滾動軸承的實(shí)用監(jiān)測技術(shù)——沖擊脈沖法

1、1滾動軸承的實(shí)用監(jiān)測技術(shù)沖擊脈沖法一、滾動軸承故障診斷技術(shù)的發(fā)展?jié)L動軸承是旋轉(zhuǎn)機(jī)器中的重要零件， 在各機(jī)械部門中應(yīng)用最為廣泛。 因它具有一系列顯 著的優(yōu)點(diǎn)，例如：摩擦系數(shù)小，運(yùn)動精度高，對潤滑劑的粘度不敏感，在低速下也能承受載 荷。有些軸承還能同時(shí)承受徑向和軸向力， 但是，滾動軸承也是機(jī)器中最易損壞的零件之一。 據(jù)統(tǒng)計(jì)，旋轉(zhuǎn)機(jī)械的故障有30%是由軸承引起的。所以對滾動軸承的故障監(jiān)測和診斷一直 是近年來國內(nèi)外發(fā)展機(jī)械故障診斷技術(shù)的重點(diǎn)。其發(fā)展?fàn)顩r如下：最原始的方法是將聽音棒(或螺絲刀)接觸軸承座部位，靠聽覺來判斷有無故障。雖然訓(xùn)練有素的人能覺察到軸承剛發(fā)生的疲勞剝落與損傷部位，但受主觀因素的影響

2、較大。出現(xiàn)各種測振儀后，可用振動位移、速度或加速度的均方根值或峰值來判斷軸承有無 故障，這可減少對人為經(jīng)驗(yàn)的依賴。但仍很難發(fā)現(xiàn)早期故障。60年代瑞典一公司發(fā)明了沖擊脈沖計(jì)(Shock Pulse Meter)來檢測軸承損傷，既快 速、簡單又準(zhǔn)確，代表儀器是MEPA-10A；SPM-43A。70年代日本新日鐵株式會社研制了MCV-021A機(jī)器檢測儀(Machine Checker),可分別在低頻、 中頻和高頻段檢測軸承的異常信號。 另有油膜檢查儀， 可探測油膜狀況而對其潤 滑狀態(tài)進(jìn)行監(jiān)測。80年代日本精工公司(NSK相繼研制了軸承監(jiān)視儀NB-1、NB-2、NB-3、NB-4型。利用1KFZ15K

3、FZ范圍內(nèi)的軸承振動信號，測量其RMS直和峰值來檢測軸承的故障。由于去掉了低頻干擾，靈敏度有所提高，其中還有報(bào)警設(shè)置。隨著對滾動軸承的運(yùn)動學(xué)、 動力學(xué)的深入研究， 對軸承的振動信號中的頻率成分和軸承零件的幾何尺寸及缺陷類型的關(guān)系有了較清楚的了解。加之，快速付里葉變換技術(shù)的發(fā)展， 開創(chuàng)了用頻域分析方法來檢測和診斷軸承的故障。以上研究奠定了這方面的理論基礎(chǔ)， 現(xiàn)已有多種信號處理技術(shù)用于滾動軸承的故障診斷 和監(jiān)測。如頻率細(xì)化技術(shù)、倒頻譜、色絡(luò)譜等，在信號預(yù)處理上采用了各種濾波技術(shù)，如相 干波，自適應(yīng)濾波等，提高了診斷靈敏度。2除了用振動信號監(jiān)測軸承外，還發(fā)展了其它技術(shù)。如，油污染分析法(光譜測定、磁

4、屑3探測和鐵譜分析），聲發(fā)對法，聲響診斷和電阻法等，使用得最廣泛的還是振動監(jiān)測法，其中沖擊脈沖法又是最受歡迎的一種檢測診斷方法。二、沖擊脈沖技術(shù)的發(fā)展及國內(nèi)跟蹤該技術(shù)的現(xiàn)狀1.沖擊脈沖法原理 （瑞典人發(fā)明，在美國獲得專利）對軸承壽命影響很大的因素是安裝、工作狀況和維修保養(yǎng)， 為了防止軸承的突然損壞造成的后果最理想的辦法是隨時(shí)掌握軸承的工作狀態(tài)，過去，為此目的試用過測溫、 測振和測聲的方法，現(xiàn)在發(fā)明了一種新方法沖擊脈沖法。原理是掌握軸承內(nèi)部損壞引起的機(jī)械沖擊。為了說明沖擊脈沖法， 不妨看看機(jī)械沖擊過程中發(fā)生的現(xiàn)象, 到一個(gè)鋼棒上時(shí)，在碰撞的沖擊點(diǎn)處產(chǎn)生一個(gè) 很大的沖擊加速度，這加速度的幅度全由沖

5、擊 速度決定，而不受材料的質(zhì)量、設(shè)計(jì)或任何機(jī) 械振動的影響。在鋼棒的沖擊點(diǎn)處會產(chǎn)生一系 列壓縮波，此壓縮波是一個(gè)衰減波，并以超聲 的速度在鋼棒內(nèi)傳播， 在鋼棒一端用一個(gè)傳感器接受此信號，就可得到與沖擊大小對應(yīng)的沖 擊脈沖信號。假如，此鋼球是滾動軸承內(nèi)的一個(gè)滾動 體，而滾道上有一個(gè)缺陷區(qū)（剝落、裂紋、凹（圖1）當(dāng)一個(gè)鋼球垂直掉坑和高低不平的粗糙區(qū)）那么在滾動軸承運(yùn)轉(zhuǎn)中,就會發(fā)生如上的撞擊現(xiàn)象， 產(chǎn)生的沖擊脈4沖信號會傳遞到軸承座上，同樣，可用一個(gè)傳感器去接受此沖擊脈沖信號。（圖2）滾動軸承不同于其它機(jī)械零件，產(chǎn)生的沖擊脈沖信 號不同于一般機(jī)器的振動信號，它的振動信號頻率范圍 很寬，信噪比很低，信

6、號傳遞路徑上的衰減量大，提取 它的特征信息還必須采用一些特殊的檢測技術(shù)和處理方 法。沖擊脈沖法就是諸多方法中的一種。此方法可在軸承的正常工作過程中測定軸承的狀況 而不受機(jī)械的原始設(shè)計(jì)、大小、振動或噪聲的影響，用 此方法制作的儀器在測試時(shí)能排除機(jī)器和軸承本身的振動影響，直接判斷軸承的狀態(tài)和壽命。并能早期發(fā)現(xiàn)和識別滾動軸承因制造不良、 裝配不良、 潤滑不良及使用中旋轉(zhuǎn)面產(chǎn)生傷 痕等與軸承壽命有關(guān)的異常原因、劣化程度和發(fā)展趨勢。使用沖擊脈沖儀的目的， 主要是利用軸承的全部壽命， 避免不必要的更換， 通過不斷測量，獲得一個(gè)逼近的軸承失效早期報(bào)警，減少設(shè)備故障率，及無計(jì)劃的不必要的維修工作。2.瑞典SP

7、M公司沖擊脈沖技術(shù)的應(yīng)用與發(fā)展該公司根據(jù)沖擊脈沖原理開發(fā)的產(chǎn)品有：SPM-43A；BEA-52；BAS-10；system32；BMS；A2010；T2000。(1)SPM-43A沖擊脈沖計(jì)予置被測軸承的內(nèi)徑與轉(zhuǎn)速，確定dBl值，測量dBMdBC值、在dBN標(biāo)準(zhǔn)上(紅、黃、綠區(qū))判斷軸承的工作狀態(tài)和損傷程度以及潤滑、安裝狀況。(2)BEA-52電腦軸承分析儀SPM公司憑多年對沖擊脈沖技術(shù)的研究，結(jié)合先進(jìn)的電腦技術(shù)，在1985年正式推出電腦軸承分析儀。 在予置標(biāo)準(zhǔn)編號、類型號后， 可顯示軸承工作狀態(tài)及潤滑狀態(tài) (油膜厚 度)。合適的油膜厚度可延長軸承的壽命。(3)BAS-10軸承分析計(jì)算機(jī)是一臺

8、手提專用計(jì)算機(jī)可測出軸承工作狀態(tài)與油膜厚度另可采集、分析、記存及顯示讀數(shù)SPM軟件可與普通IBM或同級功能之電腦聯(lián)接，可進(jìn)行檢測程序的編定/更改，讀數(shù)的iilTiltiifrnrtiittHR5處理/輸出、報(bào)警電平、報(bào)表打印等。(4)system32機(jī)器的軸承和振動監(jiān)測自動報(bào)警系統(tǒng)。特點(diǎn)：對重要軸承在線監(jiān)測，故障報(bào)警。(5)BMS(BearingMonitoringSystem)用于滾動軸承的計(jì)算機(jī)控制連續(xù)監(jiān)控系統(tǒng)。軸承信號在程序控制的時(shí)間里掃描并由計(jì)算機(jī)程序來評定；-BMS系統(tǒng)結(jié)聚了15年之多的軸承監(jiān)測設(shè)備的實(shí)用經(jīng)驗(yàn)，硬件與軟件是由工業(yè)狀態(tài)監(jiān)控和預(yù)防維修方面的專家設(shè)計(jì)；一個(gè)BMS測量單元監(jiān)控

9、16個(gè)軸承，系統(tǒng)能涉及軸承多達(dá)4000個(gè)；沖擊脈沖讀數(shù)是自動評價(jià)，并變換成軸承狀態(tài)數(shù)據(jù)，被儲存顯示、打印；特點(diǎn)：軸承監(jiān)測聯(lián)網(wǎng)、多路。（6）A2010沖擊脈沖分析儀集沖擊脈沖計(jì)、振動儀、轉(zhuǎn)速功能于一體的多功能檢測儀。沖擊脈沖測量同BEA-52振動測量中，內(nèi)設(shè)ISO2372標(biāo)準(zhǔn)，測量值與之比較后判斷機(jī)器狀態(tài)。 （直接提供給檢 測人員）。（7）T2000沖擊脈沖檢測儀集沖擊脈沖計(jì)、振動儀、轉(zhuǎn)速表功能于一體的多功能檢測儀。沖擊脈沖測量同SPM-43A振動測量中，內(nèi)設(shè)ISO2372標(biāo)準(zhǔn)，測量值與之比較后，判斷機(jī)器狀態(tài)（直接提供給檢 測人員）。3.國內(nèi)跟蹤該技術(shù)的現(xiàn)狀沖擊脈沖技術(shù)最早70年代末進(jìn)入我國，8

10、0年代初在上海寶鋼、金山石化總廠看到國外 的沖擊脈沖計(jì)及在應(yīng)用的情況。 通過查閱資料， 了解到該技術(shù)在世界上應(yīng)用已相當(dāng)廣泛， 美 國人應(yīng)用在航空上， 日本東芝公司制成較復(fù)雜的軸承異常判定器， 在美、英、 日等國出版的 機(jī)械故障診斷方面的書籍和手冊中都介紹了有關(guān)儀器，我國各廠礦、 企業(yè)單位得到消息和使用后，都紛紛要求有這類儀器。6國內(nèi)的設(shè)備故障診斷技術(shù)開發(fā)研制單位在充分消化了國內(nèi)外有關(guān)沖擊脈沖技術(shù)的資料 與儀器后， 通過努力研制出一系列國產(chǎn)的沖擊脈沖儀器， 技術(shù)性能指標(biāo)已達(dá)到國際先進(jìn)同類 產(chǎn)品的水平。其中有CMJ-10電腦沖擊脈沖計(jì)；BT2000智能軸承故障測試儀；BA2010智能軸 承故障分析

11、儀， 并已在國內(nèi)各行業(yè)中廣泛應(yīng)用， 有些企業(yè)已把該方法訂到設(shè)備管理制度中去 了。隨著設(shè)備管理現(xiàn)代化， 除了便攜式?jīng)_擊脈沖計(jì)應(yīng)用外， 對重要設(shè)備的軸承在線監(jiān)測系統(tǒng)也逐步提到議事日程上來了。三、CMJ-10;BT2000; BA2010儀器簡介1.C MJ- 1 0電腦沖擊脈沖計(jì)該儀器是一種專門用于檢查旋轉(zhuǎn)機(jī)械中滾動軸承運(yùn)轉(zhuǎn)狀況的機(jī)械故障診斷儀器，主要功能是用沖擊脈沖方法來測量已裝機(jī)的滾珠 （或滾柱） 軸承的工作狀態(tài)并判斷其損傷程度。 只 需輸少量的數(shù)據(jù)，通過測量即可用良好（綠） ;警告（黃）;壞（紅）三擋直接顯示機(jī)器軸承 的狀況。2.BT2000智能軸承故障測試儀BT2000智能軸承故障測試儀是集沖擊脈沖儀，振動儀于一體的多功能設(shè)備故障診斷儀 器，主要功能可用于定量檢測運(yùn)行中滾動軸承的損傷程度和潤滑程度。內(nèi)置ISO2372振動標(biāo)準(zhǔn)， 通過輸入被測機(jī)器的類型與少量數(shù)據(jù)， 可直接顯示機(jī)器振 動的狀況 （用良好、警告、壞三檔來評估） 。3.BA2010智能軸承故障分析儀BA2010智能軸承故障分析儀是集軸承故障分析儀，振動測量儀于一體的多功能設(shè)備故 障診斷儀器，該儀器只需輸入少量數(shù)據(jù)，即可提供軸承運(yùn)行狀況，為軸承提供潤滑狀態(tài)數(shù)據(jù)（潤滑號LUB NO）損壞程度數(shù)據(jù)（損傷號COND.N）