机械故障诊断机械1104施皇宇

机械状态检测与故障诊断论文班级机械1104姓名施皇宇学号3110301155成绩振动诊断技术及在回转支承上的应用摘要：振动诊断技术是发展最快、研究最多的故障诊断方法，它是通过测量机械外部振动来判断机械内部故障的一种方法。振动诊断技术是目前机械故障诊断中最常用的诊断方法，它主要通过对机械振动信号在时域、幅域、频域、相关域以及其它新领域进行信号分析处理，提取机械故障诊断的特征信息，进行机械的故障诊断。振动诊断技术包括振动测量、信号分析和处理、故障判断、预测与决策等步骤。本文通过对大型回转支承进行振动时域和频域的诊断研究，总结了测试技术、分析和诊断方法。关键词：大轴承，振动测试，时域分析，频谱分析Abstract:Thevibrationdiagnosistechnologyisthefastestgrowing,mostresearchonfaultdiagnosismethod,itisakindofmethodtodeterminetheinternalfaultbymeasuringthemechanicalexternalvibrationmachinery.Thevibrationdiagnosistechnologyiscurrentlythemostcommonlyuseddiagnosticmethodinmechanicalfaultdiagnosis,itismainlythroughthemechanicalvibrationsignalinthetimedomainsignalanalysisandprocessing,amplitudedomain,frequencydomain,domainandothernewareas,extractingcharacteristicinformationoffaultdiagnosis,faultdiagnosisofmachinery.Vibrationdiagnosistechnologyincludesvibrationmeasurement,signalanalysisandprocessing,faultjudgment,predictionanddecision-makingsteps.Inthispaper,themethodofvibrationtest,timeandfrequencyanalysisareusedtolargerotatingbearing.Themethodoftest,anaysisanddiagnosisaresummarized.Keywords:Bearing、Vibrationtest、Timedomainanalysis、Spectrumanalysis引言传统的故障诊断技术研究,主要是从故障现象、特征、机理进行研究,对于故障诊断原理,其中包括诊断思维模式、故障范围、各自分支目录相应特征、机理及分类方法的研究,在目前还没有引起关注。我国振动故障诊断最早是从20世纪80年代初提出,所谓故障诊断是采用抽象的演绎推理手段查明故障,与传统的眼见为实寻找故障思维方式完全不同,所以当时对绝大多数人来说难于接受,为此也受到了一些专家的质疑。国内振动故障诊断经20多年的研究、发展和普及,全国各地程度不同的得到了广泛的应用,但就诊断思维模式来说,还是停留在简单的反向推理思维模式上,因此诊断结果的可靠性差,故障诊断准确率普遍不高。如果说早期的眼见为实直观寻找故障,带有较大的盲目性和偶然性;那么今天普遍采用的反向推理诊断故障,虽然避免了一定的盲目性,但仍未能避免诊断结果的偶然性。为了提高诊断结果的可靠性和故障诊断的准确率,当前最有效的手段是改变传统诊断故障的反向推理思维模式,采用正向推理思维模式。采用正向思维推理诊断振动故障较反向推理难度要大,它不是首先简单的采用振动特征与故障特征作比对,而是首先了解故障范围及分类,然后再进一步了解分支目录及对应特征、机理,在限定的范围内,逐个排除[1]。从诊断思维严密性并经实践证明,采用正向推理,振动故障诊断准确率可达80%以上。1、振动诊断的基本原理振动诊断是利用正常机器或结构的动态特性与异常机器或结构的动态特性的不同来判别机器或结构是否存在故障的一种手段。当机械内部发生异常时，随之会出现振动加大。在机器、零部件及基础等表面能感觉到或能测量到的振动，往往是某一振动源在固体中的传播，而振动源的存在，又大都对应着设备的设计、材料或使用缺陷。例如，零件原始制造误差，运动副之间的间隙，零件间的滚动及相互摩擦，或者回转机件中产生的不平衡或冲击等等，都是设备的可能振源。而且，随着零件间的磨损，零件表面产生的剥落、裂纹等现象的发展，振动将相应发展[2]。在机械设备的状态监测和故障诊断技术中，振动监测及诊断技术是普遍采用的基本方法。在工业领域中，机械振动是普遍存在并作为衡量设备状态的重要指标之一。当机械内部发生异常时，随之会出现振动加大。在机器、零部件及基础等表面能感觉到或能测量到的振动，往往是某一振动源在固体中的传播，而振动源的存在，又大都对应着设备的设计、材料或使用缺陷。例如，零件原始制造误差，运动副之间的间隙，零件间的滚动及相互摩擦，或者回转机件中产生的不平衡或冲击等等，都是设备的可能振源。而且，随着零件间的磨损，零件表面产生的剥落、裂纹等现象的发展，振动将相应发展。另一方面，机械设备还可能因为某个微小的振动，引起其结构或部件的共振响应，从而导致机械设备状态的迅速恶化。我们研究机械振动的目的，就是为了了解各种机械振动现象的机理，破译机械振动所包含的大量信息，进而对设备的状态进行监测，分析设备的潜在可能故障[3]。因此，根据对机械振动信号的测量和分析，可在不停机和不解体的情况下对其劣化程度和故障性质有所了解。2、振动诊断技术实施过程2.1选定测量和分析方法振动测量和分析系统可分为三种基本类型。第一种类型最简单，它仅用宽带测振仪测量机械的总振动值，然后根据少量的数据对机械状况进行评价。这种方法属于简易诊断，它的缺点是预报准确性较差，而且也不可能识别出振动值增长的原因。第二种类型也是使用简单的仪器做宽带预测，如果测量结果超过了标准值或测量结果有明显的变化，在用精密仪器进行分析以得到详细的频谱。第三种类型是每次测量都进行频谱分析，这样就能详细给出机械运行状态的信息，因而具有较强的预报能力。2.2确定测量参数通常只选定测量某一振动参数，而不同时测量出振动的位移、速度和加速度。从测量的灵敏度和动态范围考虑，冲击是主要问题时测量加速度；振动能量和疲劳时主要问题时测量速度；振动的幅度和位移是主要问题是应测量位移。一般来说，对于简易检测可以直接选择速度参数，而对于精密检测，往往选择在感兴趣的频率范围内谱图最平坦的参数。2.3确定测量位置首先应确定测量的对象。其次应确定测点位置，一般测点应选择在接触良好、局部刚度较大的部位。值得注意的是，测点已经确定之后，就要经常在同一点测量。特别是高频振动，测点对测定值的影响更大。为此，确定测点后必须作出记号，并且每次都要在固定位置测量。一般测量振动时，都需要从被测件轴向、水平和垂直三个方向测量。考虑到测量频率，一般应根据机械容易产生的异常情况来确定重点测量方向。2.4确定测量周期为了能及时发现初期的状态异常和检测劣化趋势，需要定期进行检测。规定的周期应不至于忽略严重的异常情况，并尽可能将周期安排的短一些。但是如果将测量周期缩短到不必要的程度，那也是不经济的。所以需要对每个检测对象规定合适的周期。一般来说，转速高、负载重、劣化速度快的机械或装置，测量周期应规定的短一些。为了获得理想的预报能力，在机械两次故障间的平均运行时间内至少应该测量6次。测量周期并非总是规定的很死板。当震动处于正常情况时，可以保持固定的周期；当振动增大或达到注意范围时，则应开始缩短测量周期。科学的方法是根据现在的测量值和上一次的测量值来确定下一次测量的日期。2.5确定测量条件测量条件包括测量环境条件、测量仪器状况以及各旋钮的设定位置、测量人员的调配情况以及被测机械地运行状态。只有每次测量在相同条件下进行，才能掌握机械劣化趋势。特别是机械地运行状态，应该根据测量的目的和诊断的故障来确定。诊断不同的故障，要在不同的转速、不同的负载下进行。2.6记录测量结果测量结果应该立即记录在数据记录表上。数据记录表的表头部分应包括机械名称、型号、制造厂家、出厂编号、使用单位、管理号码、施工地点、工作性质、转速小时、机械技术参数、机械传动简图、使用维修情况等项目。表格部分应包括测量人、测量仪器、机械运行状态以及测量日期、测量位置和方向、测量参数及测定值[4]。2.7选定判断标准根据测定值判断机械正常还是不正常，就需要有判断标准。如前所述，判断标准按判断方法可分为绝对标准、相对标准和类比标准。绝对标准是用来直接与测定值相比较，一判断机械状态的标准值。但是至今还没有适用于所有机械的通用标准，因此，必须按照机械的具体情况来确定具体标准并不断修改和完善标准。相对标准是用测定值与参考值相比较而判断机械状态的标准值。自我判断标准中的参考值是机械良好状态下的振动初始值。类比判断标准中的参考值则是在相同条件下运行的同类型机械的振动测定值。2.8分析劣化趋势在简易检测中，测量宽带总振动值，并与以前的结果相比较，来确定机械状态是否已经劣化。在精密检测中，根据频率分析的结果和已有的基准频谱，就能判别机械的工作状态。而系统地收集测量和分析的数据，就可以建立机械的劣化趋势，这样就能在故障发生之前的某个适当的时间组织维修。把定期测量和分析得到的数据点到以工作时间或运行里程为横坐标，以振动幅值为纵坐标的坐标图上，就绘出了机械劣化趋势图，根据4~6个数据点，可以画出一条曲线。由曲线的走向可以分析机械的劣化趋势。一般来说，曲线缓慢上升表示机械正常磨损；曲线连续急剧上升则表示机械发生故障。由曲线延伸后到达极限值的时间或里程，可以估计机械的剩余寿命。利用劣化趋势分析，可以有效地监测机械状态和指导机械维修。3、振动诊断在回转支承上的分析对大轴承进行振动监测时,在大轴承四周等间距安放4个振动加速度传感器,采用磁带机或数据记录系统完整记录数据,并通过多通道波形分析仪或频谱分析仪进行时域和频域的分析处理。4、分析与诊断技术大轴承的振动分析分为时域分析和频域分析两种。4.1时域分析技术针对不同的故障类型,可以采用不同的时域诊断技术,或者将几种诊断方法结合使用。4.1.1振动能量值统计图1回转支承装置测试图振动能量直接反映了大轴承的内部状态信息,所以可以通过振动能量值的统计分析来判断大轴承的局部或整体是否出现缺陷或故障,并根据不同测点振动能量值的大小来判断大轴承不同部位的状态[5]。现场经验和所采集的大量数据样本证明,正常和异常的大轴承其振动能量值往往相差几十倍甚至几百倍。通常情况下,频谱分析仪都具有总功率的计算和显示功能,所以只要完整地记录振动信号,就可以准确求出大轴承的振动能量值,并以此作为判断其运行状态的依据。从对诸多门机的振动能量值的统计结果看,最大的振动值达到了2.3276g,为罗泾码头的1#斗轮机2#测点的振动能量值;最小的振动加速度值为0.001444g,为朱家门码头894#链斗机2#测点振动能量值。前者已经发生滚道损坏和滚柱压碎,而后者处于良好的状态。经过各种不同状态门机的振动数据的比较,可得出大轴承的振动参考门限值。类似于ISO国际振动标准,处于A类状态的大轴承,滚柱、滚道和润滑条件各方面均处于良好状态;处于B类状态的大轴承则应注意加强润滑管理;处于C类状态的则应加强现场观察,并落实润滑是否到位;而被列入D类状态的则不能继续运行,要停机进行设备检修。4.1.2冲击脉冲延迟分析针对大轴承的整个支承结构出现确定性冲击脉冲等异常现象,可以通过多通道信号记录分析仪器进行同步采样,根据产生脉冲的时间延迟,来判断每个信号的产生顺序,得出产生故障的部位。如图2中四个通道的脉冲中,产生脉冲的顺序依次为4ch、3ch、1ch和2ch,所以可以得出,故障脉冲是先传递到4#测点