振動故障診斷技術(shù)在礦山設備上的應用

摘 要：振動故障診斷技術(shù)具有診斷結(jié)果準確可靠，便于設備故障現(xiàn)場的實時診斷；頻域分析法是振動診斷技術(shù)的方法之一。對振動信號的數(shù)值處理后進行頻譜分析，并從頻譜族中辨識出故障頻率。根據(jù)對管磨機振動強度的評價標準對比，并通過與計算頻率進行比較，找出故障部位，確定故障類型。此方法具有一定的實際應用價值。

關鍵詞：振動故障診斷 故障特征頻率 實際應用

中圖分類號：TD44 文獻標識碼：A 文章編號：1672-3791（2012）10（a）-0045-01

在工業(yè)領域普遍存在的振動是衡量設備狀態(tài)的重要指標之一，當機械內(nèi)部發(fā)生異常時，設備就會出現(xiàn)超過正常振動范圍的振幅。振動故障診斷技術(shù)是以設備的機械運動模型系統(tǒng)在某種外加激勵作用下的響應作為診斷信息的分析要素。通過對現(xiàn)場監(jiān)測得到的振動參量進行動態(tài)數(shù)據(jù)處理與技術(shù)比對，對機械設備的運行狀態(tài)作出診斷。對于出現(xiàn)故障的設備確定故障特征、分析故障成因等信息。振動在線與離線診斷技術(shù)具有結(jié)果準確可靠，便于實時處理等諸多特點，使其它成為應用最廣泛、最普遍的故障診斷技術(shù)之一。

1 故障信號振動診斷概述

故障信號振動診斷屬于動態(tài)測試技術(shù)的范疇。其基本原理是對所建立的機電系統(tǒng)模型在激勵作用下所產(chǎn)生的動態(tài)響應信號作為分析源，通過對信號的振動位移、速度、加速度特征量進行分析處理，形成分析的基礎數(shù)據(jù)，對比設備的行業(yè)與運行特征指標參數(shù)，對機械設備的運行狀態(tài)進行判定。對存在設備故障的系統(tǒng)得出故障點位置、故障產(chǎn)生程度、故障形成因素的診斷分析結(jié)果。對機電設備現(xiàn)場振動信號的在線監(jiān)測和離線分析是振動診斷技術(shù)的基礎。對出現(xiàn)故障現(xiàn)象的機電設備進行振動監(jiān)測與檢測時，需要將檢振傳感器布置于特定測點，利用傳感器拾取的信號經(jīng)轉(zhuǎn)化與放大濾波電路處理后變?yōu)橛糜诜治鎏幚淼碾娦盘?。將此信號輸入分析設備進行數(shù)學變換處理，獲得信號的時域與頻域樣本；做信號分析并將結(jié)果進行記錄與顯示或打印輸出。振動故障診斷技術(shù)常用的分析方法有多種。頻域分析法是主要的分析方法。頻域分析法的原理是，首先對振動信號進行放大、濾波和數(shù)值處理，進行頻譜分析。從頻譜分析中得到具備故障特征的多組頻率，將其與理論計算得到的故障特征頻率相比較，診斷設備是否存在故障，并確定故障點與故障類型。振動信號的頻域分析法是機械故障診斷中廣泛應用的技術(shù)手段。

2 故障診斷技術(shù)應用

在礦山設備和水泥設備的運行中，由于環(huán)境惡劣、工況復雜設備故障頻發(fā)。對于設備故障的早期診斷具有極其重大的經(jīng)濟價值與社會意義。采用振動診斷技術(shù)進行設備的故障診斷是眾多診斷技術(shù)中較為先進并可行的技術(shù)之一。

本文以礦山設備常用的管磨機的故障診斷為例，進行振動故障診斷技術(shù)的應用分析與方案選擇技術(shù)的闡述。

所采用的測量與診斷分析系統(tǒng)模型見圖1。

本系統(tǒng)采用振動測試裝置測量管磨機減速機部位的振動烈度值，用以評判管磨機減速機振動是否超標；采用壓電式速度傳感器及電荷放大器和信號變換接口板， 使用美國NI公司的采樣板卡實時拾取減速機輸出軸部位的振動信號，在計算機硬盤上記錄測點上的3維方向上的振動信號。使用美國SQI公司的振動數(shù)據(jù)采集與分析軟件在計算機上進行信號的時域和頻域分析。

將分析結(jié)果與管磨機振動強度的評價標準對比，檢測管磨機減速機出軸部位振動的速度均方根值即振動烈度值，用以評價振動強度是否超標。根據(jù)管磨機電機的轉(zhuǎn)速及管磨機減速機結(jié)構(gòu)，建立計算結(jié)構(gòu)理論計算模型，并計算其特征頻率，確立振動信號頻譜分析及故障診斷的數(shù)值參數(shù)。

3 振動信號的動態(tài)分析

管磨機減速機出軸部位的振動信號的時域及頻域數(shù)據(jù)如表1所示。對如圖1所示振動信號的分析與綜合，有如下分析結(jié)果。

（1）振動信號的頻譜分析圖中，峰值頻率成分為525.6Hz、163.9Hz、263.5Hz、15.2Hz。根據(jù)理論計算結(jié)果的分析可知15.2Hz為電機輸出軸的回轉(zhuǎn)頻率。163.95Hz為15.2Hz信號對150Hz的調(diào)制，263.5Hz是減速機的第一級嚙合頻率。

（2）由特征頻率的理論計算結(jié)果可知：電機輸出軸回轉(zhuǎn)頻率為15.2Hz、263.5Hz和525.6Hz為第一級嚙合頻率的倍頻，而163.9Hz為第二級嚙合頻率；從而得出輸出軸的輸出頻率被調(diào)制，存在軸運轉(zhuǎn)偏心和局部軸承磨損失效問題。需要進一步的深入具體部位進行故障診斷與維修。

4 設備振動故障診斷技術(shù)普及與推廣

采用廉價的數(shù)據(jù)采集板卡結(jié)合相應的軟件分析技術(shù)結(jié)合便攜式電腦設備可以構(gòu)成標準的虛擬儀器系統(tǒng)。利用此系統(tǒng)，對礦山設備進行信號的時域、頻域和幅值域分析，并從中判別出設備的故障頻率及故障因素。它是機電設備離線與在線故障診斷的先進技術(shù)之一。通過對測試結(jié)果的技術(shù)分析，能夠較準確地反映機電設備的真實工況和故障，從而為設備的檢修和維護準備充分而可靠的技術(shù)數(shù)據(jù)，有效地節(jié)約成本與費用并提高設備生產(chǎn)效率。此測試及分析方法對礦山設備的振動測試和故障診斷具有一定的實際應用價值。

參考文獻

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