论机械振动分析仪在轴承检测中的应用

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  摘 要:在分析机械滚动轴承磨损的本质的基础上,从自身的轴承检测经验出发来论述了滚动轴承的几种检测方法,探讨了滚动轴承振动信号检测方法所涉及的内容,并重点探讨了振动诊断技术中所使用的机械振动分析仪应用应该注意的事项,通过案例的方式探讨了轮对轴承状态检测的问题,希望对于今后全方位提升工业化生产中的轴承检测工作水平有所帮助。
  关键词:轴承检测;振动分析;机械振动分析仪;检测方法;检测应用
  
  在现代化的工业生产过程中,磨损而造成的轴承损耗问题经常出现,这种工业中的故障主要是由磨损现象引起,其受到日常保养、润滑工艺、装配工艺以及制造精度等方面的影响,在众多影响因素过程中,旋转磨损则是磨损比例中较大部分。这里重点对于轴承的旋转磨损问题进行探讨,并分析了在采用振动诊断技术中所使用的机械振动分析仪应用中应该注意的问题。
  1 机械滚动轴承磨损的本质
  结合滚动轴承的实际工作特点来看,在频繁运用影响下,存在着工作件表面的腐蚀、脱落等问题,特别是在高温高压的工况影响下,容易出现长期的轴承疲劳运行的状态,造成往往具有较为脆弱的外表面,乃至丧失正常的工作特性。在这种不良工况的影响下,必然严重影响到正常化的生产运行,造成重大损失。
  2 滚动轴承的几种检测方法
  2.1 温度诊断技术
  如果对于轴承表面的温度变化情况进行分析,则可以结合温度的动态变化来进行轴承的磨损程度的检测。结合轴承圈内外表面的磨损、点蚀情况,在较为轻微的影响下,则难以利用温度测试来开展检测工作。因此,这种方式并不适用于早期轴承轻微故障的情况。温度检测只能适合在具有一定的磨损程度,造成轴承润滑不融洽、脱落较为严重且轴承载荷增大明显的情况。
  2.2 油膜诊断技术
  充分利用油膜诊断技术的优势,能结合轴承内外圈电阻的测试,从而判断出轴承磨损程度。一般来说,轴承的内外圈电阻在一定的油膜包围的影响下,都具有相应的电阻值,如果在一定的轴承磨损情况下,则会造成油膜内部分布出现一定变化,通过阻值的变化进而推断出轴承的磨损程度。这种方式较为适用于轴承外露的情况,而难以针对外表皮脱落、压裂、划损等问题进行诊断。
  2.3 振动诊断技术
  轴承振动诊断技术应用较为广泛,主要是借助于轴承表面的损伤,判断其在旋转运动过程中呈现出周期化的规律振动频率情况来进行判断,利用轴承上的传感器来接受相关的信号,从而判断轴承的磨损情况,给出较为准确的测试结果
  。
  3 滚动轴承振动信号检测方法
  3.1 滚动轴承振动信号检测优势
  针对滚动轴承振动信号检测来说,能较为全面来处理轴承中存在着异常现象,具有的优势如下:一是有效进行实时测定;二是能针对早期轴承故障的微小变化进行及时化的诊断;三是考虑到轴承的振动情况,并没有需要特别的振动源;四是有效收集采集信号,具有较为简单的处理措施。
  3.2 振动轴承检测方法及采集
  在进行轴承故障的检测过程中,则应充分重视相关的检测流程,一般来说,主要涉及测试、信号采集、信号分析、提取、决策干预等方面。特别是在进行捕捉信号环节中,主要是涉及以下关键性内容。一是信号采集。借助装置的功能,有效实现轴承工作情况、运行状态中的频率等数据进行监测,以便能更好地进行轴承运行情况反映;二是信号提取。结合轴承运行的情况,利用计算机信息技术来提取相应的状态信号;三是信号整理。借助于信息技术措施来有效筛选整理在不同时间段中的运行状态情况;四是信号诊断。能有效从多方面来判断多种信号,以便更能较为客观真实反映轴承的情况;五是信号决策。从整体来来归纳总结信号处理结果,给予有效的决策评价,涉及相应的控制调整、自诊维修以及继续检测等内容。
  4 振动分析仪使用注意事项
  4.1 灵敏度的设置
  为了保障振动分析仪的准确性要求,则应合理化进行振动分析仪的灵敏度进行设置。一般来说,在电池将要用尽或者初始化的环节,振动分析仪则会存在着重置灵敏度的问题,往往都是恢复为默认状态。在具体的测量实践过程中,用户应从实际情况出发,明确灵敏度参数符合计量的要求,合理化进行参数设置后方可以测量。
  另外,部分用户在进行配置振动分析仪的过程中,涉及多个振动传感器的配置,这种情况下,每个振动传感器与相应的动态信号分析设备存在着不同的灵敏度,这就应保障满足工况要求的灵敏度值,方可以实现测量结果的正确性。同时,用户可开展单独计量振动传感器,以便更好地满足在实际的多个频率下的传感器的灵敏度的要求。特别是如果能够掌握振动主频的情况,则可以有效将频率的灵敏度值输入到振动传感器中,这样方可以进一步实现振动测量准确性的提升。
  4.2 频带宽度及谱线数的设置
  结合振动分析仪能有效进行频带宽度的设置功能,应保障频带宽度超过振动信号的主频,这样才能满足振动信号采集的要求。一般来说,在进行具体的设置过程中,大都是将其设定为大于振动信号主频10倍的频带宽度。在进行振动信号的测量过程中,则是进行振动幅值以及频率的测量,这就应该合理化配置振动分析仪的谱线数,这两种参数的有效设置能有效保障振动信号分析的過程中实现合理化的读数光标的频率间隔,满足频带宽度的要求,谱线数越大则会造成读数光标的频率间隔越小,测量速度也会越低,反之亦然。
  但从实际情况来看,仅仅利用频带宽度和谱线数来进行频率间隔的调整的措施,难以实现频率间隔调整的很小化。结合具体的实际测量来说,振动信号频率并非能够有效按照上述方法来实现频率间隔的调节,这就应发挥振动分析仪中的修正功能。借助于其修正功能,能有效开展深入处理相应的频率间隔部分的振动信号,这样就可以有效保障满足频率和振动幅值的正确测定。在具体的应用实践过程中,则应结合实际情况来合理化发挥好频率和振动幅值的修正功能,这样方可以实现能够将振动信号的真实的频率和振动幅值来进行读取,实现准确性较高的测量要求。   4.3 量程的设置
  为了保障振动分析仪进行测量的有效性,还应充分重视量程的设置方面。部分振动分析仪在进行量程选择中具有自动化特点,能保障相应的测量准确性。但部分振动分析仪则要结合实际情况来进行量程的手动设置,特别是对于量程设置过小的情况下,则难以实现振动信号的峰值的捕捉,造成过载的情况;同样,如果存在着过大的量程,则容易造成欠载的问题,也会降低测量的准确性。
  5 案例分析:轮对轴承状态检测
  这里选择机车的轮对轴承为研究案例,探讨了轮对轴承状态检测工作。在电机驱动装置正常化运行时,则是利用轴承来完成悬挂装置及牵引电机的转动的工作。为了能更好地实现驱动装置组装的要求,一定要充分检测组装质量以及运行状态。这里主要进行检测组装质量则是通过空转试验为主,运行状态监控则是根据走行部件检测来实现。
  5.1 驱动装置组装质量空转检测方式
  针对机车大修环节进行分析,在完成组成轮对电机的基础上,则应有效开展相应的空载试验工作,保障其能够实现60~70km/h的速度,其中,要求牵引电机顺时针(正转)在三十分钟以上来停机。如果存在着牵引电机停稳的情况,这样再进行反转30分钟,要求抱轴箱轴承端温度控制在40℃以下。其中,轴箱外表中部温度则应控制在30℃以下,要求运转环节避免出现异常声音。在此环节也是进行轮驱磨合的内容。
  在具体的作业过程中,完成工序自、互检卡的填写工作。在具体检测空载试验情况下,大都是通过记录卡来进行数据填写,并没有重视现场跟踪作业调查工作。考虑到作业时间较长、所消耗的精力较大,时效性比较差,难以实现预期的监督检查工作要求,更多还是结合作业人员的自身素质能力来保障作业质量。所以,应提出有效的简便的检测方式,实现高质量的管控。
  5.2 检测装置运行轴承实时监控
  将六个传感器探头分别安装在牵引电机、轴箱体、抱轴箱体上,通过这样的布置方式就可以有效来进行轴箱轴承、抱轴箱轴承、电机轴承的实时温度的检测,并能相应判断出相关的轴承状态。并设置相应的两级报警要求,其中,2级则为振动报警,1级则为温升报警。在进行连续2级报警的触发情况下,则应对于轴承状态进行拆解,如果并没有明显异常方可以进一步继续运行;同样,如果出现1级报警的连续触发,则意味着轴承状态的异常,应及时处理,或者更换新轴承后方可以继续运行。
  结合轴箱轴承来说,大都是通过进行轴箱端盖的拆除来进行观察轴承状态。结合抱轴箱组装在主、副轮之间的情况来看,则应进行时需架车的检查,分离轮之后才可开展拆卸工作。
  针对电机轴承的质量异常问题进行分析,也许并非轴承自身方面,很有可能则是通过主动齿轮和从动齿轮啮合不良所引起。在这样的情况下,如果单纯化进行电机轴承的处理,往往难以有效解决质量问题。在进行拆解电机轴承的过程中,所涉及的难度大、作业内容多、效率比较低,如果没有进行轮对拆解能力,则难以有效进行轴承状态检查工作。
  5.3 实用案例
  结合现场通过空转性能检测的轮对电机为案例,借助于机械振动分析仪来实现复验工作,能看出存在着异常化的轴箱轴承振动信号,进一步进行拆解工作,能够看出碾片存在着轴承的内部。借助于进一步分析可以看出,主要是在进行轴承的生产环节中,在进行设备更新的环节中,没有引起诸多方面的重视而造成存在着工艺调整中的问题,从而出现了轴承的批量化质量问题。
  借助于机械振动分析仪能有效对于相应的故障进行提前发现,有效避免了由于检测措施不足而造成的质量管控失效的问题,能保障机车的安全性。
  6 振动诊断在滚动轴承中的诊断及其应用
  随着我国工业化大生产的快速发展,旋转机械越来越多,特别是在民运、军工业、航海、航天、核工业中,对于轴承运行的可靠性、安全性要求越来越高。传统化的检修诊断措施已经难以满足工业化大生产的要求,在这样的背景下,我们则应该充分重视深入检查机械性能、查找潜在问题等方面的工作,并在实践中充分实现现代设备和传感技术相互配合,从而有利于实现有效的故障查找工作。
  在进行轴承振动诊断的过程中,应重视如何实现后备数据库的完善,通过诊断数据能意味着多种故障原因,这就应该充分重视对于轴承运行状态中各种数据进行收集以及整理的工作。结合实际情况,能实现相关轴承存在着问题和数据形成有效的对应关系,借助于先进的信息技术中的故障表等措施,帮助有效实现故障诊断。在此过程中,数据的精确化处理则是研究的重点和难点所在。当前,轴承振动诊断技术具有较为广泛的应用空间,我国大部分轴承检测都是基于这个方面而开展,其具有较广的普及型,能通过测试振动频率的方式来实现轴承运行状态的判断,从而预测出轴承的可靠性情况。
  在轴承振动诊断环节,大部分理论工作都集中于振动精确性、振动性能等方面。主要是结合信号产生机理入手,并探讨了多种环境以及工况要求下的不同信号特征的影响,并能结合信号源在不同轴承运行损伤情况来进行有效的应对以及分组归类处理。这样就能有效处理不同运行状态下的故障类型诊断,并以此构建功能强大的数据库,能有效开展精确化来判断轴承的损伤情况,并能结合实际运行的状况,重点分析比较时域参数指标。借助于仿真模拟以及测试模拟,能有效判断出短时间的波位变换、频率变化情况,从而有效实现非稳定性特征的变换的修正处理。
  7 结语
  综上所述,为了保障在工业化大生产中设备的使用寿命,随着测试技术的发展和轴承振动理论的完善,则应充分重视机械维护以及诊断工作,重视机械故障的探索则是能从源头上找到问题的所在,并能将存在的问题通过数据的形式进行存储,有效实现功能强大的数据库。在新时代的背景下,工业生产一定要充分借助于先进的信息技术优势,能保障计算机和中心进行相应连接,有效开展基于信息技术的神经网络诊断方面的工作,并能优化配套相应的保护装置,或者将信息技术融入到机械振动分析中,分析轴承的特征频率有助于进一步认识振动的本质,时域和频域的信号分析方法为研究轴承振动信号提供了方便,这样才能更好实现对于轴承检测的需求。
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  作者简介:张斌(1972— ),男,汉族,江苏无锡人,高级工程师(机电一体化副高),慈兴集团设备总监、宁波慈兴智能设备公司总经理,研究方向:自动化控制,智能制造、轴承振动及影像检测。宁波市工业提资技术改造专家库专家,多次参与宁波市技术改造评审工作。宁波市智能制造协会专家,多次参与经信局及协会主持的技术评审工作。多次参与浙江省品牌建设联合会举办的“浙江制造”评审工作,2020年个人获浙江机械工业科学技术一等奖。
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