電機故障診斷中振動測試儀的應(yīng)用分析

于麗麗，雷聲媛

(榆林職業(yè)技術(shù)學(xué)院，陜西 榆林 719000)

電機是工農(nóng)業(yè)發(fā)展和生產(chǎn)生活中必不可少的動力源設(shè)備類型，是工業(yè)生產(chǎn)機械能夠正常運行的基本驅(qū)動力[1]。在電機運行過程中，由于自身性能和運行環(huán)境等方面的影響，使得電機設(shè)備在運行過程中，必然會出現(xiàn)一些故障現(xiàn)象，對機械設(shè)備整體系統(tǒng)運行產(chǎn)生直接性的影響[2]。振動測試儀在應(yīng)用于電機故障測定過程中，能夠通過傳感器的作用獲取軸承或測定部位的振動信號，進而通過數(shù)據(jù)記錄、傳輸和分析等過程，對電機的工作狀態(tài)進行準(zhǔn)確判定。在現(xiàn)代工業(yè)生產(chǎn)過程中，振動測試儀的應(yīng)用已經(jīng)較為廣泛，深入了解振動測試儀的結(jié)構(gòu)及其工作原理，掌握基本的應(yīng)用流程，對其應(yīng)用要點進行準(zhǔn)確分析，能夠提升振動測試儀的應(yīng)用水平，確保電機故障診斷的準(zhǔn)確程度，為后續(xù)檢修工作的開展提供準(zhǔn)確指導(dǎo)，為機械系統(tǒng)的正常運行奠定良好的基礎(chǔ)[3]。

1 電機故障類型及原因分析

1.1 電機故障類型

隨著電機設(shè)備應(yīng)用范圍的不斷廣泛，電機故障發(fā)生頻率不斷增加，對生產(chǎn)經(jīng)營造成的危害也愈加嚴(yán)重。通常情形下，電機故障都是指電機在正常運行過程中發(fā)生的故障，其現(xiàn)象表現(xiàn)為電機缺相運行、本體發(fā)熱、發(fā)生振動和聲音異常等。這些現(xiàn)象的發(fā)生主要來源于機械故障和電氣故障兩個層面，其中又以機械故障為主，尤其是對于振動和聲音異?，F(xiàn)象而言，二者不僅會伴隨發(fā)生，而且產(chǎn)生故障現(xiàn)象的部位也基本保持在同一部位。

1.2 故障原因分析

就以上故障現(xiàn)象而言，其發(fā)生的原因僅有極少數(shù)情形是由電氣故障引起的，例如外部電源系統(tǒng)運行不穩(wěn)定、通風(fēng)系統(tǒng)故障造成負(fù)荷支撐不足、各相電流不平衡等。大多數(shù)的情形下，都是由于不同情況的振動所造成的，例如電機軸承磨損過度而損壞、基礎(chǔ)強度不足、某一部位螺絲松動、缺油等。在這些情況發(fā)生時，會造成電機運行的幅值、頻率和相位等處于異常狀態(tài)，由此造成振動超出電機正常運行要求的范圍。在生產(chǎn)過程中，這些現(xiàn)象即便不會當(dāng)時造成故障的發(fā)生，也會留下較大安全隱患，必然會導(dǎo)致后期故障發(fā)生?；谡駝訙y試儀的檢測功能，能夠提前對電機工作過程中振動狀態(tài)進行測定，進而分析振動參數(shù)是否符合正常工作要求，從而為電機維修提供科學(xué)指導(dǎo)。

2 振動測試儀結(jié)構(gòu)分析

2.1 振動測試儀硬件組成

在工業(yè)生產(chǎn)和電力生產(chǎn)系統(tǒng)中，振動測試儀具有廣泛的應(yīng)用空間，由于實際應(yīng)用場景和設(shè)備型號的不同，振動測試儀的硬件組成也有較大的差別。但就整體上來說，常見的振動測試儀都具有傳感器、信號處理電路、數(shù)模轉(zhuǎn)換和數(shù)據(jù)顯示等基本硬件。此外，由于具體功能設(shè)計的不同，不同類型的振動測試儀還包含有采樣放大器、通信串口、外接電源串口等硬件設(shè)備，為擴展其應(yīng)用場景起到應(yīng)有的支撐作用。

2.2 振動測試儀功能說明

雖然從字面含義來理解，振動測試儀是應(yīng)用于振動狀態(tài)的測定，但是就具有層面來說，其還有不同內(nèi)涵的功能，這些功能主要體現(xiàn)在以下幾個方面：一是振動測量，包括振動的速度、加速度和位移測量；二是對軸承狀態(tài)進行檢測，包括軸承在高頻振動狀態(tài)下的加速度和振動速度有效值；三是對共振現(xiàn)象進行測定，其測定是基于三個垂直面檢測振動幅度而完成的[1]。振動測試儀功能不同，所診斷的具體層面不同，在電機故障診斷中所起到的作用也有所不同。

2.3 振動測試儀分類

基于不同的分類標(biāo)準(zhǔn)，振動測試儀的具體類型也有所不同。依照其檢測作用來說，可以分為機械式測振儀和電子式測振儀；依照數(shù)據(jù)采集方式不同，可以分為接觸式測振儀和非接觸式(傳感式)測振儀；依照外部結(jié)構(gòu)不同，可以分為筆式測振儀和分體式測振儀；根據(jù)參數(shù)顯示多寡不同，可以分為單參數(shù)測振儀、雙參數(shù)測振儀和多參數(shù)測振儀。此外，根據(jù)振動測試儀功能設(shè)置的不同，還有和溫度、濕度測定等相結(jié)合的復(fù)式振動測試儀。這些不同的分類為生產(chǎn)和技術(shù)人員選擇提供了更為寬闊的選擇空間。

3 振動測試儀應(yīng)用流程及測試原理說明

振動測試儀的工作原理是基于其工作流程實現(xiàn)的，在實際應(yīng)用過程中，其基本應(yīng)用流程如圖1所示。

根據(jù)通常的工作情形，可以將振動測試儀的正常工作流程分為準(zhǔn)備階段、信號收集和處理階段、信息顯示階段三個主要部分。在這三個階段的運行流程中，處理對象有所不同，工作原理也有所不同。

圖1 振動測試儀工作流程圖

3.1 準(zhǔn)備階段

這一階段的主要工作是對測試對象進行仔細(xì)觀察，確定測試的準(zhǔn)確位置。如果對于測定位置無法準(zhǔn)確認(rèn)定，則需要根據(jù)實際情形多方布置，確保測定結(jié)果的準(zhǔn)確性。由于大多數(shù)電機故障診斷工作的開展都是的機械設(shè)備工作現(xiàn)場進行的，現(xiàn)場環(huán)境比較復(fù)雜，應(yīng)當(dāng)盡量避免工作環(huán)境帶來的負(fù)面影響。

3.2 信號收集和處理階段

信號收集是傳感器設(shè)備的功能實現(xiàn)的，傳感器的工作模式有接觸式和無線式兩種。接觸式的工作原理比較簡單，無線傳感器則又包括變極距型傳感器和差動電容傳感器兩種，前者在進行傳感測定時，線性度比較低，靈敏度與平行板設(shè)計的電容初始極距有直接關(guān)系，后者的靈敏度相對于普通電容傳感器來說，具有較大的提升和更為廣闊的應(yīng)用空間。

由于電機是一種較為精密的工作儀器，在工作過程中產(chǎn)生振動是必然現(xiàn)象，而在發(fā)生故障的情形下，其振動的振幅、頻率和相位偏差也是非常微小的。傳感器直接所接受到的信號非常微弱，無法滿足后續(xù)處理流程的需要，因此在進行傳輸之前，首先要經(jīng)過信號放大電路，基于電荷放大器提升信號強度。在電路放大處理后，由于環(huán)境因素的影響，信號中會包含一定的低頻和高頻噪音信號，要確保后續(xù)信號處理質(zhì)量，還需要進行濾波處理。

在對采集到的模擬信號完成上述處理流程之后，就可以對模擬信號進行數(shù)字化處理，為數(shù)字分析做好準(zhǔn)備。從工作原理上來分析，這一轉(zhuǎn)換過程包括抽樣、量化和編碼三個方面的內(nèi)容，但是在具體運行過程中，這一流程的工作內(nèi)容是基于模數(shù)轉(zhuǎn)換芯片來實現(xiàn)的[2]。同時應(yīng)用于不同領(lǐng)域的振動測試儀，所采用的芯片性能完全不同，設(shè)計原理也完全不同。

模數(shù)轉(zhuǎn)換完成之后，振動信號經(jīng)過分析與處理，就可以經(jīng)過傳輸流程將分析結(jié)果以數(shù)字形式顯示出來。

3.3 信息顯示

由于不同型號的設(shè)備所測定的數(shù)據(jù)參數(shù)有著較大不同，其所顯示的具體界面也有所不同。在信息技術(shù)支撐下，為了方便技術(shù)人員對信息處理結(jié)果進行準(zhǔn)確分析，還可以基于數(shù)據(jù)線或藍(lán)牙等傳輸方式，將結(jié)果傳輸?shù)诫娔X端。多數(shù)型號的振動測試儀在電腦端的顯示結(jié)果是以EXCEL表格形式出現(xiàn)的。FLUKE 805型號的振動測試儀所顯示的分析結(jié)果趨勢如圖2所示。

圖2 FLUKE 805型振動測試儀趨勢圖

4 振動測試儀的應(yīng)用要點分析

4.1 準(zhǔn)備階段要點分析

準(zhǔn)備階段工作是后續(xù)所有工作流程開展的基礎(chǔ)，對于數(shù)據(jù)測定的準(zhǔn)確性具有直接性的影響。對于某些新型振動測試儀而言，在傳感器設(shè)計水平不斷提升的情形下，能夠?qū)⒃O(shè)備傾斜、接觸壓力不足等現(xiàn)象帶來的測量偏差縮小到最低程度。盡管如此，技術(shù)人員在準(zhǔn)備期間，還要對電機和機械設(shè)備的運行狀態(tài)深入了解，根據(jù)實際情形安排合理的工作時間，選擇對應(yīng)分辨力和準(zhǔn)確度的振動測試儀設(shè)備，盡量排除影響測量精度的負(fù)面因素，確保操作人員在工作開展過程中的安全，減少由于準(zhǔn)備不足帶來的安全隱患，降低對正常生產(chǎn)造成的影響。

4.2 測定過程要點分析

由于測定過程程序較多，各個環(huán)節(jié)的具體操作都會對測定結(jié)果產(chǎn)生較大影響，強化對這一工作流程的重視程度，具有重要的意義。在測定過程中，首先要避免機械工作環(huán)境中電、磁等因素對振動測試儀帶來的干擾，避免由此帶來的測定結(jié)果誤差較大現(xiàn)象[3]。其次是要能夠科學(xué)選定測定位置，對電機振動現(xiàn)象的加速度、速度和位移等數(shù)據(jù)進行準(zhǔn)確測定，在測定結(jié)果與預(yù)測分析出現(xiàn)較大差距的情形下，應(yīng)當(dāng)從設(shè)備選型和工作環(huán)境兩個方面查找具體原因，并根據(jù)查找結(jié)果采取對應(yīng)的解決措施，避免出現(xiàn)測定結(jié)果與實際情形不符，給后續(xù)檢修工作帶來錯誤指導(dǎo)。

4.3 診斷說明要點分析

就目前的振動測試儀類型而言，大多數(shù)設(shè)備都具有屏幕顯示功能，能夠在測定的分析結(jié)果直觀地顯示出來，為技術(shù)人員后續(xù)檢修處理提供指導(dǎo)方案。但是對于某些較為復(fù)雜的振動現(xiàn)象來說，僅靠設(shè)備自身的顯示還不夠全面，這就需要將數(shù)據(jù)從設(shè)備導(dǎo)出，在電腦平臺上進行深入分析。在這一階段處理過程中，需要技術(shù)人員能夠根據(jù)設(shè)備廠家的要求，安裝對應(yīng)的操作程序，避免由于操作不當(dāng)造成數(shù)據(jù)丟失或傳輸不全。同時，對于較為復(fù)雜的結(jié)果分析，還要求技術(shù)人員深入學(xué)習(xí)設(shè)備廠商提供的技術(shù)文件，能夠進行更加深入的分析。

4.4 檢修要點

振動測試儀應(yīng)用的最終要求是能夠為檢修工作提供準(zhǔn)確的數(shù)據(jù)指導(dǎo)，確保電機設(shè)備的正常運行。因此在檢測結(jié)果對故障信息顯示較為明顯的情形下，必須結(jié)合生產(chǎn)計劃盡快安排停機檢修，避免由于檢修不夠及時帶來的故障擴大化。在檢修工作中，首先應(yīng)對振動測試儀顯示出來的故障進行分析，明確故障發(fā)生的部位和原因，采取有針對性的技術(shù)措施進行解決。如果根據(jù)振動測試儀顯示結(jié)果進行對應(yīng)的維修之后，故障現(xiàn)象依然無法解除，則應(yīng)當(dāng)進行再次檢測，同時對電機運行狀態(tài)進行全面維護，以確保故障現(xiàn)象的徹底解除。

5 結(jié) 語

基于振動測試儀對電機故障進行檢測，是工業(yè)生產(chǎn)、電力能源和建筑企業(yè)等多種領(lǐng)域電機故障診斷的基本方法。目前我國相關(guān)企業(yè)在這類產(chǎn)品的研發(fā)和生產(chǎn)上也投入了較大的力度，開發(fā)出具有多種性能、針對不同工作場景的振動測試儀設(shè)備。這些設(shè)備的特性之間存在較大差異，對于技術(shù)人員的水平要求也具有極大的不同，這就要求相關(guān)人員在實際應(yīng)用過程中，必須強化對設(shè)備應(yīng)用技術(shù)的學(xué)習(xí)力度，準(zhǔn)確掌握振動測試儀應(yīng)用過程中的要點，明確設(shè)備故障根源，推動電機維修技術(shù)的不斷提升。