振动监测及故障诊断在设备维修中的应用

　　1　引言

　　振动监测是通过监测振动位移、速度、加速度等参量,将测得的数值与标准值进行对比分析,来判断设备运行状况,对异常状态做出报警,为故障分析提供基础。故障诊断则是根据监测数据,对设备可能要发生的故障进行预报、分析和判断,确定故障的类型、部位、程度等,为检修提供依据。

　　2　振动信号的监测

　　2.1　监测点的选取

　　由振动力学知道,V=F·yv(V—速度;F—外力;yv—速度导纳)

　　与速度导纳yv相对应,有位移导纳yD和加速度导纳yA。因系统各点的质量、刚度和阻尼均不相同,外力引起各点的运动量是不相同的,即使同一点,在各个方向的运动量也不相同。为了更灵敏地反映出振源的激振力,应按以下原则选择测点:

　　(1)选择信号传递路线最短的位置,并尽量减少中间环节。

　　(2)选择刚性支承点,如机座、轴承座。

　　(3)必须固定测点位置和监测方向。

　　2.2　监测参数的选取

　　振动描述有位移、速度、加速度三个参量,在数学关系上表示为:

d(t)-振动瞬时位移;V(t)-振动瞬时速度;α(t)-振动瞬时加速度;

　　以单一频率的简谐振动为例:

上式中Dm、Vm、Am分别为位移、速度、加速度的幅值。

　　从上式可看出,位移幅值一定时,速度幅值与频率成正比,加速度幅值与频率的平方成正比;加速度幅值一定时,速度幅值与频率成反比,位移幅值与频率的平方成反比;即加速度对高频敏感,位移对低频敏感。所以在进行低频类故障(不平衡、不对中等)监测和诊断时,应选取位移参量;在进行高频类故障(滚动轴承、齿轮箱故障等)监测和诊断时,应选取加速度参量;而在进行宽频带内设备监测和诊断时,应选取速度参量。

　　3　状态趋势分析

　　状态监测的目的不仅是确定设备目前处于何种状态,还为了进行趋势分析,预测设备尚可安全运行期限,以指导设备检修。

　　如洛阳机务段的不落轮对镟床,是一台集电、机械、液压为一体的重型专用机床,因使用率高,且无替代设备,计划小修周期为1个月。采用状态监测后,将齿轮箱中Ⅱ轴齿轮振动加速度注意值和危险值定为1.5 mm²/s和3.0mm²/s。自2002年11月测点振动一直正常,至2003年3月达到注意值,经曲线拟合(如图1)可知,在2003年4月将达到危险值,需停机检修。通过状态监测,小修周期由原来的1个月延长至5个月,即确保了安全生产,又减少了停机检修时间,增加了经济效益。

　　4　振动频谱分析在转子系统故障诊断中的应用