融合兩種分析技術(shù)提高故障診斷準確率

摘要：本文主要介紹在狀態(tài)監(jiān)測中將融合兩種分析技術(shù)提高故障分析準確率，為今后在該領(lǐng)域進一步探索打下堅實的基礎(chǔ)，具有一定的指導(dǎo)意義。

關(guān)鍵詞：沖擊脈沖技術(shù)；頻譜分析技術(shù)

1 前言

頻譜分析技術(shù)是故障診斷中最常用、最直觀的分析手段，由譜圖的變化規(guī)律及故障頻率即可診斷一般性故障類型。沖擊脈沖技術(shù)是由瑞典SPM公司在上世紀70年代最先提出的一套系統(tǒng)監(jiān)測方法，專門用于滾動軸承的運行狀態(tài)監(jiān)測，簡稱SPM技術(shù)，該方法通過采集運轉(zhuǎn)狀態(tài)下滾動軸承產(chǎn)生的沖擊脈沖量，可以定量判斷滾動軸承的滾道狀況和潤滑油膜厚度，給出軸承運行狀態(tài)的綠、黃、紅區(qū)和軸承損壞時的劣化趨勢，并可診斷軸承的安裝情況以及判別是否有高頻干擾等故障，該方法已在世界各國工業(yè)領(lǐng)域取得廣泛應(yīng)用。幾年來，我們經(jīng)過現(xiàn)場監(jiān)測診斷案例總結(jié)，認為只有把兩種分析技術(shù)融合，才能提高故障準確率。

2 頻譜分析技術(shù)的基本原理

頻譜分析（也稱頻率分析）是頻率領(lǐng)域內(nèi)信號分析的基礎(chǔ)，它是將復(fù)雜的信號分解為簡單信號的疊加，通過傅里葉變換，可以將復(fù)雜信號分解為有限或無限個頻率的簡諧分量；也就是將一個組合振動分解為它的各個頻率分量.把各次諧波按其頻率大小從低到高排列起來就成了頻譜。

3 沖擊脈沖技術(shù)的基本原理

我們知道，滾動軸承的滾動體與滾道表面并不是絕對光滑的，在軸承轉(zhuǎn)動時，\"粗糙\"的表面使兩者之間的潤滑油產(chǎn)生波動并對外滾道產(chǎn)生強度較小、但頻率較高的沖擊，同時，滾動體滾過某一位置時則會產(chǎn)生一個相對強度較大、但頻率較低的沖擊，這種沖擊會隨著滾動體或滾道表面產(chǎn)生的缺陷而明顯增大，這好比用一個錘子以很低的頻率敲擊一口鐘，鐘發(fā)出的聲波是以它的固有頻率振動，而幅值逐漸衰減下去，沖擊脈沖法就是采用特殊的振動傳感器，將以上信號放大后加以采集，經(jīng)過分析處理后確定滾動軸承的運行狀態(tài)。

4 融合兩種分析技術(shù)特點

沖擊脈沖技術(shù)廣義上屬于振動監(jiān)測技術(shù)的領(lǐng)域，但與狹義的振動頻譜分析法相比在信號分析、評價標準上則有本質(zhì)的區(qū)別。兩者相比沖擊脈沖技術(shù)的兩個顯著特點是：高頻振動特性和信號的衷減性。才使SPM技術(shù)在許多應(yīng)用場合顯現(xiàn)出獨特的優(yōu)勢。

沖擊脈沖A30選用的加速度傳感器與其頻譜分析它加速度傳感器不同，它不是選用線性頻段（通常小于20KHz）而是選用32K Hz的諧振頻段。在32 K Hz上高頻沖擊與傳感器產(chǎn)生諧振，高頻分量被放大，而低頻分量則被自動濾除的特點。

在齒輪箱的監(jiān)測中，由于多個軸承和齒輪在同一個齒輪箱內(nèi)，各部件之間振動信號的疊加，以及各部件特征頻率的接近，造成在頻譜上無法確區(qū)分，特別是輸入軸和輸出軸轉(zhuǎn)速相差不大時，更加難以判斷，而用沖擊脈沖法的衰減性，可以解決這一問題。在軸承隔板支撐上最靠近軸承承載區(qū)的位置安裝傳感器，使此軸承的信號被放大采集，而其它部件的沖擊經(jīng)過衰減后對采集信號影響較小，從而確定故障。

我們在高溫水泵監(jiān)測中，氣蝕現(xiàn)象經(jīng)常發(fā)生且造成的危害較大，同時氣蝕產(chǎn)生的高頻信號與軸承的沖擊脈沖量十分接近，容易誤診，區(qū)分氣蝕和軸承故障的有效方法，用耳機確認沖擊脈沖的波形。當探頭傳感器若

測得的高頻量在接近軸承位置較大，而泵殼體處較小，可判為軸承故障，反之則為氣蝕的高頻干擾。

5 融合兩種技術(shù)的現(xiàn)場分析實例

實例一例如：硫銨裝置P917A熱風機，轉(zhuǎn)速2390RPM，功率18.5KW，該風機振值上升較快，用VM63測得振值風機前水平0.42cm/s ，前垂直0.56cm/s，為不滿意狀態(tài)。從頻譜圖上分析除基頻分量外，還有很大的倍頻分量，特別是3-10倍頻，存在松動故障，可能原因有軸承故障和對輪膠圈故障。我們又利用滾動軸承的沖擊脈沖A30儀器進行監(jiān)測結(jié)果為：CODE 表述為A、良好狀態(tài)。LUB值為4、潤滑良好，排除了軸承故障。最后綜合分析為對輪膠圈故障。停機后檢修發(fā)現(xiàn)對輪膠圈老化，驗證分析的準確性。檢修前頻譜圖見圖1：

實例二例如：丁辛醇裝置D3241A循環(huán)泵，轉(zhuǎn)速1440RPM，功率15KW，前軸承型號為：7311B，周檢中發(fā)現(xiàn)該泵雜音很大，本周監(jiān)測數(shù)據(jù)與上周監(jiān)測數(shù)據(jù)相比振值泵前水平增長0.06cm/s ，前垂直0.12cm/s。立即采集頻譜分析，從頻譜圖上我們所需要的監(jiān)測信號受到噪聲的干擾而湮沒其中，因此不能獲得完整清晰的頻譜圖象，分析可能存在軸承故障。用沖擊脈沖檢測：CODE表述D為紅區(qū)，COND為 35，有損壞趨勢。經(jīng)過耳機判定沖擊脈沖產(chǎn)生的源頭，前軸承處分貝沖擊值為62dbsv ，而殼體處分貝沖擊值為42dbsv，說明是脈沖源頭在軸承箱，綜合分析為軸承故障。停機檢修發(fā)現(xiàn)前軸承內(nèi)圈有一處點蝕，四個滾動體有剝落坑。分析與檢修一致。檢修前頻譜圖見圖2：

實例三例如：丙烯腈裝置P107B為T-101上段循環(huán)泵，轉(zhuǎn)速1488RPM，功率85.6KW，前后軸承型號為：6313，葉輪形式：閉式，葉輪片數(shù)：5片。周檢中發(fā)現(xiàn)該泵振值有上升趨勢，本周監(jiān)測數(shù)據(jù)為0.46cm/s ，前垂直0.32cm/s，狀態(tài)為亞健康。立即采集頻譜分析，從頻譜圖上高頻區(qū)域有峰群生出，表明有疲勞成分，分析可能存在軸承故障。用沖擊脈沖檢測：CODE表述D為紅區(qū)，狀態(tài)代碼COND為 28，表明軸承開始有損壞趨勢。綜合分析為軸承故障。停機檢修發(fā)現(xiàn)前軸承內(nèi)外圈有各一處剝落坑。分析與檢修一致。檢修前頻譜圖見圖3：

6 采用兩種分析方法提高了診斷的準確率

通過上面的實例中可以看到，在進行振動診斷時，采用各種信號分析技術(shù)的綜合運用，充分提取故障特征，把容易混淆的故障區(qū)分開來，為確診故障提供了準確的信息。頻譜分析作為振動分析的經(jīng)典方法，在故障診斷中有廣泛的應(yīng)用；但是，它也存在某些不可隱晦的缺陷，在故障診斷中的作用仍然是有限的。有時，僅靠頻譜分析難以作出確切的判斷，甚至有可能造成誤判。我們利用沖擊脈沖技術(shù)和頻譜分析技術(shù)的綜合應(yīng)用，取得良好效果，提高了診斷的準確率，為分析運轉(zhuǎn)設(shè)備故障原因提供了有力依據(jù)。