SPM軸承沖擊脈沖技術(shù)的應(yīng)用

徐素江

摘要：介紹SPM檢測儀的原理、應(yīng)用、SPM對不同測試結(jié)果的原因分析及測試程序。

關(guān)鍵詞：SPM；沖擊脈沖；dBm/dBc；地毯值/最大值

1概述

為提升對動設(shè)備的預(yù)防性維護(hù)管理水平，監(jiān)測動設(shè)備尤其是滾動軸承運(yùn)行狀態(tài)，避免重大的設(shè)備損壞，引進(jìn)了SPM沖擊脈沖測試儀-T30，利用該儀器可以對現(xiàn)場指定設(shè)備定點進(jìn)行定期測量，將數(shù)據(jù)通過通訊傳入電腦軟件，形成趨勢，掌握設(shè)備運(yùn)行狀態(tài)。

2 SPM沖擊脈沖dBm/dBc技術(shù)應(yīng)用于T30儀器原理

沖擊脈沖傳感器在一定測試周期內(nèi)，產(chǎn)生一連串不同幅值的電脈沖，這個測試周期約為2秒鐘。測試結(jié)果以分貝值dB度量，包含兩個測試值：

dBm（分貝，最大值）：一個測試周期內(nèi)的最大沖擊峰值。

dBc（分貝，地毯值）：大量弱沖擊信號的多次平均值，定義為地毯值。

最大值dBm及地毯值dBc值的測試單位是dBn（歸一化沖擊值）。

歸一化沖擊值dBn可直接評估軸承的故障狀態(tài)，因為dBn值是由軸承幾何尺寸和轉(zhuǎn)速進(jìn)行相關(guān)歸一化計算后得出的評估值。歸一化沖擊值dBn坐標(biāo)分成3個軸承狀態(tài)區(qū)：

0‐20綠良好狀態(tài)；

21‐34黃報警狀態(tài)；

35以上紅故障狀態(tài)；

以上兩個報警限值21dBn及35dBn，都是針對最大值dBm設(shè)置的。詳見下圖：

2.1地毯值dBc

沖擊脈沖產(chǎn)生于承載載荷的滾動體與軸承滾道之間的接觸面。軸承表面在微觀下是凹凸不平的。軸承運(yùn)動部件表面有油膜，軸承表面的凹凸不平會產(chǎn)生油壓的變化。同時，軸承表面的凹凸的尖峰會相互撞擊。以上兩種情況都會在軸承中產(chǎn)生壓力波‐即沖擊脈沖，其在軸承‐軸承座‐臨近機(jī)械部件等材質(zhì)中向外傳輸。

軸承的沖擊脈沖產(chǎn)生模式，及沖擊脈沖傳感器產(chǎn)生的沖擊信號，包含較弱的和較強(qiáng)的沖擊。

沖擊脈沖的強(qiáng)弱以分貝進(jìn)行度量。測試單位為dBsv（分貝沖擊絕對值）。

沖擊檢測儀器對沖擊信號進(jìn)行取樣采集并顯示兩個參數(shù)進(jìn)行度量，dBm及dBc。

2.2最大值dBm

dBm是在一個檢測周期內(nèi)所測到的最強(qiáng)沖擊值。

若軸承表面沒有損傷，則dBm和dBc的差值較小。

若dBm值較大，同時dBm和dBc的差值較大，則為軸承表面有損傷，或滾動體與滾道之間有異物。

3 SPM軸承沖擊脈沖的應(yīng)用

3.1軸承壽命發(fā)展的三個階段

定期進(jìn)行沖擊脈沖測試，從安裝好到損壞，在軸承的整個壽命周期中，可以跟蹤監(jiān)測軸承的運(yùn)行健康狀態(tài)。趨勢圖展示了一個軸承壽命周期中dBm的發(fā)展變化（軸承正確安裝、良好潤滑條件下）。

沖擊值dBm的持續(xù)變化反映出軸承金屬疲勞磨損狀態(tài)。

0‐20綠運(yùn)行良好；

21‐34黃運(yùn)行狀態(tài)變差；

35以上紅故障運(yùn)行狀態(tài)；

3.2軸承壽命曲線

沖擊測試值的的微小波動是正常的，原因可能是溫度及載荷的變動、加油潤滑、設(shè)備及軸承的工況改變等。

對于損傷的軸承，新剝落的金屬顆粒會產(chǎn)生沖擊值的大幅增加，而當(dāng)缺陷（麻坑等）被磨平后，沖擊值又會回落。

沖擊脈沖的趨勢跟蹤及其變化水平是軸承更換的重要依據(jù)。沖擊值處于黃區(qū)及紅區(qū)的軸承，其測試周期應(yīng)比處于綠區(qū)的軸承縮短。

4 SPM技術(shù)維護(hù)方法

4.1測試周期

0‐20綠運(yùn)行良好軸承：1‐3月；

21‐34黃運(yùn)行狀態(tài)變差軸承：幾天或一周（當(dāng)沖擊值處于穩(wěn)定狀態(tài)，測試周期可延長）；

35以上紅故障運(yùn)行狀態(tài)軸承：頻繁監(jiān)測，計劃更換軸承。若沖擊值突然大幅增長，應(yīng)立即停機(jī)檢查更換軸承。

4.2初始值dBi

軸承狀態(tài)中級脈沖評估坐標(biāo)以為初始值dBi基準(zhǔn)，直接針對軸承的工況進(jìn)行狀態(tài)評估。

初始值dBi根據(jù)軸承的轉(zhuǎn)速及軸承內(nèi)環(huán)的內(nèi)徑計算得出。

測試單位是歸一化沖擊值dBn，其可直接評估軸承的運(yùn)行狀態(tài)，

綠-黃-紅

dBi：初始值；

dBc：地毯值（若脈沖）；

dBm：最大值（強(qiáng)脈沖）；

dBn：沖擊歸一化值；

dBsv：沖擊絕對值；

4.3 SPM的測試方法

在軸承座上測試沖擊脈沖：越靠近沖擊源檢測到的沖擊脈沖信號越強(qiáng)。沖擊信號通過所有的機(jī)械材質(zhì)進(jìn)行傳播，但是，隨著傳輸距離的擴(kuò)大及經(jīng)過各部件的接觸面，用沖擊脈沖傳感器在軸承座上或其附近進(jìn)行測試，找到最強(qiáng)的沖擊信號來源。

相鄰軸承的測量：相鄰軸承的沖擊信號可能會互相干擾，特別是當(dāng)兩個軸承在一個軸承室，如齒輪箱，可以比較每個軸承的沖擊脈沖讀數(shù)，找出最強(qiáng)的沖擊來源。

5通過SPM測試對不同結(jié)果的原因分析

一旦被測軸承的沖擊測試值確認(rèn)為軸承故障狀態(tài)，仍然不能肯定就是軸承本身的故障。

軸承損壞只是其中的一個可能的因素。其他引起強(qiáng)沖擊的因素還有：軸系不對中、軸承潤滑不良、潤滑油液污染等，這種情況下進(jìn)行軸承更換就是一個錯誤。

5.1 SPM測試完好軸承形態(tài)

沖擊脈沖測試形態(tài)就是在地毯形態(tài)的弱沖擊（地毯值dBc）之上，有一連串的隨機(jī)或有節(jié)奏的強(qiáng)沖擊信號（最大值dBm）。

沖擊脈沖測試形態(tài)有三個特征：首先是最大值dBm；其次是最大值dBm與地毯值dBc之間的差值；再次是強(qiáng)沖擊信號的節(jié)奏韻律。

可以在沖擊測試儀器上設(shè)置略低于最大值dBm幾分貝的門檻值，通過耳機(jī)進(jìn)行監(jiān)聽沖擊脈沖的聲音信號，這是辨別沖擊信號節(jié)律的最好方法。好軸承的典型沖擊脈沖形態(tài)是有較低的地毯值dBc，最大值dBm小于20，沖擊節(jié)律是一連串的隨機(jī)強(qiáng)脈沖信號。

5.2 SPM測試損傷軸承形態(tài)

有損傷的軸承或潤滑液中有污染顆粒的軸承，沖擊脈沖形態(tài)是dBm較高（大于35），最大值dBm與地毯值dBc之間的差值較大，沖擊節(jié)律是一連串的隨機(jī)強(qiáng)脈沖信號。這種情況下，最大值dBm與地毯值dBc之間的差值總是很大，最大值dBm的大小與軸承表面的損傷程度有關(guān)。

5.3 SPM測試軸承潤滑不良形態(tài)

潤滑不良軸承有高的地毯值dBc，并非常接近最大值dBm。軸承加潤滑油后，沖擊值會大幅下落。

5.4 SPM測試泵汽蝕形態(tài)

泵的汽蝕或運(yùn)動部件的磨碰產(chǎn)生的沖擊脈沖形態(tài)與軸承潤滑不良的沖擊形態(tài)一樣。這種情況下產(chǎn)生的沖擊信號不受加潤滑的影響，并且軸承座外面的沖擊信號通常比在軸承座上的信號更強(qiáng)。見

5.5 SPM測試磨碰形態(tài)

有節(jié)律的沖擊峰值是干擾信號的標(biāo)志。運(yùn)動部件的磨碰產(chǎn)生周期性的連串沖擊峰值，如旋轉(zhuǎn)軸與軸承室或油封的磨碰。沖擊峰值的頻率與軸轉(zhuǎn)速頻率相關(guān)。

5.6 SPM測試載荷沖擊形態(tài)

設(shè)備正常運(yùn)行中載荷或壓力沖擊可能會產(chǎn)生單一的沖擊峰值。如破碎機(jī)、沖壓機(jī)等設(shè)備上都會測試到這類沖擊形態(tài)。其他會產(chǎn)生單一沖擊峰值的原因有：閥門的開閉、松動部件的敲擊等。

5.7 SPM測試正常的沖擊值突然減小形態(tài)

連續(xù)測試中沖擊脈沖有較大的波動是一個危險信號。

如果在正常的沖擊測試讀數(shù)后，沖擊值突然下落至非常低的值，原因可能是儀器故障或傳感器故障。如果儀器是正常的，那原因可能是軸承滑套。

5.8SPM測試較高沖擊值突然減小形態(tài)

如果沖擊讀數(shù)是從較高的狀態(tài)下突然下落，甚至至0，則是軸承損壞。滾動體不再滾動，而是在滾動上滑動了。

5.9 SPM測試沖擊值不穩(wěn)定形態(tài)

若沖擊值在不同的時間測試時有較大的波動，則軸承是在重載工況下并軸承表面已有損傷。其中，較高的測試值是由軸承表面剝落的金屬顆粒及新的麻坑造成的。等金屬顆粒及麻坑磨平后，沖擊測試值又會回落。

結(jié)束語

隨著SPM沖擊脈沖測試技術(shù)在現(xiàn)代工業(yè)生產(chǎn)中的應(yīng)用，提高了對動設(shè)備檢測的預(yù)防性維護(hù)管理水平，對設(shè)備異常狀態(tài)能盡快發(fā)現(xiàn)，并進(jìn)行及時有效處理，極大的提高了裝置運(yùn)行的可靠性。

（作者單位：林德大化（大連）氣體有限公司）