机械振动时域波形的识别.pdf

2 0 0 2年 6月 第 3 1 卷第 3期 有色矿 山 No n f e r r o us M i n e s J u n． ， 2 0 0 2 Vo 1 ． 31 NO． 3 机械振动时域波形 的识别 岳 琦 铜 陵有色金属 集 团 公 司，安 徽 铜 陵 2 4 4 0 0 0 [ 关键词]机械振动；故障诊断；时域波形 [ 摘要]本文主要论述了机械故障诊断中， 几类振动信号时域波形的分析与识别方法。 【 中圈分类号】THl l 3 ． 1 【 文献标识码】 B 【 文章编号】1 0 0 2 8 9 5 1 2 0 0 2 0 3 0 0 3 2 0 3 I de nt i f i c a t i o n o f me c h a ni c a l v i b r a t i o n t i m e ． do m a i n wa v e f o r m YUE Qi T o n g l i n g No n f e r r o u s Me t a l s C o mp a n y ，T o n g l i n g 2 4 4 0 0 0 ，C h i n a Ke y wo r d sm e c h a ni c a l vi br a t i o n；f a u l t di a g no s i s ；t i me d oma i n wa v e f o r m Ab s t r a c t I n t h i s p a p e r ，s e v e r a l t i m e ． d oma i n wa ve f o r m s of v i br a t i on s i g n a l a n d i t ’ S i de nt i f i c a t i o n m e t h o d i n m e ． c ha ni c a l f a u l t di a g n os i s a r e a na l y s e d． 机械设备故障诊 断技术， 自7 0年代末期在国内 兴起 以来， 经过了 由简单的测振仪表 到计算机辅助 诊断的快速发展历程 ， 使得人 们对 故障的诊断越来 越快速 、 准确、 可靠。机械振动监测技术是故障诊断 中较为常用的一种方法。利用计算机可对采集到的 数据进行时域分析 、 频域分析、 轴心轨迹分析等。尽 管对信号 的频域 分析、 轴 心轨 迹、 三维谱 阵、 小波 分 析等技术各有 其优越性 ， 但各 自也存 在着 片面性 。 而振动信号的时域波形能直观反 映采集的数据， 其 重要性 仍是不可替代的。 由于实际工况条件复杂多变， 因此不同的设备 、 同一设备不同测点、 同一测点不同方 向， 其时域波形 各具形态， 并不完全相同。正是波形的不同形态， 反 映了不同的故 障信息。因此 ， 通过对振动 信号时域 波形的观察与分析， 可以对设备的故障进行 识别与 判断。 [ 收稿 日期]2 0 0 2 ． 0 3 ． 2 2 [ 作者简介]岳琦 1 9 6 8一 ， 女， 安徽铜陵市人， 机械 工程师， 从事机械设备的状态监测与故障诊断工作。 1 滚动轴承故障的时域波形特征 通常理论上诊断轴承 内外 圈故 障， 是通过计算 内外 圈固有频率的方法 ， 若在 实际检测 中找到 了这 些特征频率， 即可推断 出轴 承发生 了何种 故障。而 在监测的实践 中， 采用时域波形 的诊 断方法也很简 单有效。当轴承 内外 圈发 生严重疲劳剥 落时， 其 时 域波形表现为典型的冲击振动特征 如 图 1所示 。 2 o 0 1 0 0 暑 0 星一 1 0 0 2 o 0 幽 ．． 山 ．i』 { 0 0．o 05 0 ． 01 0 0．01 5 0． o 2 O O． o 2 5 时 间， s 图 1 滚动轴承故障的时域波形 2 齿轮啮合故障的时域波形特征 齿轮啮合的故障诊断， 主要 是从齿轮的啮合频 率处振幅及其倍频和边频带来分析。而对时域波形 维普资讯 第 3期 岳琦 机械振动时域波形的识别 3 3 的观察和分析， 也可对故障进行识 别。齿 轮啮合正 常时， 其时域波形 比较平稳， 无明显调制现象。而啮 合异常的时域波形 的特征表现为以下几种类型。 1 波形呈现明显的非对称性 如图 2 ， 主要是 由于齿轮啮合面有较严重的损伤甚至是塑性变形 。 5 0 0 0 ，、 2 5 0 0 0 -2 5 00 -5 0 00 ． ． ．-I-il．1i lllilillIi。． ‘ ” ’ 辚 1 。 ’I 1『．1『l| 0 0 ． 0 0 5 0 ．Ol O 0 ． 01 5 0 ． O 2 0 0 ． O 2 5 时间， s 图 2 齿轮啮合异常时的非对称性时域波形 2 波形有较强的调制现象 如图 3 ， 这是齿轮 安装误差 引起的， 误差越大， 调幅越明显。 型 茕 图 3 齿轮啮合异常时呈现较强调制的时域波形 3 波形出现小幅调制现象 如图 4 ， 这往往是 齿轮轮齿面严重磨损的征兆。 餐 2O l 0 0 一l 0 2 0 i 胁l j 量 膳 羔 『l V V 0 0 | 0 5 0． 1 0 0 | 1 5 0．2 0 0 ． 2 5 时 间， s 图 4 齿轮啮合异常时呈现小幅调制的时域波形 3 滑动轴承故障的时域波形 对 于滑动轴承 的诊断， 通常采用 的检测方法是 利用电涡流传感器对轴颈 部位进行监测 ， 然后通过 F F T谱 、 轴 心轨迹 、 全 息谱等 方法进 行分 析。利用 这些方法， 可有效 地诊断与转动轴 有关联的零部件 如叶轮 、 齿轮 、 联轴器等 的故障。但对滑动轴承本 身的缺 陷和故障 如轴 瓦裂纹、 剥 落、 或大 面积碎裂 等 的诊断效果 却不尽人意。而在 实践 中利用加速 度传感器在轴承座上所监测 的时域波形， 却能 明显 地反映滑动轴承的碎裂故障。通过对滑动轴承 时域 波形的变化的观察， 能基本 掌握滑 动轴承的故障规 律 。如图 5是正常滑动轴承 的时域波形， 图 6是该 轴承碎裂时的时域波形。 越 1 8 i I 曩 图 5 滑动轴承运行正常的时域波形 2 0 0 ， 1 0 0 0 1 8 i I 器一1 0 0 0 0．00 5 0 | 01 0 0．01 5 0． 0 2 0 0．o2 5 时间， s 图 6滑动 轴承碎 裂时的时域 波形 4 叶轮故障时域波形特征 离心式压缩机多级叶轮故障的时域波形有 以下 几个特征。 1 当叶轮正 常时， 其时域波 形基本上 是平稳 的 如 图 7 。 髓 1 8 i I 曩 图 7 叶轮运行正常的时域波形 2 当叶轮出现严重不平衡 时， 如磨损严 重、 叶 片翻卷、 结垢不均等， 其时域波形表现 为以转频 为特 征的调幅波形 ， 且波形很对称 如图 8 。 维普资讯 3 4 有色矿 山 2 0 0 2年 第 3 1 卷 8 4 0 景． 4 - 8 ． J “ i U h t 感 毛 。 r r 嘲 ‘ ’r { O O． X 5 O ． Ol O U ． 0l 5 O ． 0 2 0 O ． 0 2 5 时间／ s 圈 8 叶 轮不平衡时 的时域 波形 3 当叶轮结垢很厚， 使通道堵塞严重时， 其时 域波形呈现不均匀的调 幅波形 ， 调幅频率 为转子转 频， 但与不平衡的时域波形有较大差异 如图 9 。 通过以上讨论可 以看出 通过对振动信号 时域 波形的分析和识别 ， 可以有效地判别 机械 设备 的故 障。这一方法可 以弥补其他方法的一些不足。在监 测和诊断实践中， 将它与其他诊断方法相结合 ， 可大 堇 毯 型 圉 9 叶轮结垢堵塞通道时的时域波形 大提高故障诊 断的可靠性和准 确性 。因此， 对 时域 波形的研究是十分重要和必要的。 [ 参考文献】 [ 1 】 崔宁博 ． 设备诊断技术振动分析及其应用[ M】 ． 天 津 南开大学出版社 ． 云浮硫铁矿分采技术提高出矿品位 广东云浮硫铁企业集团公司从 2 0 0 1年采用分采技术以来 ， 共采出矿石 1 6 ． 7万 t ， 品位 由 2 6 ． 7 ％提高到 3 3 ． 4 ％。分采 出的矿石不需选矿就可直接销售， 大大 降低了矿石选矿成本， 创造经济效益 5 8 0多万元。 自 1 9 9 7年以来， 受进 口化肥和硫磺的冲击， 许多硫酸企业改用硫磺制酸， 致使云硫集 团用户从 1 0 0多家 锐减至 4 0多家 ， 矿石销量也从 2 5 0万 t 下降至 1 2 4万 t ， 收入大 幅度减少。最近几年， 该集团为了稳定矿石 销售量， 实施了提高矿石品位增强市场竞争力、 稳定用户和 销量 的营销策略。但 由于持续高 品位 出矿， 导致 了采场矿石平均品位下降到 2 8 ． 4 ％。为了缓解矿石贫化这一突出矛 盾， 该 集团从 2 0 0 1年 3月开始， 运用 了 分爆分采技术。 该集团供矿点 目前主要集中在中部南北采区交接地段， 大多数 出矿点都在矿岩交错的地段， 矿石品位波 动大 ， 变化范 围为 1 5 ％～4 2 ％， 给控制供矿 、 配矿 品位带来一 定难度。针对这一实际， 地测技术 人员改进 了 钻孔取样方法， 以提高取样准确性， 并根据勘探地质资料画出了 1 7张新 的矿块分布 图， 将 岩石夹层走 向、 厚 度等详细情况在图上标出， 供现场分采作业使用。根据矿岩分布情况 ， 对垂直厚度在 2 ～3 m 的矿岩， 用推土 机集堆后用 电铲装车， 厚度在 3 ～4 m 内的用液压反铲装车， 厚度在 5 m 以上的直接用 电铲装车运走 。在整个 实施过程 中。 电铲、 液压反铲、 推土机分采装车 的效果较理想， 达到了提高矿石品位， 降低贫化率 、 损失率的预 期效果。 此项分采技术运用后 ， 矿岩明显分开， 供配矿质量也 明显改善。矿石品位的提高， 节 省了大量 的选矿成 本， 获得了可观的经济效益。同时， 还在一定程度上缓解了采场高 品位矿不足的矛盾。 杨学敏黄铁平 维普资讯