戴少鵬 孫昌潔 卿光偉

摘要：當(dāng)前我國經(jīng)濟(jì)發(fā)展進(jìn)程較為迅猛，人民群眾的物質(zhì)生活水平有了長(zhǎng)足的進(jìn)步，在此背景下民眾對(duì)于精神娛樂層面的需求也與日俱增。大擺錘作為一種載人游樂設(shè)施，能夠帶給人們極致的失重及超重體驗(yàn)，但與此同時(shí)也存在著一定的安全隱患，各類安全事故層出不窮，使得這類設(shè)備被損壞，情況嚴(yán)重時(shí)甚至?xí)l(fā)一系列的人員傷亡。大擺錘屬于一大型旋轉(zhuǎn)機(jī)械，其中滾動(dòng)軸承有著較大的產(chǎn)生故障概率，牽一發(fā)而動(dòng)全身，對(duì)于整個(gè)設(shè)備的正常運(yùn)轉(zhuǎn)有著重要的作用?；诖耍疚木痛髷[錘滾動(dòng)軸承常見的失效方式進(jìn)行概述，并分析了其滾動(dòng)軸承振動(dòng)信號(hào)特征的提取方式，以供參考。

關(guān)鍵詞：大擺錘;滾動(dòng)軸承;振動(dòng)信號(hào)特征

大擺錘有著較高的運(yùn)轉(zhuǎn)速度，在運(yùn)轉(zhuǎn)過程中滾動(dòng)軸承這一種核心部件很容易受到高速的影響而產(chǎn)生故障，因此相關(guān)技術(shù)人員應(yīng)當(dāng)明確滾動(dòng)軸承常見的失效方式，并根據(jù)大擺錘實(shí)際運(yùn)轉(zhuǎn)情況，采取合理的滾動(dòng)軸承振動(dòng)信號(hào)特征提取方式，以此來確保大擺錘運(yùn)轉(zhuǎn)時(shí)的安全性及穩(wěn)定性。

一、大擺錘滾動(dòng)軸承常見失效方式

一般而言，大擺錘滾動(dòng)軸承主要存在著以下幾種失效方式：第一，軸承腐蝕。大擺錘滾動(dòng)軸承產(chǎn)生腐蝕現(xiàn)象的原因主要是軸承表面金屬產(chǎn)生了缺陷、夾渣或疏松進(jìn)而引發(fā)了一系列的化學(xué)、微電流以及機(jī)械反應(yīng)，軸承被腐蝕的點(diǎn)主要呈現(xiàn)出圓形的狀態(tài)，且周圍并不會(huì)出現(xiàn)裂紋，并會(huì)不斷擴(kuò)展至軸承深處。第二，軸承破損。大擺錘滾動(dòng)軸承產(chǎn)生破損現(xiàn)象的原因主要是軸承運(yùn)轉(zhuǎn)時(shí)承受了較大的載荷沖擊，轉(zhuǎn)動(dòng)速度超過相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)，潤滑效果不佳等，情況嚴(yán)重時(shí)滾動(dòng)軸承甚至?xí)a(chǎn)生斷裂現(xiàn)象。第三，軸承疲勞。大擺錘滾動(dòng)軸承會(huì)在長(zhǎng)期相關(guān)載荷作用下引發(fā)相應(yīng)的疲勞失效，因滾動(dòng)體或滾道表面出現(xiàn)了剝落坑，如若超出了使用次數(shù)上限，那么其中的應(yīng)力就會(huì)聚集于某一部位，從而使這一部位產(chǎn)生疲勞剝落點(diǎn)，并呈魚鱗狀呈現(xiàn)，如若不及時(shí)采取措施進(jìn)行處理，那么就會(huì)引發(fā)大面積的剝落，滾動(dòng)軸承就會(huì)失效。第四，軸承磨損。大擺錘滾動(dòng)軸承產(chǎn)生磨損現(xiàn)象主要是因?yàn)樵谂浜厦嬷杏兄?xì)微的間隙，使得軸承在滾動(dòng)時(shí)產(chǎn)生較大的摩擦，或者是在軸承滾道以及滾動(dòng)體在運(yùn)轉(zhuǎn)過程中產(chǎn)生了異物，這樣一來就會(huì)降低滾動(dòng)軸承的運(yùn)轉(zhuǎn)精度。第五，軸承膠合。大擺錘滾動(dòng)軸承產(chǎn)生膠合現(xiàn)象主要是為裝配方式不符合標(biāo)準(zhǔn)，使得其中存在著過大的軸向載荷，這樣一來就需要較大的啟動(dòng)加速度，軸承內(nèi)部潤滑效果不足，軸承內(nèi)部不同部位就會(huì)在表面產(chǎn)生燒傷現(xiàn)象，情況嚴(yán)重時(shí)金屬表面就會(huì)互相粘附。

二、大擺錘滾動(dòng)軸承振動(dòng)信號(hào)特征提取方式

（一）全矢譜法

全息譜、全頻譜和全矢譜是同源信息融合技術(shù)中具備一定代表性的方法，其中全頻譜最早出現(xiàn)在人們視野之中，主要被應(yīng)用于各類辦公產(chǎn)品之中，但由于受到技術(shù)條件方面的限制，通過這類方式所呈現(xiàn)的諧波軸心軌跡不夠清晰，并且無法明確了解不同頻率的振動(dòng)強(qiáng)度。為了解決這一問題，我國著名學(xué)者屈梁生院士則提出了全息譜法，但這一方法很容易與其余軌跡產(chǎn)生交叉的現(xiàn)象，所獲取的信號(hào)較為混亂，所形成的圖譜較為模糊，在對(duì)其進(jìn)行分辨時(shí)顯得較為困難，故而韓捷教授便提出了全矢譜這一概念（英文全稱為FullVector Spectrum， 簡(jiǎn)稱 FVS），這一方式能夠更為快捷地明確不同諧波的最大振動(dòng)強(qiáng)度，便于相關(guān)人員對(duì)故障振動(dòng)信息進(jìn)行有效的提取。

應(yīng)用全矢譜方式首先要采集雙通道信號(hào)，主要通過安裝傳感器來進(jìn)行采集，因此船帆器的安裝位置就顯得尤為重要，一般采取水平+垂直以及V形這兩種安裝位置。在全矢譜中，單一的信號(hào)頻譜特征及數(shù)據(jù)信息和傳統(tǒng)譜方式特征及數(shù)據(jù)信息基本相同，但全矢譜方法將X、Y這兩個(gè)廣義垂直方向通道中的振動(dòng)信息進(jìn)行了結(jié)合，能夠更為全面地呈現(xiàn)出其振動(dòng)特征。但需要注意的是，在對(duì)全矢譜數(shù)值算法進(jìn)行推導(dǎo)時(shí)，主要是將位移信號(hào)的垂直程度作為理論基礎(chǔ)，因?yàn)槲灰菩盘?hào)能夠通過線性的方式轉(zhuǎn)化為速度信號(hào)以及加速度信號(hào)，故而全矢譜處理方式也同樣適用于速度信號(hào)以及加速度信號(hào)的處理之中。

（二）局部均值分解法

在傳統(tǒng)分析方法中，主要是以經(jīng)驗(yàn)?zāi)B(tài)分解算法（EMD）為代表，但這一方法很容易在提取振動(dòng)信號(hào)特征的過程中產(chǎn)生信號(hào)丟失的現(xiàn)象，故而相關(guān)學(xué)者對(duì)這一方法進(jìn)行了優(yōu)化，提出了局部均值分解法（LMD）。與EMD法相比，局部均值分解法不但能夠確保振動(dòng)信號(hào)信息不會(huì)丟失，還能夠分解相應(yīng)的復(fù)雜信號(hào)，將其細(xì)化為包含包絡(luò)信號(hào)以及純跳頻信號(hào)的PF分量，相比之下局部均值分解法具備更強(qiáng)的端點(diǎn)效應(yīng)，且迭代次數(shù)更多。

具體而言，局部均值分解法主要是充分考慮到被處理信號(hào)所具備的特點(diǎn)，根據(jù)其尺度大小來將其中的非線性信號(hào)細(xì)化為相應(yīng)的PF分量，單個(gè)PF分量存在著一個(gè)純調(diào)頻信號(hào)以及包絡(luò)信號(hào)。其中包絡(luò)信號(hào)主要代表了PF分量的瞬時(shí)幅值，通過純調(diào)頻信號(hào)就能夠?qū)F分量的瞬時(shí)頻率進(jìn)行計(jì)算，最后匯總所有的瞬時(shí)幅值以及瞬時(shí)頻率，那么就能夠得出較為精準(zhǔn)的時(shí)頻分布情況。局部均值分解法雖然得到了較為廣泛的應(yīng)用，具備一定的優(yōu)勢(shì)，但其中也存在著一定的不足之處，其優(yōu)勢(shì)主要是以下幾個(gè)方面：

第一，具備較強(qiáng)的自適應(yīng)性。局部均值分解法能夠有效利用自身信號(hào)所具備的極值點(diǎn)，依據(jù)相應(yīng)的時(shí)間尺度，將信號(hào)中的波動(dòng)頻率逐一呈現(xiàn)，并不斷分解原始信號(hào)，最終得到單調(diào)的參與分量。故而局部均值分解法能夠進(jìn)行自適應(yīng)分解，不需要相關(guān)輔助知識(shí)及輔助流程。同時(shí)在應(yīng)用局部均值分解法時(shí)，如若所分解的信號(hào)存在著差異，那么通過局部均值分解法所獲取的波動(dòng)模式也會(huì)具備相應(yīng)的不同點(diǎn)，充分體現(xiàn)出了其自適應(yīng)性較強(qiáng)。

第二，具備較強(qiáng)的獨(dú)立性。在采取局部均值分解法時(shí)，首先是對(duì)純調(diào)頻信號(hào)進(jìn)行迭代分離，最后才是獲取相應(yīng)的包絡(luò)信號(hào)，二者之間并不會(huì)產(chǎn)生較高的影響，具備一定的獨(dú)立性，故而其中數(shù)量眾多的 PF 分量的瞬時(shí)幅值局部特征信息能夠得以保留。

第三，具備較強(qiáng)的完備性。局部均值分解法主要是把原始信號(hào)分解為若干個(gè)PF分量以及KU余量，后續(xù)會(huì)對(duì)二者進(jìn)行結(jié)構(gòu)的重置，進(jìn)而保留原始信號(hào)的基本特點(diǎn)，充分體現(xiàn)出了這一方法的完備性。

而局部均值分解法的不足之處主要是以下幾個(gè)方面：采取局部均值分解法之后，主要是根據(jù)平滑曲線來獲取相應(yīng)的包絡(luò)估計(jì)曲線以及局部均值曲線，雖然相比于經(jīng)驗(yàn)?zāi)B(tài)分解法有著更少的迭代次數(shù)，更小的端點(diǎn)效應(yīng)，但是要想確保曲線具備較強(qiáng)的精準(zhǔn)性，就必須平滑處理局部幅值線段以及局部均值線段，這樣的過程顯得較為冗長(zhǎng)與復(fù)雜，相比之下有著較低的計(jì)算效率。但總體而言，其效果還是優(yōu)于全矢譜法，相關(guān)技術(shù)人員在提取大擺錘滾動(dòng)軸軸承振動(dòng)信號(hào)特征時(shí)，應(yīng)當(dāng)根據(jù)大擺錘滾動(dòng)軸承的實(shí)際運(yùn)轉(zhuǎn)情況，采取合理的方式，從而確保大擺錘能夠安全運(yùn)轉(zhuǎn)，避免安全事故的產(chǎn)生。

結(jié)語：綜上所述，大擺錘是一種能夠帶給人民群眾刺激及愉悅體驗(yàn)感的大型娛樂設(shè)施，當(dāng)前被廣泛應(yīng)用于各大游樂場(chǎng)、歡樂谷中，極大地豐富了民眾的娛樂生活。但同時(shí)大擺錘也存在著一定的安全隱患，如若處理不當(dāng)很有可能引發(fā)一系列的安全事故，給民眾生命財(cái)產(chǎn)安全帶來不利的影響。因此狹相關(guān)技術(shù)人員應(yīng)當(dāng)做好大擺錘滾動(dòng)軸承振動(dòng)信號(hào)特征的提取工作，最大化地消除這類安全隱患。

參考文獻(xiàn)

[1]趙九峰，蘇曉峰，丁舟波，蔡鵬，史皓天.360°大擺錘懸臂折斷原因分析及預(yù)防措施[J].機(jī)械工程與自動(dòng)化，2020（01）：201-203.

[2]曹子劍，曹樹坤，張勇，趙林，張琨.典型游樂設(shè)施大擺錘人因要素的HAZOP分析[J].中國特種設(shè)備安全，2018，34（05）：5-8.

[3]馬棟聯(lián)，李晨陽.游樂設(shè)備大擺錘機(jī)身有限元分析[J].輕工科技，2017，33（11）：52-53.