(完整版)設(shè)備狀態(tài)監(jiān)測與故障診斷技術(shù)

1、新技術(shù)專題報告學(xué)院：電子與信息工程學(xué)院班級：電氣11姓名：張健康學(xué)號：120113303018設(shè)備狀態(tài)監(jiān)測與故障診斷技術(shù)1 前言設(shè)備狀態(tài)監(jiān)測與故障診斷技術(shù)是一種了解和掌握設(shè)備在使用過程中的狀態(tài)，確定其整體或局部正?；虍惓＃缙诎l(fā)現(xiàn)故障及其原因，并能預(yù)報故障發(fā)展趨勢的技術(shù)。通俗地講，它是一種給設(shè)備“看病”的技術(shù)。本文聯(lián)系高線廠預(yù)精軋機在實際工況條件下的狀態(tài)監(jiān)測，以及根據(jù)采集到的振動故障信號，對高線廠預(yù)精軋機進行故障診斷，并簡單介紹一下設(shè)備狀態(tài)監(jiān)測與故障診斷技術(shù)在高速線材軋機上的應(yīng)用。2 狀態(tài)監(jiān)測表1是預(yù)軋機16#錐箱軸承參數(shù)。圖2、3是2006年5月30日和6月13日測得的頻譜分析圖是16#立式

2、軋機分別在轉(zhuǎn)速為610rpm和666rpm的轉(zhuǎn)速下測得的,兩圖有明顯的差異。雖然兩副頻譜中顯示的振動幅值都表1預(yù)精軋機16#錐箱軸承參數(shù)軸承序號滾動體數(shù)z節(jié)徑D（）滾動體直徑d（）接觸角a1186.49610.866102206.56790.8125293186.49610.8823804123.74020.826805113.44490.8437406102.26380.530IllII圖1預(yù)精軋立式機架錐箱結(jié)構(gòu)沒有進入IS03495旋轉(zhuǎn)機械的振動烈度標準危險區(qū)域，但兩次測得的結(jié)果一次基波振動副值逐漸增加,且兩圖中二、三、四、五次諧波都有明顯的突起。證明錐箱內(nèi)運轉(zhuǎn)情況逐漸劣化存在設(shè)備隱患。由

3、于傳感器安裝位置上的差異，機械振動烈度未超出SO3495標準并不能說明設(shè)備是正常的。因此狀態(tài)監(jiān)測需要每天進行記錄，并要求將監(jiān)測到的結(jié)果與歷史記錄比對，從中找出變化趨勢，才能判斷出真實的設(shè)備狀態(tài)。一一亠-”JWI,1Linmm/secRMSMag0500100015002000HzLin圖2劣化前期頻譜分析0500100015002000HzLin圖3劣化中頻譜分析3 故障診斷高速線材軋機具有運轉(zhuǎn)速度高、載荷變化頻繁、所軋制軋件溫度低的特點，設(shè)備的主要故障是主傳動設(shè)備的軸承、齒輪失效故障，占了總設(shè)備故障時間的50%以上。傳動設(shè)備的故障診斷，要通過在線監(jiān)測，在獲取機械大量信息的基礎(chǔ)上，基于機器的故

4、障機理，從中提取故障特征，進行周密的分析，才能進行診斷。3.1 齒輪故障診斷由嚙合剛度的周期變化形成的振動信號X(t)無論齒輪處于正常或異常狀態(tài)下，這一振動成分總是存在的。只是兩種狀態(tài)下振動的水平是有差異的。當齒輪的制造與安裝誤差、剝落、裂紋等故障產(chǎn)生時，齒輪的嚙合剛度降低，從而產(chǎn)生更為強烈的振動。這樣，測得的振動信號X(t)畸變加劇，在頻譜圖上，嚙合頻率處的譜值會增加得更大。同時，這些故障會直接成為振動的激勵源，使齒輪振動信號中含有軸的回轉(zhuǎn)頻率及其倍頻，而故障齒輪的振動信號往往表現(xiàn)為回轉(zhuǎn)頻率對嚙合頻率及其倍頻的調(diào)制，調(diào)制頻率即為齒輪軸的回轉(zhuǎn)頻率f=n/60。在頻譜圖上形成以嚙合頻率為中心、兩

5、個等間隔分r布的邊頻帶。由于調(diào)頻和調(diào)幅的共同作用，最后形成的頻譜表現(xiàn)為以嚙合頻率及其各次諧波為中心的一系列邊頻帶群，邊頻帶反映故障源信息，邊頻帶的間隔反映了故障源的頻率，幅值的變化表示了故障的程度。由此可見，在已知齒輪齒數(shù)及轉(zhuǎn)速的情況下測取齒輪的振動信號，并做頻譜分析，判斷嚙合頻率及高次諧波頻率處的譜幅是否異常，邊頻譜幅是否異常，即可診斷齒輪有無故障。3.1.1 齒輪常見故障齒輪本身的故障有以下幾種：一是造誤差：偏心，周節(jié)誤差和齒形誤差；二是裝配不良：不同軸，不對中，齒輪副的軸線不平行；三是齒輪的損傷：斷裂、磨料磨損、膠合撕傷、疲勞剝落等。3.1.2 齒輪的嚙合頻率和固有頻率嚙合頻率：f=n/

6、60XZ=n/60XZ(1)式中，n、n為傳動齒輪、被動齒輪的轉(zhuǎn)速(rpm)；Z、Z為傳動齒輪、被動齒輪1212的齒數(shù)。固有頻率：f丄K(2)22mm式中，M為齒輪副的等效質(zhì)量；K為齒輪副的等效彈簧常數(shù)(等效剛度)。齒輪在嚙合過程中產(chǎn)生的振動，為齒輪承受沖擊載荷時發(fā)生的自由振動，無論在正常和異常狀態(tài)下都有固有頻率產(chǎn)生。3.1.3 頻譜分析根據(jù)錐箱齒輪的齒數(shù)，按(1)式可計算出16#軋機錐箱內(nèi)各級齒輪的嚙合頻率(見表3)。表2預(yù)精軋機16#錐箱內(nèi)各級齒輪嚙合頻率輸入軸轉(zhuǎn)速n(rpm)丨一ll軸嚙合頻率(Hz)11111嚙合頻率(Hz)610355.63221.43666388.27241.76對

7、應(yīng)圖2、圖3中振動幅值明顯突出位置的基波頻率355Hz、387.5Hz與表3中計算后得到的嚙合頻率進行比較可以發(fā)現(xiàn)，理論計算所得的III軸嚙合頻率與實際測得的基波振動信號頻率幾乎完全可以對應(yīng)上，并且已經(jīng)出現(xiàn)了故障特征頻率的2、3、4、5倍頻。這說明16#軋機振動的原因可能來自于III軸傘齒輪的嚙合不良，或是齒輪存在某種情況的失效。3.2滾動軸承故障診斷3.2.1滾動軸承失效形式滾動軸承是是機械設(shè)備中最容易損壞的元件之一，據(jù)不完全統(tǒng)計，旋轉(zhuǎn)機械的故障約有30%是因滾動軸承引起的。根據(jù)工況條件和工作環(huán)境不同，滾動軸承的損壞情況及其原因是十分復(fù)雜的，一個出現(xiàn)故障的軸承可能同時存在多種損壞現(xiàn)象，而其中

8、每一種現(xiàn)象都可能是由多種不同的原因引起的；同一個原因也可能引起多種不同的損壞現(xiàn)象。滾動軸承最常見的故障是疲勞點蝕及保持架失去平衡。3.2.2滾動軸承特征頻率的計算(外圈固定，內(nèi)圈轉(zhuǎn)動)內(nèi)圈旋轉(zhuǎn)頻率：fR二N/60(3)內(nèi)圈滾道上一個剝落點的故障頻率：fi=1/2XZ(1+d/DXcosa)fr(4)外圈滾道上一個剝落點的故障頻率:fo=1/2XZ(1d/DXcosa)fr(5)滾動體上一個剝落點的故障頻率：fb=D/2dX1(d/D)2cos2afr(6)保持架不平衡的故障頻率：fc=1/2X(1d/DXcosa)fr(7)內(nèi)圈滾道不圓的故障頻率：fr,2fr,3fr,nfr。(8)式中，D為

9、軸承節(jié)徑；d為滾動體直徑；a為接觸角；Z為滾動體個數(shù)；N為內(nèi)圈轉(zhuǎn)速(外圈固定)。對應(yīng)圖2、圖3中振動幅值明顯突出位置的表3經(jīng)計算得各軸承在兩不同轉(zhuǎn)速卜的故障特征頻率輸入軸轉(zhuǎn)速n(rpm)軸承序號fifofbFc6101103.5879.2174.814.42112.5390.5681.124.52368.2252.8252.012.95449.2631.4228.932.65543.9230.0526.542.75639.9627.1429.252.711113.0986.4881.684.812122.8698.8788.574.94374.4857.6756.783.22666453.78

10、34.3031.582.89547.9532.8028.972.99643.6429.6231.942.96基波頻率355Hz、387.5Hz與表4中計算后得到的軸承故障頻率進行比較可以發(fā)現(xiàn)，理論計算所得各軸承故障頻率與實際測得的基波振動信號頻率相差較遠。這說明從理論上講16軋機振動的原因不可能來自于軸承。5現(xiàn)場實際檢查結(jié)果停機檢修發(fā)現(xiàn)實際情況與診斷結(jié)果基本一致。III軸傘齒輪的嚙合不良，接觸面不足50%。傳動齒有一處點蝕現(xiàn)象，其它齒輪正常。更換齒輪后，開機運行，再次測量錐箱振動，已恢復(fù)正常狀態(tài)。6結(jié)束語通過設(shè)備狀態(tài)監(jiān)測與故障診斷技術(shù)在高線線材軋機上的應(yīng)用，幫助點檢維護人員確定傳動系統(tǒng)中零部件確切的失效位置及