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振動(dòng)故障診斷及頻譜分析-振迪檢測(cè)

文/ 發(fā)布于 : 2024-07-03    瀏覽次數(shù):4377

在振動(dòng)故障診斷領(lǐng)域,頻譜分析雖為重要手段,但也有其局限性和片面性,它只是我們?cè)\斷故障的工具和依據(jù)之一。比如,在振動(dòng)故障診斷中,對(duì)電流的監(jiān)測(cè)可有效判斷因流量不足引發(fā)的振動(dòng);對(duì)壓力的監(jiān)測(cè)可有效判斷泵氣蝕及流道等問(wèn)題導(dǎo)致的振動(dòng)。從不同角度審視問(wèn)題,所獲取的信息往往是局部的,對(duì)于一種故障的判斷,通常需要多種特征參數(shù)相互印證。以下內(nèi)容僅針對(duì)頻譜分析展開:

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一、要獲取精準(zhǔn)的故障診斷結(jié)果,首要之務(wù)是確保所采集頻譜的準(zhǔn)確、完整與有效。在進(jìn)行頻譜分析前,需確認(rèn)以下要點(diǎn):

1、在測(cè)量頻譜及展開分析前,應(yīng)實(shí)施外觀檢測(cè),比如對(duì)地腳的檢測(cè)。若地腳松動(dòng),可能影響到對(duì)中;對(duì)于落地式軸承座的電機(jī),可能影響氣隙;對(duì)于軸瓦設(shè)備可能導(dǎo)致間隙問(wèn)題,這些狀況都會(huì)如實(shí)呈現(xiàn)在頻譜上,待松動(dòng)螺栓緊固后,異?,F(xiàn)象消失。簡(jiǎn)易的外觀檢測(cè)能避免諸多誤診情形。

此外,一臺(tái)機(jī)器上有可能檢測(cè)到源自附近另一臺(tái)機(jī)器的振動(dòng)。所以要排除外來(lái)激振源引發(fā)的頻率響應(yīng),以防給頻譜分析造成困擾。

2、明確頻譜的來(lái)源。進(jìn)行故障診斷時(shí),必須在水平、垂直和軸向方向獲取數(shù)據(jù)。若問(wèn)題屬于徑向載荷,就必須在徑向方向采集數(shù)據(jù),例如雙支撐轉(zhuǎn)子的不平衡。倘若問(wèn)題是軸向加載方面的,則必須在軸向方向獲取數(shù)據(jù),像滾動(dòng)軸承和角度不對(duì)中會(huì)產(chǎn)生軸向振動(dòng)。

而且,要在整臺(tái)設(shè)備的每個(gè)軸承上采集數(shù)據(jù),例如電機(jī)兩端的滾動(dòng)軸承,若其中一個(gè)軸承存在缺陷,兩端軸承或許都會(huì)有軸承故障信號(hào)。通常能通過(guò)從兩端獲取數(shù)據(jù)來(lái)識(shí)別有缺陷軸承的位置,鑒于高頻信號(hào)的強(qiáng)衰減特性,有故障的一端故障信號(hào)會(huì)明顯強(qiáng)于另一端軸承。當(dāng)然,有時(shí)管道、支撐等的數(shù)據(jù)采集也是不可或缺的。

3、合理選擇測(cè)量參數(shù)。位移、速度、加速度的頻率響應(yīng)曲線決定了其應(yīng)用場(chǎng)景,位移測(cè)量適用于低頻故障;加速度針對(duì)高頻故障;速度適用于 10~2000HZ 的測(cè)量,甚至到 4000HZ 仍可使用,所以對(duì)于高頻故障,速度、加速度都應(yīng)進(jìn)行測(cè)量。

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4、科學(xué)設(shè)置分辨率。針對(duì)不同的故障要設(shè)定恰當(dāng)?shù)姆直媛剩紫扰袛嘣撛O(shè)備可能出現(xiàn)的故障需要何種分辨率,若不了解,那么在采集數(shù)據(jù)時(shí)就需設(shè)置充足的分辨率,因?yàn)閿?shù)據(jù)若未獲得足夠分辨率來(lái)識(shí)別問(wèn)題,可能導(dǎo)致誤診,像齒輪、軸承、電機(jī)故障的邊帶問(wèn)題。帶寬的設(shè)置需涵蓋被測(cè)量設(shè)備的所有故障的基頻及諧頻。

5、頻譜分析要與時(shí)域分析相結(jié)合。頻譜是振幅與頻率的關(guān)系圖,包含頻率、諧波、次諧波以及和頻和差頻等。然而,從時(shí)域轉(zhuǎn)換到頻域的過(guò)程中,會(huì)丟失部分信息,比如相位、脈沖的真實(shí)振幅、脈沖的性質(zhì)等。

時(shí)間信號(hào)是幅值與時(shí)間的關(guān)系圖,該信號(hào)涵蓋所有頻率、諧波和次諧波,這些頻率的相位關(guān)系也包含其中,還存在脈沖、幅值調(diào)制、頻率調(diào)制、截?cái)嗪褪д?。正因時(shí)域轉(zhuǎn)換到頻域時(shí)會(huì)丟失一些有價(jià)值的數(shù)據(jù),所以對(duì)于不同問(wèn)題會(huì)呈現(xiàn)相同或相似的故障頻譜,準(zhǔn)確診斷需要時(shí)域信號(hào)的分析。

關(guān)于時(shí)域波形的分析將在《振動(dòng)診斷——時(shí)域波形分析》中詳細(xì)說(shuō)明。

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二、機(jī)械振動(dòng)的頻譜分析,本質(zhì)在于計(jì)算設(shè)備能夠產(chǎn)生的頻率并測(cè)量機(jī)械實(shí)際產(chǎn)生的頻率,然后將二者關(guān)聯(lián)起來(lái),從而識(shí)別出振動(dòng)問(wèn)題。

1、一般而言,頻譜中頻率的來(lái)源包括:激勵(lì)頻率、固有頻率、隨機(jī)頻率,當(dāng)然也可能存在因測(cè)量等因素導(dǎo)致的虛假信號(hào)。有時(shí)頻譜中或許存在一些微小的諧波,這些可能是由機(jī)器或其他振源中極小的非線性引發(fā)的,通常不被視作問(wèn)題。

2、部分頻率可能在多數(shù)采集的頻譜中存在,但并不意味著一定存在振動(dòng)問(wèn)題。如不平衡、葉片通過(guò)頻率、齒輪嚙合頻率等,在特定的幅值要求范圍內(nèi),我們通常認(rèn)為是可接受的,但前提是它們不存在邊帶;不過(guò)有些頻率的出現(xiàn)則表明設(shè)備存在振動(dòng)問(wèn)題,比如滾動(dòng)軸承各部件的振動(dòng)頻率或產(chǎn)生的頻率受到其它頻率的調(diào)制時(shí)。

3、某些頻率可能由多種問(wèn)題導(dǎo)致。例如,轉(zhuǎn)速頻率可能由松動(dòng)、不平衡、軸彎曲、不對(duì)中、共振、軟腳、外殼變形等原因引起。

4、當(dāng)存在兩個(gè)或多個(gè)頻率時(shí),首先要判別其因果關(guān)系,若不存在因果關(guān)系,說(shuō)明存在兩個(gè)或多個(gè)獨(dú)立問(wèn)題。若存在因果關(guān)系,可能只是一個(gè)問(wèn)題,例如,在振幅調(diào)制中可能存在兩個(gè)或多個(gè)頻率,但卻只是一個(gè)問(wèn)題。

5、固有頻率通常以單個(gè)頻率的形式呈現(xiàn),但也存在一種較為少見的情況,即固有頻率表現(xiàn)為一個(gè)頻帶,帶寬由阻尼決定,譜線之間的差頻是激勵(lì)源。

6、當(dāng)頻譜中出現(xiàn)多個(gè)頻率時(shí),仍要明確因果關(guān)系,若為邊頻,通常邊頻指示的就是問(wèn)題所在。比如,齒輪嚙合頻率的邊頻通常為問(wèn)題軸或齒輪的轉(zhuǎn)速頻率。

7、噪聲也被稱為隨機(jī)信號(hào),其分為兩種形態(tài),即無(wú)故障和故障形態(tài),出現(xiàn)故障時(shí)一些較高的頻率可能表現(xiàn)為寬帶噪聲,通常是由嚴(yán)重的松動(dòng)引起的。滾動(dòng)軸承嚴(yán)重?fù)p壞及水泵發(fā)生氣蝕時(shí)也會(huì)表現(xiàn)為高頻噪聲。