GZU钢筋冷轧扭机组轴承故障诊断仪的研究

　　0 引言

　　物体在外界条件作用下，缺陷或物体异常部位因应力集中而产生变形或断裂，并以弹性波形式释放出应变能的一种现象即声发射。声发射技术是一种评价材料或构件损伤的动态无损检测技术，它在无损检测技术中占有重要地位[1,2]。振铃法是声发射信号的处理方法之一，振铃计数的引入使信号处理简便化，适宜于表征突发声发射和连续声发射两类信号，又能基本反映信号强度和频度，因此被广泛用于声发射活动性评价最通用的声发射评估技术。GZU钢筋冷轧扭机组检修时，利用声发射传感器动态实时测取轧机轴承的声发射信号后，提取信号的特征值判断轴承故障。

　　1 轧机轴承故障诊断仪工作原理

　　GZU钢筋冷轧扭机组轴承故障诊断仪组成如图1所示。其工作原理：加载装置加载并低速转动轧辊，吸附在轴承端盖上的声发射传感器感应轴承产生的声发射信号，经前置放大器、带通滤波器、主放大器、阈值比较器、计数器得到振铃计数值，信息处理单元将测量的振铃计数值与故障轴承的振铃计数值(大量实验获得)比较并判定被测轴承故障。

　　1.1 加载装置

　　被测物体只有在外界作用条件下才能产生声发射现象，所以在检测轧机轴承故障时，必须有加载装置加载轧机轴承来产生声发射现象。加载装置只加载并转动轧机，这样仅轴承部件产生声发射信号，避免其它部件产生声发射信号影响检测结果。

　　1.2 声发射传感器

　　该诊断仪使用的是压电式声发射传感器。通过大量频谱分析试验得出GZU轧机轴承故障的频谱在900Hz~1200Hz，所以传感器的截止频率只要大于1200Hz 即可。声发射传感器的前端装有强力磁铁，测量时，将声发射传感器吸附在涂有声耦合剂的轴承的端盖上，即可加载测量。

　　1.3 前置放大器

　　声发射传感器的输出阻抗高，输出信号很弱，为了将信号远距离传送给主放大器进行测量，必须在传感器附近设置前置放大器。

　　1.4 带通滤波器

　　为了避免噪声的影响，可在整个系统的适当位置插入滤波器。因为 GZU 轧机轴承故障的频谱在900Hz~1200Hz，所以选择带宽为 90Hz~1200Hz 的带通滤波器。

　　1.5 阈值比较器

　　为排除低幅度背景噪声及确定系统的灵敏度，对前置放大器的输出，设置高于背景噪声水平的阈值电压。阈值比较器仅将幅度高于阈值电压的信号鉴别为声发射信号，则形成振铃脉冲或事件脉冲。其原理示意图如图2所示。

　　1.6 计数器

　　计数器有两个功能，一是排除尖峰干扰信号，即脉冲宽度小于设定认为干扰信号;另一功能为振铃脉冲计数，其原理如图3所示，RW为上拉电阻，SW为拨码开关，T0~T3用于设置脉冲宽度阈值(单位为 10 微秒)，S0~S3用于设置故障报警时的振铃脉冲计数值。