劉樹森

（中鋁潤滑科技有限公司，北京 102206）

設備狀態(tài)監(jiān)測與故障診斷技術是一種監(jiān)控設備在使用過程中的狀態(tài)的技術，確定各個部位是否正常運行，能在早期發(fā)現設備故障和成因，并能預測設備故障發(fā)展趨勢的檢測技術。本文通過應用SKF設備某冶金企業(yè)實際工況條件下的狀態(tài)監(jiān)測，以及根據采集信號，對冶金企業(yè)的設備進行故障診斷，簡單介紹一下SKF振動分析及加速度包絡分析技術的應用。

1 測量方法

振動分析方法是基于0kHz～2kHz的較低頻率范圍，這類分析方法通常用來監(jiān)測冶金機械設備不平衡、不對中、松動、共振問題等故障問題，在軸承嚴重損壞時通過振動分析也能監(jiān)測到。而SKF加速度包絡技術加強了高頻段瞬態(tài)畸變小信號的能量，將SKF加速度包絡檢測技術與傳統的頻譜分析技術相結合，能在軸承嚴重損壞之前能夠及時監(jiān)測和及時對軸承存在的早期缺陷和問題進行處理，從而可以延長機器的故障預警期并防止計劃外停機的發(fā)生。加速度包絡分析，它是SKF一項專利技術，是一個非常實用的分析工具，優(yōu)于其它軸承故障檢測技術，對于軸承的輕微故障都能提前清晰發(fā)現。

2 加速度包絡技術基本原理

加速度包絡技術用于從振動信號中提取小的重復沖擊信號，這些信號在測量過程中往往被高能量、低頻率的信號所掩蓋。這些重復性沖擊信號通常是由軸承內圈和外圈的缺陷或滾動元件的缺陷引起的。但由于其振幅很低，常被儀器噪聲所掩蓋，而且由于其信噪比很低，這些頻率成分在衡器故障的早期往往無法檢測到。一個小的、窄的、重復的沖擊信號，當轉換到頻域時，可以形成一系列的配頻。

脈沖振幅取決于脈沖寬度和脈沖之間的周期。兩者之間的關系越小，即脈沖的寬度越窄，頻譜的振幅越小。這種關系顯然與軸線缺陷有關。在故障階段開始時，當每個滾動球滾過外環(huán)或內環(huán)的缺陷時，由于故障的振幅低于儀器的動態(tài)測量范圍，所以加速度譜不能說明故障頻率的存在。但是，加速度包絡技術通過對原振動信號進行修正和處理，放大軸承誤差信號，解決了這一問題。

3 技術原理分析

3.1 諧波、分頻分析

通過自動定義基頻，得到其諧頻，系統自動計算出最佳諧頻位置，使其諧波效果更易被觀察，這一功能經常與缺陷頻率功能一起使用。

圖1 系統自動算出的諧波圖

3.2 加速度包絡分析

加速度包絡技術，它主要是用來提取振動動態(tài)信號中的一些小振幅程度，重復振幅很小的重復撞擊信號。在測量過程中，軸承沖擊信號，原始振動數據，它經常被一些高能低頻信號所覆蓋，造成不平衡和失調的情況。這些在這里重復沖擊信號通常是由軸承或滾動體內部和外部滾道缺陷引起的缺陷。它顯示了從有軸承缺陷的機床上花費的原始時間域信號，包含有小缺陷的沖擊信號。也顯示了與復雜同步信號隔離的軸承沖擊信號。經過時頻轉換后，這些信號可以轉換成頻域信號基頻和雙頻由于振幅小，常常被儀器噪聲掩蓋。由于低信噪比，這些頻率分量往往在軸承故障早期丟失。我們可以看到，當它被轉換成在頻域中，可以得到一系列的倍頻。

圖2 正弦信號和脈沖信號的不同振幅值/頻率關系

我們還可以以對比的方式描述了正弦信號和脈沖信號的不同振幅值/頻率關系。脈沖信號的幅度、脈寬和脈沖間隔周期有比值越小，即脈沖寬度和頻譜幅度越窄小一點的。而這個比例，顯然與軸承的缺陷有關。在過錯處在開始階段，當每個軸承球滾動到外部陶瓷或內部的缺陷上時，由于振幅和寬度都很小，所以在這一階段加速度譜是由缺陷振幅引起的該值低于儀器的動態(tài)測量范圍，不能顯示缺陷頻率的存在。然而，加速度包絡技術通過修正和應用，很好地解決了這一問題，調整原振動信號，加強滾軸缺陷信號。

3.3 FFT頻譜及時域波形分析

FFT頻譜可以將振動信號以頻率函數方式顯示分析。頻率范圍從0Hz～10Hz到0kHz～40kHz，其分辨率可從100線～6，400線自主選擇。時域波形分析是一個專業(yè)用于波形處理分析出色工具，能辨別出普通FFT頻譜分析不能發(fā)現的特殊故障，還可進行一系列的專業(yè)失量分析。

圖3 FFT頻譜及時域波形

4 技術的應用

（1）具體舉例說明振動分析加速度包絡技術與普通速度譜比較在軸承監(jiān)測中的具體應用。可以看到加速度包絡分析優(yōu)勢，試驗對象為加工中心電主軸，近兩年的運作過程中，明顯聽到了噪聲從主軸內部發(fā)出，但主軸振動明顯指示燈顯示機器的總速度在正常范圍內。在這種情況下，使用SKF振動分析儀來測量振動，對床層的振動進行了分析。

我們通過速度頻譜網絡可以看出，主軸的總振動值僅為0.5597mm/s，遠低于電主軸振動報警值2mrrds，在軸承中，很難觀察到缺陷頻率的比較，除峰值較小外，其余均未見明顯異常。所以如果你繼續(xù)很容易得出一個錯誤的結論：電主軸的狀態(tài)是正常的。如果對電主軸的加速度包絡譜進行分析，可以得出結論相反的結果。從加速度包絡線可以看出，電主軸包絡線總數值高達18.23ge，大大超過了設定的報警值8gE。在特征譜上可以清楚地看到缺陷倍頻和邊頻的存在。從這臺機器上聽到的主軸損壞非常嚴重噪音一致。從以上分析可以看出，SKF加速度包絡技術在配重中的應用監(jiān)測重復沖擊信號是非常有用的，對早期故障更為敏感，對故障的處理更加行之有效。

（2）再以20萬t聚合釜3臺電機在齒輪箱所有現場采集到的數據進行分析。

現場表現2號齒輪箱，手觸感振動偏大，這一點也從數據上表現明顯，初步判斷二號電機出現機械故障，其余設備表現均在正常范圍內。

表1 1、2、4、5號齒輪箱相關數據

（3）對于skf振動分析技術的應用還可以在“再制造”產業(yè)得到延伸。再制造是企業(yè)機械設備維修的升級版，通過再制造的產品質量和性能與新產品幾乎相持不下，甚至有的再制造產品還在其新產品之上，而且再制造產品成本只占造新成本的1/4甚至1/3，所以再制造市場潛力巨大。

考慮制造產品的經濟性的同時考慮其可行性。其中最需考量的是再制造對象的條件，考量再制造產品功能價值與再制造成本之間的關系，比如是耐用產品且功能失效、剩余附加值較高且獲得失效功能的費用低于產品的殘余增值等。這就需要評判再制造產品的受損程度，進而估計再制造成本。而skf振動分析技術就能再這一環(huán)節(jié)起到關鍵作用。

（4）加速度包絡技術在摩擦方面的應用.摩擦力是一個廣泛的領域存在于一系列低頻和高頻效應中的頻段的刺激。特別是在開始的時候輕微的連續(xù)或周期性的局部摩擦激發(fā)了傳感器或零點部分。元件的共振會使加速度譜高頻范圍內的摩擦誤差信號放大。在加速包絡譜中會有一組振動峰，會產生土能。功能越多，可以評價軸承潤滑效果越好。如果是間歇性摩擦連續(xù)摩擦力發(fā)展后，軸承將以IFE為主。從共振調制該系統是為了檢測轉子系統是否存在過早磨損而開發(fā)的。只有摩擦力強，才能在低頻段顯示出來。

（5）加速度包絡值用于診斷軸承松動沖擊。目前，一般的和浮動的軸承。軸承下垂的影響與軸或軸承的高負荷有關。浮動軸承的沖擊是由軸引起的軸承內部或外部松動，安裝空間過大，運轉不受轉動機件影響。通過平衡力或其他振動的激勵對軸承施加振動沖擊。授權如果載荷范圍過大，在載荷范圍內與滾道接觸的滾動體數量減少，軸承的變形就會減小。

力集中。出料輥通過的弧度增大，對保持架和保持架槽產生了額外的負荷，出料區(qū)的輥子作用于滾道中的輥子。當載荷小于軸承所需的最小載荷時，載荷減小，發(fā)生滑移。摩擦現象。這種情況會導致軸承加速磨損和發(fā)揮。 冶金機械設備電機軸承由于長期運行，軸承磨損，軸承游隙增大。

5 結語

通過加速包絡分析能更加準確及時的發(fā)現冶金機械設備機械軸承的缺陷和故障，尤其是在其缺陷早期，結合頻譜進行分析，實時準確判斷出軸承的缺陷元件，進行準確維修，可以減少定期維修時的成本，避免了故障發(fā)現不及時，導致故障惡化使得軸承失效，損害設備的情況發(fā)生。