郭偉 賀佳

作者通聯(lián)：郭 偉 金川公司化工廠(chǎng) 甘肅金昌市 737100

振動(dòng)分析作為旋轉(zhuǎn)機(jī)械狀態(tài)監(jiān)測(cè)與故障診斷的重要手段，在工礦企業(yè)得到了推廣與應(yīng)用，尤其通過(guò)振動(dòng)頻譜分析查找故障的原因已為大多數(shù)現(xiàn)場(chǎng)技術(shù)人員所接受，但許多人在進(jìn)行分析時(shí)往往忽略對(duì)時(shí)域波形的分析，認(rèn)為從時(shí)域波形上很難查找故障的根源，出現(xiàn)了重頻域輕時(shí)域的現(xiàn)象，在此通過(guò)兩個(gè)典型的實(shí)際案例說(shuō)明時(shí)域波形分析的重要性。

振動(dòng)分析首先通過(guò)數(shù)據(jù)采集器采集振動(dòng)信號(hào)，一般得到的原始數(shù)據(jù)都是時(shí)間波形的形式，時(shí)間波形直觀(guān)，易于理解，對(duì)某些故障信號(hào)波形有明顯的特征，因此可以利用時(shí)間波形先作分析，如不平衡、不對(duì)中及沖擊等在時(shí)域波形上表現(xiàn)得最為明顯。

案例一 某礦山皮帶輸送機(jī)，結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)圖見(jiàn)圖1，電機(jī)為4極電機(jī)，耦合器輸出軸的1軸轉(zhuǎn)頻24.4Hz，2軸轉(zhuǎn)頻11.93Hz，3軸轉(zhuǎn)頻2.56Hz，4軸轉(zhuǎn)頻0.622Hz,第一級(jí)嚙合頻率634.4Hz，第二級(jí)嚙合頻率179.5Hz，第三級(jí)嚙合頻率41Hz，設(shè)備在運(yùn)行時(shí)齒輪箱內(nèi)有“當(dāng)當(dāng)”的異常響聲，現(xiàn)場(chǎng)觀(guān)測(cè)響聲每分鐘52次左右，停機(jī)打開(kāi)減速箱檢查軸承、齒輪，沒(méi)有發(fā)現(xiàn)異常，重新安裝好，開(kāi)機(jī)仍有異響。

圖1 皮帶機(jī)結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)圖

從圖2的減速箱振動(dòng)加速度時(shí)域波形可以清楚地看到每隔1.17s有一個(gè)沖擊,每分鐘51.3個(gè)沖擊,和觀(guān)測(cè)到的異常響聲相符,而在加速度頻譜圖（圖3）中則看不到任何0.85Hz（周期1.17s）的成分，從頻譜圖中可以看出第二級(jí)嚙合的嚙合頻率179.5Hz及其倍頻比較突出，說(shuō)明第二級(jí)嚙合存在問(wèn)題，但只從頻譜圖中根本無(wú)法看到更無(wú)法解釋沖擊故障的來(lái)源。

圖2 減速箱振動(dòng)加速度時(shí)域圖

圖3 加速度頻譜圖

沖擊異響的來(lái)源是第二級(jí)嚙合的兩個(gè)齒輪中有一對(duì)齒嚙合不當(dāng)所致，把第二級(jí)嚙合3軸上大齒輪的齒編號(hào)1#到70#，2軸上小齒輪的齒編號(hào)1#到15#，假設(shè)兩個(gè)齒輪上都是編號(hào)為1#的齒存在缺陷，那么1#—1#進(jìn)入嚙合時(shí)將產(chǎn)生沖擊，等到下次1#—1#兩個(gè)齒重新嚙合到一起又產(chǎn)生沖擊，兩個(gè)齒重新進(jìn)入嚙合的周期為兩個(gè)齒輪齒數(shù)的最小公倍數(shù)（210）除以大齒輪齒數(shù)（70）再乘以 3軸的轉(zhuǎn)動(dòng)周期（0.39s），即3軸大齒輪（70齒）旋轉(zhuǎn)3圈，或2軸小齒輪（15個(gè)齒）旋轉(zhuǎn)14圈，3軸旋轉(zhuǎn)3圈的時(shí)間正好1.17s，與齒輪箱異響的時(shí)間間隔相符。把這種故障定義為追逐齒故障（或齒擺動(dòng)故障），而產(chǎn)生齒輪追逐齒故障的原因一是在齒輪加工制造時(shí)產(chǎn)生，二是現(xiàn)場(chǎng)安裝處理不當(dāng)所致，經(jīng)與齒輪箱生產(chǎn)廠(chǎng)家交流，產(chǎn)生故障的原因正是來(lái)自齒輪加工制造過(guò)程中，更換齒輪后異響消失，設(shè)備運(yùn)行平穩(wěn)。此例說(shuō)明如果只從頻譜分析去查找故障的根源幾乎是不可能的，必要時(shí)結(jié)合時(shí)域波形分析可以看到真實(shí)的振動(dòng)狀況，方便查找故障的根源。

案例二 某離心風(fēng)機(jī)結(jié)構(gòu)圖見(jiàn)圖4，電機(jī)轉(zhuǎn)速2993r/min,增速箱齒數(shù)比102∶55，風(fēng)機(jī)轉(zhuǎn)頻92.5Hz，增速箱振動(dòng)速度波形頻譜圖見(jiàn)圖5，振動(dòng)速度有效值達(dá)到26.42mm/s，振動(dòng)嚴(yán)重超標(biāo)。頻 譜 圖 中 振 動(dòng) 主 要 頻 率 有 1202.8Hz、5.313Hz、7.188Hz和185Hz，185Hz為風(fēng)機(jī)轉(zhuǎn)動(dòng)頻率的2倍頻，檢修時(shí)通過(guò)對(duì)齒輪的敲擊測(cè)試發(fā)現(xiàn)1202.8Hz為大齒輪的固有頻率，從振動(dòng)時(shí)域波形上看存在明顯的周期為1.1s（0.9Hz）的脈沖及其1/2周期脈沖，5.313Hz和7.188Hz為0.9Hz的倍頻成分。為突出低頻成分采集振動(dòng)位移信號(hào)，其頻譜圖見(jiàn)圖6，時(shí)域波形上1.1s周期脈沖及其1/2周期脈沖更加突出，頻譜圖上主要頻率成分為0.9Hz的幾個(gè)諧波頻率，結(jié)合案例一從頻譜圖上可以判斷齒輪存在追逐齒故障，但產(chǎn)生此故障的原因單從頻譜上還很難確定，需要結(jié)合時(shí)域波形分析去查找故障的根源。

圖4 風(fēng)機(jī)結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)圖

圖5 增速箱振動(dòng)速度波形頻譜圖

圖6 增速箱振動(dòng)位移波形頻譜圖

圖7 增速箱兩側(cè)聯(lián)軸器不對(duì)中的高點(diǎn)同時(shí)進(jìn)入齒輪嚙合

圖8 電機(jī)與增速箱對(duì)中的低點(diǎn)和增速箱與風(fēng)機(jī)對(duì)中的高點(diǎn)同時(shí)進(jìn)入齒輪嚙合

0.9Hz頻率為齒輪的擺動(dòng)故障頻率，為兩個(gè)齒輪（102齒和55齒）上的兩個(gè)齒重復(fù)進(jìn)入嚙合的周期，即大齒輪（102齒）轉(zhuǎn)動(dòng) 55圈的時(shí)間（1.1s），產(chǎn)生此故障的原因是低速齒輪和高速齒輪都有故障，高、低速齒輪的各自的故障齒同時(shí)進(jìn)入嚙合時(shí)，將對(duì)振動(dòng)產(chǎn)生最大的影響，造成齒輪故障的原因初步分析來(lái)自增速箱兩側(cè)聯(lián)軸器的不對(duì)中，當(dāng)兩個(gè)聯(lián)軸器不對(duì)中的高點(diǎn)同時(shí)進(jìn)入齒輪嚙合時(shí)（圖7），將產(chǎn)生最大的振動(dòng)，當(dāng)小齒輪轉(zhuǎn)動(dòng)51圈，電機(jī)與增速箱對(duì)中的低點(diǎn)和增速箱與風(fēng)機(jī)對(duì)中的高點(diǎn)同時(shí)進(jìn)入齒輪嚙合時(shí)（圖8），同樣產(chǎn)生最大的振動(dòng)，這與時(shí)域圖中看到每1.1s周期內(nèi)有兩個(gè)比較明顯的脈沖相符，由于齒輪嚙合不當(dāng)激起大齒輪固有頻率1202.8Hz的振動(dòng)。檢修證明兩側(cè)聯(lián)軸器均不對(duì)中，與診斷結(jié)果相符，調(diào)整后振動(dòng)明顯降低。

通過(guò)以上的兩個(gè)案例可以看到時(shí)域波形分析在故障診斷中的重要性和必要性，時(shí)域波形作為振動(dòng)分析最原始的信號(hào)提供了最為真實(shí)、全面的信息，并且不會(huì)像頻譜分析由于變換而丟失信息，因此在故障分析與診斷中，采用頻譜分析與時(shí)域波形分析相結(jié)合，會(huì)使診斷結(jié)果更準(zhǔn)確。