多技術融合的電機軸承故障診斷方法

付嘉樂 慶陽職業技術學院

一、電機軸承基本故障類型

機械設備正朝著精密化和復雜化的方向發展，各種構配件之間的聯動關系也十分嚴密，形成不同功能的有機整體。在現代工業中電機是重要的驅動力，它包含了多種不同的零配件，作為一種重要的驅動設備，它的使用范圍是非常廣泛的，工作環境也多種多樣，因此也比較容易出現電機故障。電機如果出現了問題就會影響到生產，不僅會帶來巨大的經濟損失，也會存在人身安全問題和其他隱患。軸承是電機系統的核心部件，它的主要作用就是減少摩擦損耗，是一種標準化的精密裝置，有很強的承載能力。軸承在正常使用的過程中，會無法避免的受到機械磨損和人力作用的影響，日積月累會出現變形、腐蝕等損傷，進而導致軸承出現問題。而且在人為操作過程中，也可能會出現一定的損傷，損傷積累一段時間可能會對整個機組造成一定的影響。

（一）磨損失效

磨損失效是軸承故障中比較典型的一類，因為所有的材料都會有一定的摩擦阻力，因此電機在正常的運行狀態下，各個元件之間會

不可避免的出現相對運動，在長期影響下就會導致表面出現磨損問題。另外，潤滑效果不良也是磨損發生的重要原因，一旦出現磨損不但會影響到運行精度，還會大大降低使用壽命。

（二）疲勞失效

疲勞失效是另一種軸承常見的故障形式，因為軸承在高速運轉的過程中，在各種力的相互作用下，表面下方會形成一定的裂縫，使表面接觸處出現越來越多的剝落坑，這些都會影響到軸承運行。疲勞故障會導致沖擊荷載，在工作中會出現振動和噪音。

（三）腐蝕失效

機械受到腐蝕的原因有很多，電機軸承會受到化學腐蝕和電腐蝕的影響。化學腐蝕是因為受潤滑脂中其他物質的影響，讓電機軸承表面金屬與其產生了化學反應。而電腐蝕就是在運行的過程中，軸承

內部有電流通過，電流通過損傷的接觸面，在兩種因素的共同作用下，發生油膜擊穿，造成軸承滾道面上出現損傷。

二、振動頻譜分析及電信號分析技術

（一）振動頻譜分析技術

振動頻譜分析技術主要是在現場進行設備振動信息的采集，然后利用相關的軟件對振動信息進行一定的數字轉換，然后提取相應的參數，進而對設備的運行狀態做出良好的診斷。

1、頻域分析技術

頻域分析就是對采集到的振動時域信號進行轉換，將其轉換為頻域，進而得到信號的頻率成分。通過頻域分析的方法可以對頻率的變化范圍進行確定，還可以按照波的工頻來實現對故障的判斷。頻域分析方法是目前最成熟且有效的故障診斷方法。

2、包絡調解技術

包絡調解技術就是利用軸承出現的局部缺陷車聲的周期性振動終極，將所得軸承頻率進行包絡調解，進而對軸承故障頻率進行突出，從而在解調信號中對故障特征頻率進行有效的提取。常用方法有兩種，分別為Hilbert變換和檢波濾波法。

（二）電機電信號分析技術

大多數的電力系統的故障檢測技術都是基于時域分析的基礎上來進行的，在電機故障檢測的領域當中，數字信號處理器的發展已經達到了一定的水平，利用定子線電流來進行電機故障診斷，可以得到更好的診斷效果。除了定子故障之外，大部分的電機故障都可以使用頻譜分析技術來進行故障診斷。有時，電機故障的原因不僅會局限于電機本身，還與外部的供電系統有關，進而導致電機運行出現異常，因為如果在理想的狀態下，外部供電電源應有完全平衡的電壓和電流正弦波，但是事實卻不是如此，這就讓電機有因為外部電源而出現故障的可能。在利用定子電流進行頻域分析的同時，也可利用同一時刻的電壓信號，使用電機電信號技術來對供電電源的品質進行評價。

三、現場案例分析

將某公司的機械主變頻電機作為監測對象，頻譜數據采集點主要有兩個：一是振動信號采集點為電機兩端軸承處，主要采集的就是水平、垂直與軸向的振動速度和加速度信號。二是電流、電壓信號，主要采集的是單位時間中的電流和電壓信號。

（一）振動數據分析

圖1就是電機軸承端垂直方向的振動加速度時域圖，整體的圖譜較為雜亂，并且沒有明顯的沖擊。將圖1及速度信息進行快速傅里葉變換可以得到圖2，對圖2進行詳細的觀察可以看出，時域圖中的各個周期頻率和幅值都可以較為明顯的表現出，該處的頻率就是電機軸承外圈的故障頻率。根據圖1 和圖2的頻率圖可以明顯的得出，電機兩端的軸承存在一定的軸承外圈故障，表面也可能已經存在一定的缺陷。

圖1 電機軸承端垂直方向加速度時域圖

圖2 電機軸承端垂直方向速度頻譜圖

（二）軸承拆檢故障確認

圖3 是該電機的驅動端軸承故障圖片，從圖中可以看出，軸承外圈內的表面跑道上已經發現了間斷的光亮線條燒灼痕跡，這就是軸電流對軸承產生破壞的重要特征。

圖3 電壓諧波成分圖

（三）主要的處理方案

在變頻器是輸出側裝置上電抗器，進而從根本上對變頻器產生的部分諧波進行抵消。在電機轉軸處要安裝上接地碳刷，將軸電流動電機的內部進行引出，避免電流在電機軸承處持續放電造成損傷。電機連段的軸承可以更換為絕緣軸承，進而避免軸承的點蝕。

四、結語

綜上所述，利用多技術融合的手段對電機故障進行合理的診斷，并且制定出相應的改進方案，可以從根本上對電機故障進行診斷，進而提高電機的使用壽命。