劉玉忠 趙艦

摘 要：隨著科學(xué)技術(shù)的快速發(fā)展，近年來我國船舶機(jī)械故障診斷領(lǐng)域?qū)崿F(xiàn)了較為長足的進(jìn)步，共振解調(diào)技術(shù)在該領(lǐng)域的廣泛應(yīng)用便屬于這一進(jìn)步的直觀體現(xiàn)，基于此，本文簡單介紹了共振解調(diào)技術(shù)的船舶機(jī)械故障診斷原理，并對該技術(shù)的具體應(yīng)用進(jìn)行了詳細(xì)論述，希望由此能夠為相關(guān)業(yè)內(nèi)人士帶來一定啟發(fā)。

關(guān)鍵詞：共振調(diào)解技術(shù)；船舶；機(jī)械故障診斷

DOI：10.16640/j.cnki.37-1222/t.2018.16.048

0 前言

船舶齒輪箱、增壓器、電機(jī)均較為容易在運行中出現(xiàn)機(jī)械故障，使用故障特征頻率譜線分析振動信號屬于較為常見的機(jī)械故障診斷方法，但在筆者的實踐應(yīng)用中發(fā)現(xiàn)，這類傳統(tǒng)機(jī)械故障診斷方法存在一定不確定性，而為了盡可能消除這種不確定性，正是本文圍繞共振解調(diào)技術(shù)在船舶機(jī)械故障診斷中應(yīng)用開展具體研究的原因所在。

1 共振解調(diào)技術(shù)的船舶機(jī)械故障診斷原理

共振調(diào)解技術(shù)是一種用于提取淹沒在強(qiáng)烈背景噪聲中沖擊脈沖信號的技術(shù)，而為了深入了解共振解調(diào)技術(shù)的船舶機(jī)械故障診斷原理，本文將圍繞以下兩方面進(jìn)行分析。

（1）SPM法與共振解調(diào)。SPM法屬于一種基于時域診斷的沖擊脈沖方法，而共振解調(diào)則屬于基于頻域診斷的沖擊脈沖方法[1]。在船舶機(jī)械設(shè)備正常工作時，機(jī)械設(shè)備的振動信號處于平穩(wěn)狀態(tài)，但隨著機(jī)械設(shè)備出現(xiàn)零件故障，時域內(nèi)的振動信號將出現(xiàn)周期性沖擊特性，由此可得出用于獲取振動信號的加速度傳感器單位脈沖響應(yīng)函數(shù)：

函數(shù)中的t、w、m、分別為時間、傳感器的安裝諧振頻率、振子質(zhì)量、阻尼因子，繼續(xù)計算可得出：

公式（2）指的是加速度傳感器因故障信號通過而受到的沖擊激勵，公式（2）中的、T、n為狄拉克函數(shù)、脈沖沖激序列周期、狄拉克函數(shù)移位周期數(shù)，繼續(xù)計算可得出船舶故障設(shè)備信號模型：

式（3）中的為噪聲（其他振動信號）。綜合分析不難發(fā)現(xiàn)，SPM法具備簡便易用等特征，但在存在其他沖擊原或背景噪聲較強(qiáng)時，SPM法往往難以確定船舶機(jī)械設(shè)備的故障元件，且最多只能夠確定機(jī)械設(shè)備的損傷嚴(yán)重程度和總體狀態(tài)。但在共振調(diào)解中，其能夠通過對故障信號進(jìn)行的快速傅里葉變換實現(xiàn)頻域信號轉(zhuǎn)換，由此對照設(shè)備運行的特征頻率，即可保證共振調(diào)解想交易SPW法更為快速、準(zhǔn)確確定故障源[2]，這使得共振調(diào)解技術(shù)更為適用于船舶機(jī)械設(shè)備故障的精密診斷。同樣以上文提及的故障為例，可通過快速傅里葉變換得出頻譜：

公式（4）中的t、f、z（t）、Z（f）分別指時間、頻率、時域內(nèi)信號、頻域內(nèi)信號，由此進(jìn)一步開展連續(xù)信號抽樣、截斷處理成離散信號，即可實現(xiàn)高質(zhì)量船舶機(jī)械設(shè)備故障診斷。

（2）硬件共振解調(diào)與軟件共振調(diào)解。其中，硬件共振調(diào)解的流程可以描述為：“元件→高頻響應(yīng)損傷→加速度傳感器→電荷放大器→運算放大器→諧振器→高Q帶通濾波器→包絡(luò)檢波→抗混頻濾波器→A/D轉(zhuǎn)換→單片機(jī)→計算機(jī)→故障診斷”，而軟件共振調(diào)解的的流程則可以描述為：“元件→高頻響應(yīng)損傷→加速度傳感器→調(diào)理電路→A/D轉(zhuǎn)換器→計算機(jī)→帶通濾波→包絡(luò)檢波→低通濾波→FFT變換→故障診斷”。其中，硬件共振解調(diào)與軟件共振調(diào)解均可在沖擊信號較大時有效提取故障特征，后者在早期故障沖擊信號較弱時表現(xiàn)優(yōu)秀，但重量、體積較大屬于其存在的不足。

2 共振解調(diào)技術(shù)在船舶機(jī)械故障診斷中的應(yīng)用

（1）應(yīng)用策略。為保證共振解調(diào)技術(shù)較好服務(wù)于船舶機(jī)械故障診斷，本文提出了如下共振解調(diào)技術(shù)應(yīng)用策略：1）合理選擇故障監(jiān)測方式。隨著船舶機(jī)械設(shè)備的監(jiān)測系統(tǒng)不斷升級，智能系統(tǒng)已經(jīng)在我國船舶領(lǐng)域?qū)崿F(xiàn)了較為廣泛的應(yīng)用，但對于船舶中的普通電機(jī)、風(fēng)機(jī)、冷水機(jī)組泵艙、輔機(jī)艙、主機(jī)艙等非關(guān)鍵設(shè)備與區(qū)域，第三代診斷系統(tǒng)同樣可滿足故障監(jiān)測需要，這點必須得到相關(guān)人士關(guān)注。2）關(guān)注特征征兆判定。共振解調(diào)技術(shù)的應(yīng)用離不開頻譜分析的支持，但受設(shè)備等因素影響，頻譜往往表現(xiàn)出不同的特性，這就對共振解調(diào)技術(shù)應(yīng)用人員的專業(yè)能力提出了一定挑戰(zhàn)，因此相關(guān)人員必須利用好標(biāo)準(zhǔn)征兆庫功能，由此實現(xiàn)頻譜自動對比即可更好完成船舶機(jī)械故障診斷。3）確定特征征兆標(biāo)準(zhǔn)。沖擊脈沖頻譜標(biāo)準(zhǔn)的確定需采集長時間數(shù)據(jù)后確定，數(shù)據(jù)走向直接影響該標(biāo)準(zhǔn)，因此具體的共振解調(diào)技術(shù)應(yīng)用必須結(jié)合現(xiàn)場實際數(shù)據(jù)確定標(biāo)準(zhǔn)開展，但在必要時也可依據(jù)船員的經(jīng)驗確定標(biāo)準(zhǔn)。

（2）應(yīng)用實踐。為提升研究的實踐價值，本文選擇了某船渦輪增壓系統(tǒng)作為研究對象，該系統(tǒng)采用了可靠性高、易于安裝且自稱系統(tǒng)的監(jiān)測裝置用于監(jiān)測軸承，而在對渦輪增壓系統(tǒng)軸承開展的振動監(jiān)測中，可發(fā)現(xiàn)該渦輪增壓系統(tǒng)軸承存在碳化物粘附、結(jié)垢造成不平衡問題。深入分析可以發(fā)現(xiàn)，渦輪增壓系統(tǒng)軸承由滾動體、保持架、內(nèi)環(huán)、外環(huán)組成，通過系統(tǒng)開展共振解調(diào)技術(shù)診斷科確定外環(huán)不存在損傷。而通過系統(tǒng)分析渦輪增壓系統(tǒng)軸承的征兆值、速度、加速度，其中速度和加速度關(guān)系的明晰可為故障所處階段的判斷提供有力支持。值得注意的是，渦輪增壓系統(tǒng)軸承的長期運行和老化加劇將直接在速度和加速度層面得到反映，其中加速度大說明軸承屬于故障中期，而加速度變小則說明進(jìn)入故障晚期，軸承使用中的速度加速度一般會出現(xiàn)先向上后向下趨勢。

最終，筆者確定了該渦輪增壓系統(tǒng)軸承本身間隙導(dǎo)致了實際測量值的高低波動，繼續(xù)分析可發(fā)現(xiàn)軸承外環(huán)存在嚴(yán)重磨損，且有明顯的剝落凹坑、麻點，這種情況的出現(xiàn)可能源于潤滑不良，共振解調(diào)技術(shù)的應(yīng)用價值由此得到證明。

3 結(jié)論

綜上所述，共振解調(diào)技術(shù)能夠較好服務(wù)于船舶機(jī)械故障診斷。而在此基礎(chǔ)上，本文涉及的合理選擇故障監(jiān)測方式、關(guān)注特征征兆判定、確定特征征兆標(biāo)準(zhǔn)、應(yīng)用實踐等內(nèi)容，則證明了研究具備的較高實踐價值。因此，在共振解調(diào)技術(shù)、船舶機(jī)械故障診斷相關(guān)的理論研究和實踐探索中，本文內(nèi)容可發(fā)揮一定參考作用。

參考文獻(xiàn)：

[1]陳銀平.船舶柴油機(jī)故障診斷中共振解調(diào)技術(shù)的應(yīng)用[J].電子技術(shù)與軟件工程，2016（19）：105.

[2]鄧四二，王勇，王恒迪.基于IHT的共振解調(diào)技術(shù)的滾動軸承故障診斷方法[J].航空動力學(xué)報，2012，27（01）：69-74.