低速重载设备声发射技术检测的现状与发展

    低速重载大型设备工作转速低、载荷大、运行工况呈典型的间歇性且运行中承受较大的冲击载荷。如炼钢转炉空炉重达( 750- 800) t, 炼钢时炉重 1000t 左右, 转炉传动机构—耳轴轴承工作转速为 1r/min, 轴承本身承受的载荷已经很大, 在兑铁水或加废铁时, 还有很大的冲击载荷。又如港口大型装卸机械和高炉无料钟炉顶气密箱等设备的核心部件大型回转支承, 具有直径大( D= 600~5000mm) , 转速低( < 1~2r/min) , 载荷重, 能同时承受轴向力、径向力和倾覆力矩的特点[1]。此类设备不仅维修工期长、费用高, 更为严重的是它将威胁整个企业的正常生产秩序。传统的振动监测诊断技术具有很大的局限性。这里尝试在低速重载设备检测中引入声发射技术来弥补这一缺陷。

    1 现状和存在的问题

    低速重载设备普遍具有零部件几何尺寸大、工作频率低、载荷大且变化范围广、外界冲击信号强、故障信息难以获取等特殊性和技术难度, 相关研究相对较少, 可资借鉴的国外科技文献非常有限, 且发表年限大多集中于 20 世纪 90 年代。

    Kuboyama K.总结了低速重载设备监测诊断中面临地困难:设备转速低于 100rpm 时, 振动能量很低且周期长, 此类设备的监测诊断显得异常困难, 同时给出了峰值电平微分法, 用于同类同尺寸滚动轴承的状态比较, 属于典型的类比法, 成功检测到某轴承内圈表面剥落, 但未详细说明所用测试装置类型及传感器的特征, 且类比法在很多场合未必实用。J.Mathew等人将共振解调理论用于低速滚动轴承的故障诊断, 研究结果表明共振解调振动信号可以作为低速重载设备的信息载体。R.G.Canada 等人利用模拟积分器将高频噪声与低频特征信号进行有效分离和低频校正, 开发了低速旋转机械的 SST( SlowSpeed Technology) 测试方法, 认为可以进行 10r/min 以下的振动测量, 并基于此提出了低速设备的振动监测方法, 但该方法建立在足够长时间的连续数据采集, 对于间歇性的低速重载设备的有效性尚有待检验。某大学对大型回转支承振动信号的时域能量值、冲击脉冲延迟时序、峰峰值变化量以及频域的全频带能量和高频带能量进行了研究, 取得了一定效果, 该方法对判断设备大致状态具有一定效果, 而对早期故障诊断和故障准确定位没有阐述[2]。北方工业大学分析了低速重载轴承的故障特点及其诊断方法, 分别就内圈障、外圈故障、滚动体故障、保持架故障的诊断方法以及故障的严重程度的判断进行了讨论[3]。某大学提出了利用同态滤波方法对低速轴齿轮故障特征进行提取的方法, 提出了利用小波包分析与同态滤波相结合对低速重载齿轮箱的低频故障特征进行提取的观点[4], 其前提是设备振动信号中要包含明显的调制成份。武汉理工大学综合时域分析、频域分析、小波分析的多个参数来识别其故障[5]。武汉科技大学将共振解调方法和时域分析方法、局部投影降噪算法、广义谐波小波结合, 用于斗轮式堆取料机回转支承、转炉耳轴轴承等设备的故障诊断, 为共振解调技术在低速重载设备故障诊断中的应用提供了很好的借鉴[6]。某大学采用小波分解技术对实时监测的振动数据进行处理, 并定义了小波分层突变系数作为判别低转频微冲击故障隐患的特征值, 有效刻画出故障部件的劣化过程, 取得了一定效果。