故障診療設(shè)備動(dòng)態(tài)信號(hào)分析

1、故障診療設(shè)備動(dòng)態(tài)信號(hào)分析 檢測(cè)到的信號(hào)是隨機(jī)的，它蘊(yùn)含了系統(tǒng)狀態(tài)的重要信 息，一般難以直接地從它外部變化，觀察出系統(tǒng)內(nèi)部的規(guī)律。首先用合適的儀器和分析方法研究特征量的變化規(guī)律-去偽存真；選擇對(duì)工況狀態(tài)最敏感的特征量-去粗取精 特征分析的結(jié)果是否正確、可靠，特征量的選擇是否合理，在很大程度上決定了狀態(tài)識(shí)別的正確性。動(dòng)態(tài)信號(hào)分析原理與應(yīng)用動(dòng)態(tài)信號(hào)分析原理與應(yīng)用時(shí)域統(tǒng)計(jì)分析 平均值平均值描述信號(hào)的穩(wěn)定分量，又稱直流分量。 渦流傳感器的故障診斷系統(tǒng)中，其初始安裝間隙構(gòu)成了初始信號(hào)平均值初始直流電壓分量。NiitxNX1)(1時(shí)域統(tǒng)計(jì)特征指標(biāo)只能反映機(jī)械設(shè)備的總體運(yùn)轉(zhuǎn)狀態(tài)是否正常，因而在設(shè)備故障診斷系統(tǒng)

2、中用于故障監(jiān)測(cè)，趨用于故障監(jiān)測(cè)，趨勢(shì)預(yù)報(bào)勢(shì)預(yù)報(bào)。動(dòng)態(tài)信號(hào)分析原理與應(yīng)用 均方值、有效值均方值與有效值用于描述振動(dòng)信號(hào)的能量。 均方值 有效值Xrms又稱均方根值，是機(jī)械故障診斷系統(tǒng)中用于判別運(yùn)轉(zhuǎn)狀態(tài)是否正常的重要指標(biāo)。因?yàn)橛行е礨rms描述振動(dòng)信號(hào)的能量，穩(wěn)定性、重復(fù)性好，因而當(dāng)這項(xiàng)指標(biāo)因而當(dāng)這項(xiàng)指標(biāo)超出正常值（故障判定限）較多時(shí)，可以肯定機(jī)械存在故超出正常值（故障判定限）較多時(shí)，可以肯定機(jī)械存在故障隱患或故障。障隱患或故障。NiirmstxNX122)(1動(dòng)態(tài)信號(hào)分析原理與應(yīng)用若有效值Xrms的物理參數(shù)是速度（mm/s），就成為用于判定機(jī)械狀態(tài)等級(jí)的振動(dòng)烈度指標(biāo)。 在對(duì)一般轉(zhuǎn)動(dòng)設(shè)備進(jìn)行振動(dòng)監(jiān)

3、測(cè)時(shí)，應(yīng)測(cè)量振動(dòng)速度的有效值（并要求在靠近軸承位置處的水平、垂直、軸向三個(gè)方向上進(jìn)行測(cè)量，取最大值），因?yàn)橹挥姓駝?dòng)烈度才有振動(dòng)標(biāo)準(zhǔn)可以參照（大機(jī)組不完全如此），評(píng)定機(jī)器運(yùn)轉(zhuǎn)狀態(tài)的優(yōu)劣時(shí)才能做到有據(jù)可依。動(dòng)態(tài)信號(hào)分析原理與應(yīng)用 峰值、峰值指標(biāo)通常峰值Xp是指振動(dòng)波形的單峰最大值。由于它是一個(gè)時(shí)不穩(wěn)參數(shù)，不同的時(shí)刻變動(dòng)很大。 在機(jī)械故障診斷系統(tǒng)中采取如下方式以提高峰值指標(biāo)的穩(wěn)定性：在一個(gè)信號(hào)樣本的總長(zhǎng)中，找出絕對(duì)值最大的10個(gè)數(shù)，用這10個(gè)數(shù)的算術(shù)平均值作為峰值Xp。 峰值指標(biāo)Ip 峰值指標(biāo)Ip是用來(lái)檢測(cè)信號(hào)中是否存在沖擊的統(tǒng)計(jì)指標(biāo)。由于峰值Xp的穩(wěn)定性不好，對(duì)沖擊的敏感度也較差，因此在故障診斷系

4、統(tǒng)中，逐漸被峭度指標(biāo)所取代。rmsprmspXXXXImax動(dòng)態(tài)信號(hào)分析原理與應(yīng)用 脈沖指標(biāo) 脈沖指標(biāo)Cf 脈沖指標(biāo)Cf和峰值指標(biāo)Ip都是用來(lái)檢測(cè)信號(hào)中是否存在沖擊的統(tǒng)計(jì)指標(biāo)。l 波形指標(biāo)XXXXCpfmax| XXSrmsf動(dòng)態(tài)信號(hào)分析原理與應(yīng)用 峭度指標(biāo)峭度指標(biāo)Cq反映振動(dòng)信號(hào)中的沖擊特征。 峭度指標(biāo)Cq 峭度指標(biāo)Cq對(duì)信號(hào)中的沖擊特征很敏感，正常情況下應(yīng)該其值在3左右，如果這個(gè)值接近4或超過(guò)4，則說(shuō)明機(jī)械的運(yùn)動(dòng)狀況中存在沖擊性振動(dòng)。一般情況下是間隙過(guò)大、滑動(dòng)副表面存在破碎等原因。441)(1rmsNiiqXxxNC峭度動(dòng)態(tài)信號(hào)分析原理與應(yīng)用 歪度（斜度）指標(biāo)歪度指標(biāo)Cw反映振動(dòng)信號(hào)的非對(duì)

5、稱性。 歪度指標(biāo)Cw 由于存在著某一方向的摩擦或碰撞，造成振動(dòng)波性的不對(duì)稱，使歪度指標(biāo)Cw增大。331)(1rmsNiiwXxxNC歪度動(dòng)態(tài)信號(hào)分析原理與應(yīng)用 裕度指標(biāo)裕度指標(biāo)Ce用于檢測(cè)機(jī)械設(shè)備的磨損情況。 裕度指標(biāo)Ce 若歪度指標(biāo)變化不大，有效值Xrms與平均值的比值增大，說(shuō)明由于磨損導(dǎo)致間隙增大，因而振動(dòng)的能量指標(biāo)有效值Xrm比平均值增加快，其裕度指標(biāo)Ce也增大了。XXCrmse動(dòng)態(tài)信號(hào)分析原理與應(yīng)用脈沖指標(biāo)Cf、峰值指標(biāo)Ip和峭度指標(biāo)Cq都對(duì)沖擊脈沖類故障比較敏感，特別是當(dāng)故障早期發(fā)生時(shí)，它們有明顯的增加；但上升到一定程度后，隨故障的逐漸發(fā)展，反而會(huì)下降，表明他們對(duì)早期故障有較高的敏感

6、性，但穩(wěn)定性不好。有效值Xrms（均方根值）的穩(wěn)定性較好，但對(duì)早期故障信號(hào)不敏感。所以為了取得較好效果，常將它們同時(shí)應(yīng)用，以兼顧敏感性和穩(wěn)定性。參數(shù)敏感性穩(wěn)定性參數(shù)敏感性穩(wěn)定性波形指標(biāo)差好裕度指標(biāo)好一般峰值指標(biāo)一般一般峭度指標(biāo)好差脈沖指標(biāo)較好一般有效值較差較好動(dòng)態(tài)信號(hào)分析原理與應(yīng)用時(shí)域統(tǒng)計(jì)指標(biāo)的運(yùn)用注意時(shí)域統(tǒng)計(jì)指標(biāo)的運(yùn)用注意以上的各種統(tǒng)計(jì)指標(biāo)，在故障診斷中不能孤立的看，需要相互映證。同時(shí)還要注意和歷史數(shù)據(jù)進(jìn)行比較，根據(jù)趨勢(shì)曲線作出判別。在流程生產(chǎn)工業(yè)中，往往有這樣的情況，當(dāng)發(fā)現(xiàn)設(shè)備的情況不好，某項(xiàng)或多項(xiàng)特征指標(biāo)上升，但設(shè)備不能停產(chǎn)檢修，只能讓設(shè)備帶病運(yùn)行。當(dāng)這些指標(biāo)從峰值跌落時(shí)，往往預(yù)示某個(gè)零

7、件已經(jīng)損壞，若這些指標(biāo)（含其它指標(biāo)）再次上升，則預(yù)示大的設(shè)備故障將要發(fā)生。動(dòng)態(tài)信號(hào)分析原理與應(yīng)用動(dòng)態(tài)信號(hào)分析原理與應(yīng)用動(dòng)態(tài)信號(hào)分析原理與應(yīng)用趨勢(shì)分析 特征數(shù)據(jù)值和預(yù)報(bào)值按一定的時(shí)間順序排列起來(lái)進(jìn)行分析?？梢允峭l振動(dòng)、1X1X振幅、2X2X振幅、振幅、軸心位置等，時(shí)間順序可以按前后各次采樣、按小時(shí)、按天等。動(dòng)態(tài)信號(hào)分析原理與應(yīng)用動(dòng)態(tài)信號(hào)分析原理與應(yīng)用 在分析振動(dòng)譜圖時(shí)，有兩條原則：（1）頻率形態(tài)（大小及其變化等）代表故障類型；（2）幅值代表故障劣化程度。 在觀察頻譜圖，作故障診斷分析時(shí)，應(yīng)注意以下要點(diǎn)：（1）首先注意那些幅值比過(guò)去有顯著變化的譜線，它的頻率對(duì)應(yīng)那一個(gè)部件的特征頻率。（2）觀察那

8、些幅值較大的譜線，它們是機(jī)械設(shè)備振動(dòng)的主要因素，這些譜線的頻率所對(duì)應(yīng)的運(yùn)動(dòng)零部件。（3）注意與轉(zhuǎn)頻有固定比值關(guān)系的譜線，它們是與機(jī)械運(yùn)動(dòng)狀態(tài)有關(guān)的狀態(tài)信息。它們之中是否存在與過(guò)去相比發(fā)生了變化的譜線。動(dòng)態(tài)信號(hào)分析原理與應(yīng)用利用功率譜對(duì)發(fā)動(dòng)機(jī)活塞間隙進(jìn)行診斷 拖拉機(jī)發(fā)動(dòng)機(jī)在不同的活塞缸套間隙下的噪聲功率譜動(dòng)態(tài)信號(hào)分析原理與應(yīng)用 發(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速為1300r/min，處于滿載運(yùn)行的情況。 圖中曲線相當(dāng)于活塞與缸套間隙為、的情況。 在的頻帶內(nèi)，雖然總的趨勢(shì)與其他譜峰相同，但間隙變化的影響很小； 在9kHz的譜峰處，其功率譜幅值與活塞、缸套間的間隙無(wú)關(guān)； 在和的譜峰處，功率譜幅值受間隙的影響最大。因此，對(duì)這

9、兩頻率處的功率譜幅值進(jìn)行監(jiān)測(cè)，即可診斷出活塞間隙的大小。動(dòng)態(tài)信號(hào)分析原理與應(yīng)用故障：軸承內(nèi)圈疲勞點(diǎn)蝕。內(nèi)圈和保持架表層剝落嚴(yán)重，滾動(dòng)體過(guò)度磨損主推力軸承存在著典型的故障特征頻率，其中頻率93.75Hz 為軸承內(nèi)圈損傷時(shí)的特征頻率，而 ，106.25Hz=93.75+12.50 為的邊頻。同時(shí)存在二倍頻、三倍頻280Hz等諧波及邊頻帶動(dòng)態(tài)信號(hào)分析原理與應(yīng)用功率譜倒譜動(dòng)態(tài)信號(hào)分析原理與應(yīng)用用倒頻譜診斷齒輪故障齒輪箱輸入軸轉(zhuǎn)頻為：118Hz，輸出軸轉(zhuǎn)頻為48Hz動(dòng)態(tài)信號(hào)分析原理與應(yīng)用動(dòng)態(tài)信號(hào)分析原理與應(yīng)用動(dòng)態(tài)信號(hào)分析原理與應(yīng)用包絡(luò)解調(diào)原理：故障所引起的低頻沖擊脈沖激起了高頻共振波形，對(duì)它進(jìn)行包絡(luò)、檢

10、波、低通濾波（即解調(diào)），會(huì)獲得一個(gè)對(duì)應(yīng)于低頻沖擊的而又放大并展寬的共振解調(diào)波形。動(dòng)態(tài)信號(hào)分析原理與應(yīng)用動(dòng)態(tài)信號(hào)分析原理與應(yīng)用動(dòng)態(tài)信號(hào)分析原理與應(yīng)用包絡(luò)幅值解調(diào)在精軋機(jī)齒輪故障診斷中的應(yīng)用 包絡(luò)波形時(shí)域波形動(dòng)態(tài)信號(hào)分析原理與應(yīng)用包絡(luò)譜正常軸承的包絡(luò)頻譜圖正常軸承的時(shí)域波形、頻譜圖動(dòng)態(tài)信號(hào)分析原理與應(yīng)用滾動(dòng)軸承典型故障包絡(luò)譜分析沒(méi)有沖擊，變化緩慢頻率成分多集中在低頻段值較小某內(nèi)圈剝落軸承加速度信號(hào)的包絡(luò)譜圖某內(nèi)圈剝落軸承加速度信號(hào)的時(shí)域波形和頻譜圖動(dòng)態(tài)信號(hào)分析原理與應(yīng)用內(nèi)圈故障頻率的各階倍頻處有幅值逐漸下降的譜線，各階倍頻兩旁有軸轉(zhuǎn)頻的調(diào)制譜線頻帶出現(xiàn)大量峰群，能量基本上集中在中頻段某外圈剝落軸承

11、加速度信號(hào)的包絡(luò)譜圖某外圈剝落軸承加速度信號(hào)的時(shí)域波形和頻譜圖動(dòng)態(tài)信號(hào)分析原理與應(yīng)用高頻衰減振動(dòng)以軸承故障特征頻率間隔的離散譜線高頻成分占主要地位，能量集中在中頻段某滾動(dòng)體剝落軸承加速度信號(hào)的包絡(luò)譜圖某滾動(dòng)體剝落軸承加速度信號(hào)的時(shí)域波形和頻譜圖動(dòng)態(tài)信號(hào)分析原理與應(yīng)用滾動(dòng)體的公轉(zhuǎn)頻率對(duì)滾動(dòng)體故障頻率的各階倍頻調(diào)制能量集中在中、高頻帶動(dòng)態(tài)信號(hào)分析原理與應(yīng)用轉(zhuǎn)速譜分析 轉(zhuǎn)速譜陣是以轉(zhuǎn)速為第三維繪制的頻譜曲線集合，它可以形象地展現(xiàn)旋轉(zhuǎn)機(jī)械振動(dòng)信號(hào)頻譜隨轉(zhuǎn)速的變化規(guī)律。 轉(zhuǎn)速譜陣圖有兩種表現(xiàn)形式：以色彩表示頻譜幅值的平面彩圖和以三維尺度表示頻譜幅度的立體瀑布圖。 轉(zhuǎn)速譜陣圖上可以清楚地顯示基頻、2 倍頻

12、、3 倍頻各個(gè)分量隨轉(zhuǎn)速升高時(shí)的分布圖像，這些倍頻分量構(gòu)成的“山脈”都是通過(guò)原點(diǎn)的直線，在不同的轉(zhuǎn)速下“山脈”的高度會(huì)有起伏變化。此外圖上還有不連續(xù)的部分半頻成分，以及與轉(zhuǎn)速無(wú)關(guān)的分量。動(dòng)態(tài)信號(hào)分析原理與應(yīng)用轉(zhuǎn)子啟停機(jī)轉(zhuǎn)速譜陣 與轉(zhuǎn)速無(wú)關(guān)的分量位于一臨界轉(zhuǎn)速對(duì)應(yīng)的頻率上，它與基頻成分的交點(diǎn)就是第一階臨界轉(zhuǎn)速的位置，此處的振幅較大，它與半頻成分的交點(diǎn)上可能會(huì)出現(xiàn)一小段的半頻成分，即引起了半頻油膜渦動(dòng)。動(dòng)態(tài)信號(hào)分析原理與應(yīng)用轉(zhuǎn)子啟停機(jī)轉(zhuǎn)速譜陣動(dòng)態(tài)信號(hào)分析原理與應(yīng)用利用瀑布圖可以判斷機(jī)器的臨界轉(zhuǎn)速、振動(dòng)原因和阻尼大小動(dòng)態(tài)信號(hào)分析原理與應(yīng)用動(dòng)態(tài)信號(hào)分析原理與應(yīng)用圖中我們可以看到，基頻振動(dòng)在1000r/

13、min和2700r/min附近出現(xiàn)高峰，這對(duì)應(yīng)于轉(zhuǎn)子的第一階和第二階臨界轉(zhuǎn)速。在2000r/imn以下，譜圖上有半頻振動(dòng)成分，這是軸承的油膜渦動(dòng)，但幅值很小，在轉(zhuǎn)速超過(guò)2000r/min以后，半速渦動(dòng)固定為1000min-1頻率下的渦動(dòng)，當(dāng)轉(zhuǎn)速上升到2600r/min附近時(shí)，出現(xiàn)了油膜振蕩，幅值急劇增大，但頻率始終保持在1000min-1，亦即等于轉(zhuǎn)子第一臨界轉(zhuǎn)速。 動(dòng)態(tài)信號(hào)分析原理與應(yīng)用轉(zhuǎn)子階次譜陣分析 頻譜圖是以頻率為橫坐標(biāo)的，因此隨著轉(zhuǎn)速的變化，旋轉(zhuǎn)機(jī)械的各階分量對(duì)應(yīng)的頻率是變化的，因此在時(shí)間譜陣和轉(zhuǎn)速譜陣中的各階成分都是隨轉(zhuǎn)速變化而在頻率軸上移動(dòng)。 階次譜則是以階次為橫坐標(biāo)，即基頻階次

14、總是為1，2 倍頻階次總是為2，依次類推，不論轉(zhuǎn)速是否變化，階次總是不變的，因此在階次譜上各階分量在橫坐標(biāo)上是保持不變。 以轉(zhuǎn)速為第三維繪制的階次譜集合就可以得到階次譜陣，在轉(zhuǎn)速變化的情況下，可以方便地檢測(cè)各階倍頻分量的變化，并通過(guò)階次切片圖，直接提取各階次振動(dòng)量隨轉(zhuǎn)速變化的曲線。動(dòng)態(tài)信號(hào)分析原理與應(yīng)用階次譜陣動(dòng)態(tài)信號(hào)分析原理與應(yīng)用階次切片動(dòng)態(tài)信號(hào)分析原理與應(yīng)用 階次分析可以通過(guò)兩種方式進(jìn)行。 一種為傳統(tǒng)的等相位采樣，即通過(guò)硬件裝置保證轉(zhuǎn)子每一轉(zhuǎn)的時(shí)間內(nèi)總是進(jìn)行固定次數(shù)的采樣，但這種等相位采樣得到的數(shù)據(jù)，由于不是等時(shí)間間隔的，因此不能用于其它各種時(shí)域和頻譜分析。 另一種方法則是使用普通的等時(shí)間間隔采樣方式，然后通過(guò)先進(jìn)的數(shù)據(jù)重構(gòu)（數(shù)字重采樣）技術(shù)獲得階次譜，這種方法使用起來(lái)更加方便，其采樣的數(shù)據(jù)波形也可以應(yīng)用與其它各種分析中。動(dòng)態(tài)信號(hào)分析原理