀效應產生；而粘著磨損則是指材料從一個表面到另一個表面的轉移，當負荷過低時粘性磨損發生在滾動體和滾道的表面或是粘性磨損發生在滾動體以較高的加速度重新進入負荷區時，主要的表現為會有拖尾效應。

滾動軸承的腐蝕分為濕氣腐蝕和摩擦腐蝕。濕氣腐蝕是指在滾動面之間有潮濕性或酸性介質時發生的一種氧化行為。摩擦腐蝕又有蠕動腐蝕和壓痕腐蝕兩種，蠕動腐蝕一般是由配合過松或其他的錯誤而引起的，多是在軸承套圈與軸或殼體之間出現相對運動時發生；而壓痕腐蝕則是由于滾動體在同滾道接觸區域時產生微動而造成的。

滾動軸承電蝕腐蝕的形成是由于磁場分布不均、電纜不對稱等而引起的電流和高頻轉換形成的電流的作用，電蝕腐蝕會引起潤滑脂過早老化和軸承滾道出現凹坑、凹槽等問題，從而導致滾動軸承壽命的縮短。

滾動軸承的塑性變形是由軸承承受的載荷超過極限而引起的。

滾動軸承的裂痕則是由過大的相對滑動或過大的過盈配合等造成的過大的拉伸力而產生的，裂痕有粗暴敲打裂痕、疲勞裂痕和受熱裂痕三種形式。

3塑料薄膜生產設備維護保養中運用的滾動軸承故

障診斷技術

塑料薄膜生產設備的維護保養人員可以通過滾動軸承的載荷軌跡及滾道顏色變化特征來判斷設備是否能繼續正常運行。軸承運行一段時間后，軸承內圈、外圈的滾道顏色會有所改變，軸承的運行軌跡也會產生特定、不特定的軌跡，這些顏色和軌跡的變化在一定程度上會反映軸承的運行狀態，甚至在出現故障時，這些顏色、軌跡的變化還能反映出可能的故障方式。因此，在塑料薄膜生產設備的維護保養中運用一些技術觀察、總結設備中滾動軸承的滾道顏色變化、運行軌跡的不同可以為人們提供預測、分析和干預軸承及生產設備失效的線索和依據。

3.1傳統滾動軸承故障診斷技術運用分析

對于塑料薄膜生產設備的維護保養中運用的滾動軸承故障診斷技術，這里主要介紹三種應用的傳統的故障診斷技術，即振動信號分析診斷、聲發射技術診斷和油液分析診斷。

振動信號分析診斷是重要的檢測診斷工具之一，振動信號分析方法有簡易診斷法、沖擊脈沖診斷法、共振解調診斷法三種。常用的簡易診斷法如振幅值診斷法、波形因素診斷法、波峰因素診斷法等適用于具有瞬時沖擊的故障的診斷和點蝕、磨損等故障的診斷。沖擊脈沖診斷法對設備工況和診斷經驗有較為嚴格的要求且抗干擾能力也差，傳感器、設備的安裝及輔助傳動軸承都對診斷結果又較大的影響，較容易形成誤判。而共振解調診斷具有選擇性、對應性、展寬性、多階性等特性，運用共振解調法可以較容易識別故障。

聲發射技術診斷技術具有特征頻率明顯和故障預報早的優點，在塑料薄膜生產設備的維護保養工作中利用這一滾動軸承故障診斷技術可以及早發現潛在的會造成機械設備故障的隱患，可以盡早采取相應的措施，但缺點是在運用這一技術時需要有昂貴的專用設備。

油液分析診斷法常用手段有理化指標分析、油液污染度測試、油液金屬含量分析、鐵譜分析、紅外光譜分子結構分析。在實際的運用中通常是兩種以上的手段結合起來共同作用，這樣的油液分析診斷方法的診斷結果也更為準確。

3.2新型滾動軸承故障診斷技術運用分析

隨著設備技術的不斷更新，現有的新型的滾動軸承故障診斷技術包括極大熵譜法、分形理論法、小波理論法、神經網絡法以及光纖診斷技術等等。這里主要說明大熵譜法、小波理論分析法、光纖診斷技術以及基于人工智能和專家系統的故障診斷技術。

在塑料薄膜生產機械設備的維護保養中，對機械中的滾動軸承進行故障檢測時，采用極大熵譜法進行滾動軸承故障診斷建立的時序模型來分析，可以得到更為可靠、更為準確的診斷信息，其中運用熵譜計算還具有所取時間序列不受限制、所取時間序列長度不受限制等優勢，在實際運用中大熵譜法可靠性較好。

小波理論分析法是一種全新的時頻分析方法，利用小波理論分析法可以將信號分解為具有局部特性的一系列的小波函數，它在低頻范圍和高頻范圍內有較好的分辨力，還具有可調窗口的時頻局部分析能力，在塑料薄膜生產設備滾動軸承故障的信號提取分析中，小波理論法得出可以較好、較為細致的分析結果。

光纖檢測法可以從軸承套圈的表面直接提取故障信號，這樣利用光纖檢測技術來進行滾動軸承故障診斷的方式具有比較高的靈敏度。通過這種方法，滾動軸承的工作表面的一些磨損情況、潤滑狀況和間隙情況等信息都可以直接地反映出來，但光線診斷技術適用于在軸承場內可安裝傳感器的場合。

基于人工智能和專家系統的故障診斷技術可以較為準確的診斷出設備中滾動軸承的故障特征、類型、原因和程度等。軸承故障診斷領域運用這一技術需要采用基于知識的、建立了一套完整且便于維護的滾動軸承數據的專家系統技術。通過這一技術系統來對設備進行在線檢測、特征提取，然后再從知識庫獲取知識、智能機設備進行推理，最后這些結果全部會反饋給生產設備維護保養技術人員。這樣的技術方法會給塑料薄膜生產設備的維護保養工作帶來較大的便利，但缺點則是這樣的技術系統較適合運用于大型生產廠家。

3.3運用滾動軸承故障診斷技術需要解決的問題

現有的滾動軸承故障檢測診斷技術存在一定的局限性和一些問題，如在經典的信號分析、處理方法中，存在對分析對象進行理性化地處理和簡化現象，這樣的簡化在實際的工程應用中會導致忽略信號中存在的預示著設備狀態的發展趨勢的非平穩的信息。用這樣簡化了的信號分析處理方法對滾動軸承進行狀態檢測和分析不能得出軸承的真實運轉情況，在對復雜工況條件下的機械設備或是對精密機械設備進行檢測分析時，會導致誤診、漏診、診斷結果差強人意現象等問題的發生。而在一些新興的信號、信息處理方法如Priestley演變譜、小波分析、非線性時間序列分析等方法中也存在一些諸如未充分考慮旋轉機械設備固有周期時變特性等缺陷。種種現有的故障診斷技術中存在的問題都會影響滾動軸承故障診斷技術的進一步發展，也會限制其在塑料生產設備的維護保養工作中的運用。

4結語

隨著現代數學、計算機技術、網絡技術、電子技術和人工智能技術等的廣泛、深入地應用，當前塑料薄膜生產設備的維護保養中運用的滾動軸承故障診斷技術也朝著多元化的診斷理論和模型、智能化的診斷技術和精密化、多維化的傳感器的趨勢發展，并且今后運用到的滾動軸承故障診斷技術的發展也會不斷與前沿的科學結合以實現故障診斷的遠程化、故障診斷方法的相互融合、故障診斷技術與多元傳感器信息的融合和故障診斷技術與虛擬儀器的結合。在不久的將來，那些用于塑料薄膜生產設備的維護保養中的滾動軸承故障檢測及診斷的前沿技術方法將會更加完善，綜合型的滾動軸承故障智能檢測和診斷技術也將會有更為廣闊的發展前景和巨大的發展潛力。

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