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设备故障的振动、冲击综合诊断

发布时间：2012-07-17 浏览次数：616

作者：陈锡祥
（上海氯碱化工股份有限公司机械公司）

　　摘　要：本文从运动学、频谱信号和振动总能量三方面分析了机器运行中振动和冲击两类故障的区别；介绍了冲击型故障的检测原理，并给出了综合运用振动、冲击两种技术进行检测和分析的方法及应用实例。
　　关键词：振动型故障；冲击型故障；诊断
　　设备故障原因很多，总体上可分成两类，即振动型故障和冲击型故障。正确理解两类故障的区别，并综合运用振动、冲击两种技术进行检测、分析，对提高实际诊断效果很有帮助。
　　一、振动和冲击的区别
　　1.从运动学角度看，振动主要是由连续的、无突变的不规则曲面运动引起的，冲击则是由不连续的、突变的或跳跃式的运动引起的。对滚动轴承，当其内、外滚道，滚动体，保持架等产生凹陷、剥落、划痕、裂纹甚至断裂时，滚动体在旋转运动时经历的就是周期性的跳跃式运动，由此将引起冲击故障。对齿轮啮合传动，当轮齿间的啮合不够平稳，如啮合间隙过大、轮齿磨损严重时，其啮合过程是突变型的，将产生啮合冲击故障。
　　2.从频谱信号看，周期振动频率的谐波通常只在数倍范围内，而冲击脉冲引发的谐波几乎是无限丰富的。
　　3.从振动总能量看，振动体现为一个持续的能量释放过程。振动产生的总能量较大，而冲击的持续时间极短暂，其累积的能量很小，故在振动频谱上，冲击引起的信号常因能量太小而被淹没，或显示不够突出，使冲击型故障的发现和诊断很困难。
　　二、冲击型故障的检测原理
　　为有效地从故障冲击的高频调制波中提取能量很小的低频成分，将经过值检波或包络检波技术处理后的信号再进行FFT分析，则故障特征频率在频谱图上就清晰可辨了。这即是共振解调法或包络检波法，由此获得的频谱称为共振解调谱或包络谱，也可称为冲击谱。
　　运用冲击谱检测时，要注意正确选择带通滤波器，使带通范围内由振动型故障引起的谐频几乎已经衰减为零，而由冲击产生的信号仍然比较丰富，以使信号经共振解调处理后的信噪比大大提高。
　　三、振动、冲击综合检测技术的应用
　　在运用振动谱和冲击谱进行分析、诊断时要注意几点：(1)同样的谱线，在振动谱和冲击谱上反映的意义不同。如同样是机器转动主频，在振动频谱上可能是不平衡引起，在冲击谱上可能就是轴承精度丧失，或者存在与主频相一致的撞击等；冲击谱上出现占优势的轴承故障频率，表明轴承元件故障，而在振动谱上占优势，很可能是装配不良所致；齿轮啮合时，振动谱上啮合振动大，可能是轴系安装不良，或齿轮本身引起，冲击谱上则预示着存在啮合冲击。(2)比较两种谱图上同一频率处的相对幅值，有助于判断故障性质，若振动谱的相对幅值明显大于冲击谱，表明故障属于振动型，反之属于冲击型。(3)跟踪振动能量和冲击能量的　变化趋势，可以帮助判断故障性质。当振动能量变化明显小于冲击能量变化时，表明故障属于冲击型，反之属振动型。
　　需要指出，冲击谱是一种经技术处理后的谱图，故谱线的能量不能反映真实的振动能量，而应理解为一种“虚拟”能量。因此，冲击谱的功能更重要的在于诊断，包括故障部位和故障性质的判断，而不宜作为振动水平的判据。当滚动轴承元件发生故障后，运用冲击谱可清晰地判断出故障所在，但何时停车检修，还得通过跟踪振动速度、加速度的发展趋势，并参考有关振动标准做出决定。
　　下面是两个典型实例。
　　1.某聚氯乙烯厂关键设备GB201电机非负载侧轴承轴向振动偏大，使用振动谱和冲击谱两种手段监测，振动谱见图1，冲击谱见图2。两图都出现143.8Hz处的振动，该频率为轴承内圈的故障特征频率，理论计算值为144.23Hz，表明内圈存在故障。而振动谱上143.8Hz处振动占主导，冲击谱上143.8Hz不突出，由此判断故障属于振动型即轴承内圈不存在裂纹、剥落、凹陷等引发冲击的缺陷，而是因装配不当引起的内圈局部变形，滚动体经过变形处产生附加振动。后经了解，该处在以前更换轴承时因拆卸困难而使轴承档受到损伤。对轴承档作打磨处理，导致新轴承安装后内圈与轴承档配合不当而引起形变，与分析结果完全吻合。由于润滑得到保证，该处故障没有进一步发展。

　　2.某约克冷冻机振动大，同样用振动和冲击两种方法进行检测，振动谱和冲击谱分别见图3和图4，两谱图中出现的325Hz为压缩机主螺杆推力轴承的内滚道故障特征频率（理论值325.5Hz），冲击谱中325Hz处振动占优势，应属冲击型故障，可确定为该轴承出现以内滚道为主的故障。1个多月后解体发现，轴承内滚道出现大面积凹陷和磨损，滚动体也明显磨损。