ROZH設(shè)備狀態(tài)監(jiān)測與故障診斷教材

設(shè)備狀態(tài)監(jiān)測與故障診斷培訓(xùn)教材上海容知測控技術(shù)有限公司目 錄一、 設(shè)備狀態(tài)監(jiān)測與故障診斷技術(shù)概述 441.1設(shè)備狀態(tài)監(jiān)測和故障診斷技術(shù)的產(chǎn)生和作用 . 441.2設(shè)備狀態(tài)監(jiān)測和故障診斷的含義 . 551.3設(shè)備維修管理與設(shè)備監(jiān)測診斷的關(guān)系 . 881.4振動(dòng)監(jiān)測診斷技術(shù) 1010二、 設(shè)備狀態(tài)監(jiān)測的實(shí)施 11112.1設(shè)備基本資料 12122.2設(shè)備監(jiān)測點(diǎn)的選擇與標(biāo)注 12122.3設(shè)備監(jiān)測周期的確定 14142.4設(shè)備監(jiān)測信息采集 1414三、 設(shè)備振動(dòng)監(jiān)測和診斷的理論基礎(chǔ) 15153.1機(jī)械振動(dòng)的分類 15153.2簡諧振動(dòng)及振動(dòng)三要素 17173.3實(shí)際振動(dòng)及振動(dòng)的時(shí)域指標(biāo) . 19193.4振動(dòng)的頻譜 2121四、 數(shù)據(jù)采集 .................................................. 24244.1傳感器知識(shí) 24244.2采樣 28284.3信號(hào)處理 2929五、設(shè)備故障基本分析方法 30305.1時(shí)域分析 31315.2頻譜分析 31315.3趨勢分析、多趨勢分析、頻率趨勢分析 . 33335.4瀑布圖 35355.5多時(shí)域、多頻譜 36365.6倒譜分析 37375.7包絡(luò)解調(diào) 38385.8長時(shí)域波形 錯(cuò)誤!未定義書簽。錯(cuò)誤!未定義書簽。5.9交叉相位 錯(cuò)誤!未定義書簽。錯(cuò)誤!未定義書簽。5.10軸心軌跡 錯(cuò)誤!未定義書簽。錯(cuò)誤!未定義書簽。5.11波德圖 錯(cuò)誤!未定義書簽。錯(cuò)誤!未定義書簽。六、設(shè)備狀態(tài)的評價(jià) 錯(cuò)誤!未定義書簽。錯(cuò)誤 !未定義書簽。6.1絕對判斷標(biāo)準(zhǔn) 錯(cuò)誤!未定義書簽。錯(cuò)誤!未定義書簽。6.2相對判斷標(biāo)準(zhǔn) 錯(cuò)誤!未定義書簽。錯(cuò)誤!未定義書簽。6.3類比判斷標(biāo)準(zhǔn) 錯(cuò)誤!未定義書簽。錯(cuò)誤!未定義書簽。6.4波峰因素評價(jià)法 錯(cuò)誤!未定義書簽。錯(cuò)誤!未定義書簽。6.5頻譜圖報(bào)警法 錯(cuò)誤!未定義書簽。錯(cuò)誤!未定義書簽。七、機(jī)械設(shè)備常見故障振動(dòng)監(jiān)測診斷方法 錯(cuò)誤!未定義書簽。錯(cuò)誤 !未定義書簽。7.1不平衡...........錯(cuò)誤!未定義書簽。錯(cuò)誤!未定義書簽。7.2不對中...........錯(cuò)誤!未定義書簽。錯(cuò)誤!未定義書簽。7.3機(jī)械松動(dòng).........錯(cuò)誤!未定義書簽。錯(cuò)誤!未定義書簽。7.4滾動(dòng)軸承故障.....錯(cuò)誤!未定義書簽。錯(cuò)誤!未定義書簽。一、設(shè)備狀態(tài)監(jiān)測與故障診斷技術(shù)概述1.1設(shè)備狀態(tài)監(jiān)測和故障診斷技術(shù)的產(chǎn)生和作用有三個(gè)方面的因素成為設(shè)備狀態(tài)監(jiān)測和故障診斷技術(shù)產(chǎn)生、發(fā)展并廣泛應(yīng)用的驅(qū)動(dòng)力，即：流程工業(yè)生產(chǎn)的現(xiàn)實(shí)需要、測試診斷技術(shù)和儀器的發(fā)展完善和國家有關(guān)的政策。首先，設(shè)備狀態(tài)監(jiān)測和故障診斷技術(shù)的產(chǎn)生和發(fā)展是企業(yè)實(shí)際需要的結(jié)果，主要是設(shè)備的安全性、維修成本的壓力。20世紀(jì)60年代以來，隨著電子技術(shù)和計(jì)算機(jī)技術(shù)的快速發(fā)展，工業(yè)生產(chǎn)越來越現(xiàn)代化。設(shè)備和生產(chǎn)朝著大型化、高速化、自動(dòng)化、連續(xù)化、智能化、環(huán)?；确较虬l(fā)展。一方面設(shè)備更加精密復(fù)雜，許多故障很難靠人的感官發(fā)現(xiàn)，而且有些設(shè)備精密復(fù)雜，不允許隨便解體檢查；另一方面設(shè)備突發(fā)性事故造成的損失越來越大；三是設(shè)備的維修成本占總的生產(chǎn)成本越來越大。所以追求設(shè)備的高可靠性和最合理的維修方式是企業(yè)設(shè)備工程管理的必然選擇。從技術(shù)背景方面看， 20世紀(jì)60年代是計(jì)算機(jī)技術(shù)、電子測量技術(shù)和信號(hào)處理技術(shù)飛速發(fā)展的年代， FFT算法語言的出現(xiàn)，把信號(hào)處理分析技術(shù)從硬件到軟件，推向了全新的高度。此外可靠性工程、零部件失效機(jī)理的研究等，都為設(shè)備狀態(tài)監(jiān)測和故障診斷技術(shù)的產(chǎn)生和發(fā)展創(chuàng)造了有利條件。 20世紀(jì)70年代以后，設(shè)備狀態(tài)監(jiān)測和故障診斷技術(shù)在發(fā)達(dá)國家得到了快速推廣和發(fā)展，特別是美國、英國、日本、德國等國家。中國從80年代初期開始引進(jìn)并應(yīng)用設(shè)備診斷技術(shù)， 20年來,此項(xiàng)技術(shù)在中國各個(gè)行業(yè)得到了快速應(yīng)用和發(fā)展，也受到中國政府的重視。李鵬總理在 1986年7月2日“第二次全國設(shè)備管理、維修工作座談會(huì)”上指出，“應(yīng)該從單純的以時(shí)間周期為基礎(chǔ)的檢修制度，逐步發(fā)展到以設(shè)備的實(shí)際技術(shù)狀態(tài)為基礎(chǔ)的檢修制度。 這就要求我們采用一系列先進(jìn)的儀器來診斷設(shè)備狀況，通過檢查診斷來確定檢修的項(xiàng)目”。顯然，設(shè)備的狀態(tài)監(jiān)測與故障診斷是現(xiàn)代化管理的技術(shù)基礎(chǔ)。當(dāng)前我國的設(shè)備維修體制，已開始從早期的事后維修和長期的按計(jì)劃維修體制，過度到現(xiàn)代的、具有預(yù)知性的視情維修（或稱狀態(tài)維修）階段。在企業(yè)推廣設(shè)備狀態(tài)監(jiān)測和故障診斷技術(shù)，可以達(dá)到以下目的 /作用：（1）保障設(shè)備安全運(yùn)行，防止突發(fā)事故；（2）保證設(shè)備工作精度，提高產(chǎn)品質(zhì)量；（3）實(shí)施預(yù)防維修/按狀態(tài)維修，節(jié)約維修費(fèi)用；4）避免因設(shè)備事故造成的環(huán)境損壞和其他危害；5）給企業(yè)帶來較大的間接經(jīng)濟(jì)效益。1.2設(shè)備狀態(tài)監(jiān)測和故障診斷的含義設(shè)備狀態(tài)監(jiān)測和故障診斷是設(shè)備診斷中的兩個(gè)過程，兩者既有密切聯(lián)系又有區(qū)別。1.2.1 設(shè)備狀態(tài)監(jiān)測的含義不斷獲取設(shè)備在運(yùn)行中或相對于靜態(tài)條件下的狀態(tài)信息，通過對這些信息的分析和處理，并結(jié)合設(shè)備的歷史狀況，來定量地掌握設(shè)備的技術(shù)狀態(tài) ,預(yù)測設(shè)備壽命，為設(shè)備運(yùn)行和按狀態(tài)維修提供技術(shù)基礎(chǔ)。設(shè)備狀態(tài)信息的獲得有很多種方法，其中振動(dòng)監(jiān)測和診斷技術(shù)是目前較普遍采用的方法之一。機(jī)器內(nèi)部發(fā)生異常時(shí)，一般都會(huì)伴隨著出現(xiàn)異常振動(dòng)、聲音和設(shè)備性能的變化。通過對機(jī)械振動(dòng)信息的測量和分析，往往可以不停機(jī)或不解體設(shè)備就可以對設(shè)備劣化的部位和故障的性質(zhì)做出判斷。由于振動(dòng)測試的技術(shù)和儀器都比較成熟，在企業(yè)中得到了廣泛的應(yīng)用，產(chǎn)生了大量的經(jīng)濟(jì)效益和社會(huì)效益。1.2.2 設(shè)備故障故障是個(gè)非常廣義的概念。簡單地說，設(shè)備故障就是設(shè)備系統(tǒng)或其中的元件 /部件喪失了規(guī)定的功能。與故障意義相近的還有一個(gè)叫“失效”的概念。失效通常指的是不可修復(fù)的對象；故障指的是可以修復(fù)的對象。為了對設(shè)備故障以更清楚地了解，參考圖 1-1，圖1-1設(shè)備故障的含義Ts：為設(shè)備缺陷開始出現(xiàn)時(shí)間點(diǎn)； Td：為設(shè)備缺陷可以被檢出時(shí)間點(diǎn)；Tf：為設(shè)備故障發(fā)生時(shí)間點(diǎn)； Tb ：故障停機(jī)時(shí)間點(diǎn)。設(shè)備缺陷剛開始出現(xiàn)時(shí)，由于檢測技術(shù)水平和儀器儀表等因素限制往往難以發(fā)現(xiàn)； Td實(shí)際的位置則取決于是否對設(shè)備進(jìn)行了監(jiān)測、監(jiān)測的技術(shù)手段和方法、監(jiān)測人員的素質(zhì)和能力等等。實(shí)際上設(shè)備監(jiān)測的主要任務(wù)就是盡早檢測出缺陷，并作好從Td到Tf之間的監(jiān)測工作。由圖1-1可知，如果設(shè)備因性能下降到表現(xiàn)為產(chǎn)量減少或者產(chǎn)品質(zhì)量下降時(shí)，就認(rèn)為設(shè)備故障已經(jīng)發(fā)生，見圖中性能臨界點(diǎn)。設(shè)備故障出現(xiàn)后，如果不采取一定措施，設(shè)備性能往往將迅速下降，直到故障停機(jī)或發(fā)生設(shè)備事故。1.2.3 設(shè)備故障的分類設(shè)備故障的分類方法很多，從設(shè)備壽命周期看設(shè)備故障，可以分為兩類：●先天性故障——是由于設(shè)計(jì)、制造不當(dāng)造成的設(shè)備固有缺陷引起的故障。對于此類故障必須通過技術(shù)改造來改進(jìn)設(shè)備性能。常見的先天性故障有動(dòng)態(tài)性不良，運(yùn)行時(shí)發(fā)生迫振、自振或工作轉(zhuǎn)速落入臨界轉(zhuǎn)速區(qū)；存在應(yīng)力集中；運(yùn)行點(diǎn)接近或落入非穩(wěn)定區(qū)；零部件加工制造不良，精度不夠；零部件材質(zhì)不良，強(qiáng)度不夠；轉(zhuǎn)子動(dòng)平衡精度不合乎技術(shù)要求等等。●使用性故障——是由于安裝維修、運(yùn)行操作、設(shè)備自然劣化等因素引發(fā)的故障。安裝維修方面的主要原因有安裝不當(dāng)；零部件錯(cuò)位；軸系對中不良（熱膨脹考慮不夠）；機(jī)器幾何參數(shù)（如配合間隙、過盈量及相對位置）調(diào)整不當(dāng)?shù)鹊取＿\(yùn)行操作方面的原因主要有機(jī)器在非設(shè)計(jì)狀態(tài)下運(yùn)行；轉(zhuǎn)子局部損壞或結(jié)垢、焊縫開裂、部件脫落；工藝參數(shù)不當(dāng)（介質(zhì)的溫度、壓力、流量、負(fù)荷），機(jī)器運(yùn)行失穩(wěn)；潤滑或冷卻不良；啟動(dòng)、停機(jī)或升速過程操作不當(dāng)，暖機(jī)不夠，熱膨脹不均勻，或在臨界區(qū)域停留過長等。設(shè)備劣化方面的主要原因有機(jī)器長期運(yùn)行，零部件磨損、點(diǎn)蝕或腐蝕；配合面受力劣化、產(chǎn)生過盈不足或松動(dòng)；轉(zhuǎn)子撓度增大；機(jī)器基礎(chǔ)沉降不均勻、機(jī)殼變形等；機(jī)器基礎(chǔ)受損，基礎(chǔ)的基礎(chǔ)軟化等。對于此類故障，要研究現(xiàn)有管理規(guī)程、操作規(guī)程、潤滑規(guī)定是否合理，要改進(jìn)不合理的規(guī)程、還要研究優(yōu)化生產(chǎn)工藝和設(shè)備運(yùn)行方式。嚴(yán)格來講，設(shè)備的先天性故障是人為因素故障，它除了與設(shè)計(jì)制造者的水平、責(zé)任心有關(guān)外，還受科學(xué)技術(shù)發(fā)展的階段性制約。設(shè)備投入運(yùn)行后，精心操作和日常管理成為最主要的人為因素。1.2.4 設(shè)備故障模式從可靠性的觀點(diǎn)看設(shè)備故障模式有六種，如圖 1-2。模式A是典型的浴盆曲線。模式 B和模式F是“半”浴盆曲線，模式 B設(shè)備投入使用后故障率固定或是略增趨勢而后進(jìn)入磨耗期；模式

F

具有高的早期的故障率，而后降到一個(gè)固定水平或是略增趨勢。模式

C設(shè)備顯示出故障率隨時(shí)間緩慢增長而沒有具體的耗損期。模式

D表示開始時(shí)故障率低而后快速增長到一個(gè)固定水平。模式 E則表示故障率不隨時(shí)間變化。民用航空業(yè)的研究表明，僅 4%的產(chǎn)品符合模式A，2%的符合B，5%的符合C，7%的符合D，14%的符合E，并且不少于68%的符合模式F(其它的工業(yè)部門不一定與飛機(jī)的故障分布相同，但隨著設(shè)備的日趨復(fù)雜，越來越多的產(chǎn)品符合模式 E和F)。圖1-2設(shè)備故障模式這些研究數(shù)據(jù)證明了下列的觀點(diǎn)是錯(cuò)誤的，即：“設(shè)備的可靠性與其運(yùn)行時(shí)間之間總是存在著某種聯(lián)系，因此，翻修越頻繁，設(shè)備越少出故障”。實(shí)踐也證明了上述觀點(diǎn)是不正確的。除非與設(shè)備運(yùn)行時(shí)間有關(guān)的故障模式占主導(dǎo)地位，否則，定期翻修或更換無助于改善復(fù)雜產(chǎn)品的可靠性。由設(shè)備各種故障模式可知，設(shè)備能否可靠地工作與設(shè)備工齡之間沒有必然的聯(lián)系。設(shè)備在服役期中，較少的時(shí)間內(nèi)處于故障高發(fā)期（早期故障和磨耗期故障），更多的時(shí)間是處于偶發(fā)故障期。在不同的故障期，設(shè)備管理和檢測診斷工作的重點(diǎn)有所不同。對早期故障，可以通過運(yùn)轉(zhuǎn)試驗(yàn)、變更設(shè)計(jì)、改善安裝來減少、消除。偶發(fā)故障率高是不正?，F(xiàn)象——應(yīng)深入研究各種癥狀、追究剖析設(shè)備故障原因，制定相應(yīng)對策和措施。在設(shè)備磨耗期，應(yīng)避免意外突發(fā)故障。要加強(qiáng)全員設(shè)備管理（TPM），廣泛應(yīng)用各種設(shè)備監(jiān)測和診斷技術(shù)手段，了解掌握設(shè)備運(yùn)行趨勢，進(jìn)行劣化傾向管理和故障診斷。1.2.5 設(shè)備故障診斷含義簡單的說，設(shè)備故障診斷就是給設(shè)備看病。指在設(shè)備運(yùn)行中或者在基本不解體設(shè)備的情況下，對設(shè)備故障的性質(zhì)、原因、部位、程度等進(jìn)行識(shí)別診斷，并提供維修維護(hù)措施。在技術(shù)手段和儀器遠(yuǎn)遠(yuǎn)不如現(xiàn)在豐富和方便的情況下，人們將設(shè)備故障診斷分為簡易診斷和精密診斷兩個(gè)層次?！窈喴自\斷：即設(shè)備的“健康檢查”。具體實(shí)施時(shí)，往往監(jiān)測設(shè)備的某一個(gè)或某幾個(gè)特征量，根據(jù)量值的范圍判斷設(shè)備是正常還是異常。如果對設(shè)備進(jìn)行定期或連續(xù)監(jiān)測，便可以得到一些有規(guī)律的東西，即特征量的變化趨勢，并借此進(jìn)行預(yù)測/預(yù)報(bào)。簡易診斷的作用是監(jiān)測和保護(hù)，目的是對設(shè)備的狀態(tài)作出迅速而有效的概括和評價(jià)。對于振動(dòng)監(jiān)測來說，主要是通過一些簡易的測振儀測取振動(dòng)信號(hào)的一些時(shí)域指標(biāo)，通過這些指標(biāo)的變化來初步地判斷設(shè)備的狀態(tài)，做一些簡單的分析、判斷?！窬茉\斷：是在簡易診斷基礎(chǔ)上更深層次的診斷，通常需要更多的信息。目的是判斷故障的性質(zhì)（漸進(jìn)性/突發(fā)性）、原因（不平衡/不對中）、部位（電動(dòng)機(jī)/風(fēng)機(jī)、軸承齒輪）、程度（一般故障/嚴(yán)重故障）等，并為設(shè)備檢修提供決策依據(jù)。往往需要很專業(yè)的人員使用很昂貴的儀器來進(jìn)行這項(xiàng)工作。設(shè)備簡易診斷和精密診斷的區(qū)別和關(guān)系可以用圖1-3表示。圖1-3設(shè)備簡易診斷和精密診斷隨著電子技術(shù)、計(jì)算機(jī)技術(shù)、網(wǎng)絡(luò)與通訊技術(shù)及數(shù)據(jù)庫技術(shù)的飛快發(fā)展，信息化在企業(yè)的逐步實(shí)施，這種方式顯然已經(jīng)不能滿足企業(yè)經(jīng)營管理的需要，因此目前國內(nèi)的企業(yè)紛紛進(jìn)行設(shè)備狀態(tài)網(wǎng)絡(luò)化系統(tǒng)的實(shí)施和應(yīng)用。這種設(shè)備狀態(tài)網(wǎng)絡(luò)化系統(tǒng)通過對設(shè)備狀態(tài)信息的積累和共享，使得設(shè)備狀態(tài)的監(jiān)測和診斷更容易，在降低企業(yè)維修費(fèi)用的同時(shí)，也為企業(yè)積累了可貴的設(shè)備狀態(tài)信息資源。1.3設(shè)備維修管理與設(shè)備監(jiān)測診斷的關(guān)系設(shè)備維修經(jīng)歷了由事后維修、定期維修、預(yù)防維修到按狀態(tài)維修的演變過程。企業(yè)設(shè)備點(diǎn)檢和狀態(tài)監(jiān)測的實(shí)施，對維修方式的進(jìn)化起到了巨大的促進(jìn)作用。如今隨著企業(yè)的信息化改造和信息技術(shù)的發(fā)展，設(shè)備點(diǎn)檢監(jiān)測和診斷工作已經(jīng) /正在融入設(shè)備維修管理系統(tǒng)、設(shè)備管理信息系統(tǒng)、企業(yè)資產(chǎn)管理系統(tǒng)（EAM）等，成為設(shè)備管理中最重要的信息—設(shè)備狀態(tài)信息。目前很多企業(yè)都在實(shí)行的定期維修僅適合于損耗性故障。按經(jīng)驗(yàn)確定的定期維修，往往造成過維修或欠維修。定期大修至少有3種不良后果：1）定期維修增加設(shè)備的總體故障率。有許多事例，本來很穩(wěn)定的設(shè)備，經(jīng)過維修反而出現(xiàn)許多故障。因?yàn)閷τ诜€(wěn)定的系統(tǒng)而言，維修就是一種干擾。特別是對于精密設(shè)備定期維修只能增加故障率。2）定期大修浪費(fèi)大量人力、物力。根據(jù)統(tǒng)計(jì)，大修中有 40—50%的費(fèi)用被浪費(fèi)了。因?yàn)橛性S多被維修設(shè)備完全處于良好狀態(tài)。3）定期大修使設(shè)備的壽命減少。對于精密設(shè)備，零部件很多，各種零部件的連接特別牢固，每次拆、組、裝都要損傷一些零部件，使零部件受到?jīng)_擊，使設(shè)備整體壽命下降。近年來，基于設(shè)備狀態(tài)監(jiān)測和故障診斷技術(shù)發(fā)展起來的設(shè)備按狀態(tài)維修是維修方式的革命。這種維修的特點(diǎn)是：不規(guī)定設(shè)備的修理周期，而是實(shí)時(shí)掌握、不斷積累設(shè)備的狀態(tài)信息，預(yù)測設(shè)備的劣化趨勢和剩余壽命，根據(jù)具體情況制定不同的維修措施。這種維修方式的目標(biāo)致力于：1）通過早期探測故障征兆，及時(shí)消除隱患，從而減少非計(jì)劃檢修；2）根據(jù)機(jī)器狀態(tài)確定檢修內(nèi)容，提前作好準(zhǔn)備，從而縮短停機(jī)檢修時(shí)間；3）根據(jù)機(jī)器異常的原因和部位，指導(dǎo)檢修，從而防止過剩維修；4）通過改善機(jī)器性能，提高可靠性，從而延長設(shè)備使用壽命；5）通過發(fā)現(xiàn)異常工藝參數(shù)，及時(shí)處理調(diào)整，從而優(yōu)化運(yùn)行操作等等。設(shè)備維修策略主要有：預(yù)防維修（也稱為定期維修）、按狀態(tài)維修（也稱預(yù)測維修）、主動(dòng)維修（也稱為改善性維修，或基于故障根源的維修）。以以上三種維修策略為主，構(gòu)成了可靠性維修（RCM或稱之為RBM）的基本框架見表1-1。表1-1設(shè)備可靠性維修基本框架有效的常規(guī)檢查及對于零部件磨損的監(jiān)控是十分必要的。某些情況下，配置備用機(jī)組也是必須的。對于流程生產(chǎn)關(guān)鍵生產(chǎn)設(shè)備來說，事后維修是絕對不可取的。1.4振動(dòng)監(jiān)測診斷技術(shù)1.4.1 振動(dòng)監(jiān)測診斷技術(shù)概述振動(dòng)監(jiān)測與診斷技術(shù)是普遍采用的基本方法，因?yàn)檎駝?dòng)的理論、測量方法和測試儀器都比較成熟，且簡單易行。另外，據(jù)統(tǒng)計(jì)70%的機(jī)械故障可以從振動(dòng)測量中檢測出來。一臺(tái)設(shè)計(jì)和安裝都很好的機(jī)器，運(yùn)行時(shí)應(yīng)該是很平穩(wěn)的。但當(dāng)機(jī)器磨損、基礎(chǔ)下沉、部件變形時(shí)，機(jī)器的動(dòng)態(tài)性能開始出現(xiàn)各種細(xì)微的變化：軸變得不對中，部件開始磨損，轉(zhuǎn)子變得不平衡，間隙增大。所有這些因素都在振動(dòng)能量的增加上反映出來。因此，振動(dòng)加劇常常是機(jī)器要出毛病的一種標(biāo)志，而振動(dòng)是可以從機(jī)器的外表面測到的 。過去，設(shè)備工程師根據(jù)經(jīng)驗(yàn)靠手摸、耳聽來判斷機(jī)器是否正常或其故障是否在發(fā)展。但如今機(jī)器越來越精密復(fù)雜，許多警告性的振動(dòng)出現(xiàn)在高頻段，只有用儀器才能檢測出來。例如，對旋轉(zhuǎn)機(jī)械（旋轉(zhuǎn)機(jī)械廣泛應(yīng)用于石化、電力、冶金、煤炭、核能等行業(yè)，旋轉(zhuǎn)機(jī)械種類繁多，有汽輪機(jī)、燃?xì)廨啓C(jī)、離心式壓縮機(jī)、發(fā)電機(jī)、水泵、水輪機(jī)、通風(fēng)機(jī)以及電動(dòng)機(jī)等。這類設(shè)備的主要部件有轉(zhuǎn)子、軸承系統(tǒng)、定子和機(jī)組殼體、聯(lián)軸器等組成，轉(zhuǎn)速從每分鐘幾轉(zhuǎn)到幾萬轉(zhuǎn)）的故障診斷，是在獲取機(jī)器的穩(wěn)態(tài)數(shù)據(jù)、瞬態(tài)數(shù)據(jù)以及過程參數(shù)和運(yùn)行狀態(tài)等信息的基礎(chǔ)上，通過信號(hào)分析和數(shù)據(jù)處理提取機(jī)器特有的故障癥兆及故障敏感參數(shù)等，經(jīng)過綜合分析判斷，確定故障原因，做出符合實(shí)際的診斷結(jié)論，并提出治理措施。日常監(jiān)測中記錄的一般是機(jī)器正常時(shí)的波形和頻譜及其它工藝量等，而當(dāng)機(jī)器的故障在發(fā)展的時(shí)候，機(jī)器的動(dòng)態(tài)過程以及機(jī)器零件上的一些作用力也隨著變化，從而影響機(jī)器的振動(dòng)波形和頻譜的圖形。通過對振動(dòng)信號(hào)和其它相關(guān)信號(hào)的測量和分析，我們可以判斷設(shè)備的狀態(tài)、預(yù)測趨勢、進(jìn)行精確的診斷，從而為備品備件和維修計(jì)劃的制定提供科學(xué)依據(jù)。根據(jù)監(jiān)測方式的不同，一般將振動(dòng)測量儀器分為離線監(jiān)測儀器和在線監(jiān)測系統(tǒng)兩大類。采用離線監(jiān)測儀器進(jìn)行設(shè)備監(jiān)測，需要點(diǎn)檢人員按照確定的設(shè)備、測點(diǎn)、參數(shù)以及周期進(jìn)行連續(xù)的數(shù)據(jù)采集，為后續(xù)的分析提供詳實(shí)的設(shè)備振動(dòng)信息。在線監(jiān)測分析系統(tǒng)會(huì)自動(dòng)、連續(xù)的采集設(shè)備相關(guān)信息（包括振動(dòng)和其它過程量信息），我們只需進(jìn)行后續(xù)的數(shù)據(jù)分析。是否采用在線監(jiān)測的方式取決于如下一些因素：1）機(jī)組運(yùn)行的關(guān)鍵性；2）機(jī)組突然停機(jī)造成的損失；3）災(zāi)難性破壞的損失費(fèi)用；4）監(jiān)測系統(tǒng)的費(fèi)用。下一章節(jié)講的是設(shè)備狀態(tài)監(jiān)測的具體實(shí)施。即確定合適的監(jiān)測方案。二、設(shè)備狀態(tài)監(jiān)測的實(shí)施設(shè)備狀態(tài)監(jiān)測的完整流程包括： 1）確定監(jiān)測設(shè)備；2）收集設(shè)備的基本資料； 3）確定設(shè)備的監(jiān)測方案（確定測點(diǎn)、確定測量定義即采集參數(shù)、確定監(jiān)測周期、確定點(diǎn)檢路線）；4）根據(jù)確定的方案建立點(diǎn)檢計(jì)劃； 5）向儀器下達(dá)計(jì)劃； 6）現(xiàn)場采集數(shù)據(jù)；7）回傳數(shù)據(jù)至計(jì)算機(jī)軟件中進(jìn)行分析。根據(jù)多種因素一般將設(shè)備分為 A、B、C三類。類設(shè)備：即關(guān)鍵設(shè)備1）關(guān)鍵性、無備用的設(shè)備，這些設(shè)備的意外停機(jī)或故障，將快速影響生產(chǎn)和經(jīng)營秩序并造成重大生產(chǎn)損失和其他損失；2）一旦發(fā)生故障，將危及人身、安全和環(huán)境的生產(chǎn)設(shè)備；3）維修或修復(fù)費(fèi)用高、周期長的設(shè)備；4）大型、精密生產(chǎn)設(shè)備。類設(shè)備：指主要設(shè)備1）有備用機(jī)組的關(guān)鍵性生產(chǎn)設(shè)備；2）局部生產(chǎn)具有較大影響的設(shè)備。類設(shè)備：一般設(shè)備1）發(fā)生突發(fā)性故障對生產(chǎn)影響不大的設(shè)備；2）結(jié)構(gòu)簡單，維修方便，發(fā)生故障可以很快恢復(fù)生產(chǎn)的設(shè)備。A、B類設(shè)備需要專職設(shè)備監(jiān)測人員和生產(chǎn)車間共同作好監(jiān)測及診斷工作，并逐步實(shí)現(xiàn)按狀態(tài)維修；C類設(shè)備可以采用事后維修方式，但也要作好點(diǎn)檢工作。確定好受控設(shè)備后很重要的是收集設(shè)備的基本資料以及確定設(shè)備的監(jiān)測方案，然后按照確定的方案采集數(shù)據(jù)、進(jìn)行分析。2.1設(shè)備基本資料設(shè)備基本資料主要包括設(shè)備基本信息、設(shè)備圖片（傳動(dòng)簡圖）、部件信息、設(shè)備圖紙等技術(shù)檔案及設(shè)備故障記錄、檢修記錄、備件更換記錄等其他設(shè)備信息。具體為：1）設(shè)備基本信息：設(shè)備名稱、類型、設(shè)備編號(hào)、重要等級、轉(zhuǎn)速、功率、監(jiān)測方式等。2）設(shè)備圖片：為了確定振動(dòng)監(jiān)測點(diǎn)、以及后續(xù)數(shù)據(jù)分析的方便，必須拍攝設(shè)備圖片或建立設(shè)備主要部分的傳動(dòng)結(jié)構(gòu)圖。3）部件信息：有了完整清楚的部件信息，包括軸承型號(hào)、齒輪齒數(shù)、葉片數(shù)、帶輪直徑等，系統(tǒng)可以自動(dòng)計(jì)算出故障特征頻率，利于快速判斷設(shè)備故障原因及部位。4）主要技術(shù)檔案資料：包括設(shè)備的圖紙、主要設(shè)計(jì)參數(shù)、質(zhì)量檢驗(yàn)標(biāo)準(zhǔn)和性能指標(biāo)、廠家提供的有關(guān)設(shè)備常見故障分析處理的資料（一般以表格形式列出）都可以以文檔的方式掛入相應(yīng)的設(shè)備下面。5）設(shè)備故障記錄。掌握設(shè)備曾經(jīng)出現(xiàn)過的故障情況，對于研究該設(shè)備的故障機(jī)理、分析掌握其運(yùn)行狀態(tài)及建立專家診斷系統(tǒng)都有重要意義。對于主要設(shè)備故障要及時(shí)、詳盡記錄，并于設(shè)備監(jiān)控?cái)?shù)據(jù)對照分析。6）設(shè)備檢修記錄和備件更換記錄。掌握設(shè)備檢修情況、檢修精度以及備件更換情況等，對于判斷設(shè)備狀態(tài)、分析設(shè)備故障至關(guān)重要。2.2設(shè)備監(jiān)測點(diǎn)的選擇與標(biāo)注1）監(jiān)測點(diǎn)選擇測點(diǎn)最好選在振動(dòng)能量向 彈性基礎(chǔ)或系統(tǒng)其他部分進(jìn)行傳遞的地方。 對包括回轉(zhuǎn)質(zhì)量的設(shè)備來說，建議把測點(diǎn)選在軸承處或機(jī)器的安裝點(diǎn)處。也可以選擇其他的測點(diǎn)，但要能夠反映設(shè)備的運(yùn)行狀態(tài)。在軸承處測量時(shí)，一般建議測量三個(gè)方向的振動(dòng)。鉛垂方向標(biāo)注為V，水平方向標(biāo)注為H，軸線方向標(biāo)注為A，見圖2-1。圖2-1監(jiān)測點(diǎn)選擇2）振動(dòng)監(jiān)測點(diǎn)的標(biāo)注（1）臥式機(jī)器這個(gè)數(shù)字序列從驅(qū)動(dòng)器非驅(qū)動(dòng)側(cè)的軸承座賦予數(shù)字 001開始，朝著被驅(qū)動(dòng)設(shè)備，按數(shù)字次序排列，直到第一根軸線的最后一個(gè)軸承。在多根軸線的(齒輪傳動(dòng))機(jī)器上，軸承座的次序從驅(qū)動(dòng)器開始，按數(shù)字次序繼續(xù)沿著第二根軸線到被驅(qū)動(dòng)器往下排列，接著再沿著第三根軸線往下排列，直到機(jī)組的末端為止。常見的幾種標(biāo)注方法見圖 2-2 2-4。圖2-2振動(dòng)監(jiān)測點(diǎn)的標(biāo)注圖2-3振動(dòng)監(jiān)測點(diǎn)的標(biāo)注圖2-4振動(dòng)監(jiān)測點(diǎn)的標(biāo)注（2）立式機(jī)器 遵循與臥式機(jī)器同樣的約定。3）現(xiàn)場機(jī)器測點(diǎn)標(biāo)注方法機(jī)殼振動(dòng)測點(diǎn)的標(biāo)注可以用油漆標(biāo)注，也可以在機(jī)殼上粘貼鋼盤來標(biāo)注振動(dòng)測點(diǎn) ，最好采用后一種方法標(biāo)注。采用鋼盤時(shí)，機(jī)殼要得到很好的處理。 鋼盤規(guī)格為厚度5mm，直徑30mm，用強(qiáng)度較好的粘接劑粘接，以保證良好的振動(dòng)傳遞特性。2.3設(shè)備監(jiān)測周期的確定振動(dòng)監(jiān)測周期設(shè)置過長，容易捕捉不到設(shè)備開始劣化信息，周期設(shè)置過短，又增加了監(jiān)測的工作量和成本。因此應(yīng)根據(jù)設(shè)備的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)、傳動(dòng)方式、轉(zhuǎn)速、功率以及故障模式等因素，合理選定振動(dòng)監(jiān)測周期。 當(dāng)設(shè)備處于穩(wěn)定運(yùn)行期時(shí)，監(jiān)測周期可以長一些；當(dāng)設(shè)備出現(xiàn)缺陷和故障時(shí)，應(yīng)縮短監(jiān)測周期 。在確定設(shè)備監(jiān)測周期時(shí)，應(yīng)遵守以下原則 ；1）新裝設(shè)備或大規(guī)模維修后的設(shè)備運(yùn)行初期，周期要短（如每天監(jiān)測一次），待設(shè)備進(jìn)入穩(wěn)定運(yùn)行期后，監(jiān)測周期可以適當(dāng)延長。2）監(jiān)測周期應(yīng)盡量固定。3）對點(diǎn)檢站專職設(shè)備監(jiān)測，多數(shù)設(shè)備監(jiān)測周期一般可定為每周 1-3次；剛開始進(jìn)行設(shè)備監(jiān)測時(shí)，監(jiān)測次數(shù)可以多一些，以積累設(shè)備的初始數(shù)據(jù)，以后可以適當(dāng)延長。4）實(shí)測振動(dòng)值接近或超過該設(shè)備報(bào)警標(biāo)準(zhǔn)值時(shí)，要縮短監(jiān)測周期。如果實(shí)測振動(dòng)值接近或超過該設(shè)備停機(jī)值，應(yīng)及時(shí)停機(jī)安排檢修。如果因生產(chǎn)原因不能停機(jī)時(shí)，要加強(qiáng)監(jiān)測，監(jiān)測周期可縮短為1天或更短。2.4設(shè)備監(jiān)測信息采集2.4.1 振動(dòng)監(jiān)測參數(shù)的選擇描述振動(dòng)與描述運(yùn)動(dòng)一樣，有位移、速度和加速度三個(gè)參數(shù)。其中， 位移參數(shù)對低頻振動(dòng)敏感，加速度參數(shù)對高頻信號(hào)敏感，而速度參數(shù)居其中。這就決定了我們在進(jìn)行低頻類故障及低速設(shè)備的監(jiān)測和診斷時(shí)，應(yīng)選取位移參數(shù)。在進(jìn)行高頻類故障（如軸承、齒輪箱故障）及高速設(shè)備的監(jiān)測和診斷時(shí)，應(yīng)選取加速度參數(shù)，而在進(jìn)行通頻監(jiān)測時(shí)，往往選取速度參數(shù)。國際振動(dòng)烈度標(biāo)準(zhǔn)就是以速度有效值為依據(jù)。容知的軟件和儀器支持同一測點(diǎn)下多個(gè)采集參數(shù)（ S、V、D）的設(shè)定以及頻段的自由設(shè)置，這為后續(xù)分析提供了盡可能全面地?cái)?shù)據(jù)。2.4.2 振動(dòng)監(jiān)測中的幾個(gè)“同”為保證測量結(jié)果的可比性，在振動(dòng)監(jiān)測中要注意做到以下幾個(gè)“同”：1）測量儀器同；2）測量儀器設(shè)置同；3）測點(diǎn)位置、方向同；4）設(shè)備工況同；5）背景振動(dòng)同。并盡量由同一個(gè)人測量。2.4.3 振動(dòng)數(shù)據(jù)采集應(yīng)嚴(yán)格按監(jiān)測路徑和監(jiān)測周期對設(shè)備進(jìn)行定期監(jiān)測。采集設(shè)備振動(dòng)數(shù)據(jù)時(shí)，還需要同時(shí)記錄設(shè)備的其他過程參數(shù)：如溫度、壓力和流量等，還包括人的五感觀察到的設(shè)備狀況，以便于比較、趨勢分析以及綜合的來判斷設(shè)備的狀態(tài)。設(shè)備監(jiān)測人員要及時(shí)回傳數(shù)據(jù)；對存在疑義的數(shù)據(jù)記錄，要及時(shí)核準(zhǔn)，刪除錯(cuò)誤數(shù)據(jù)；及時(shí)分析處理測量數(shù)據(jù)。三、設(shè)備振動(dòng)監(jiān)測和診斷的理論基礎(chǔ)3.1機(jī)械振動(dòng)的分類機(jī)械振動(dòng)，從物理意義上來說，是指物體在平衡位置附近來回往復(fù)的運(yùn)動(dòng)。機(jī)械振動(dòng)表示的機(jī)械系統(tǒng)運(yùn)動(dòng)的位移、速度、加速度量值的大小隨時(shí)間在其平均值上下交替變化的過程。從不同角度來考察振動(dòng)問題，對振動(dòng)進(jìn)行分類：1．按振動(dòng)規(guī)律簡諧振動(dòng)周期振動(dòng) 復(fù)雜周期振動(dòng)確定性（規(guī)則）振動(dòng) 準(zhǔn)周期振動(dòng)非周期振動(dòng)機(jī)械振動(dòng) 瞬態(tài)振動(dòng)窄頻帶隨機(jī)振動(dòng)隨機(jī)振動(dòng) 平穩(wěn)隨機(jī)振動(dòng)寬頻帶隨機(jī)振動(dòng) bvg非平穩(wěn)隨機(jī)振動(dòng)這種分類，主要是根據(jù)振動(dòng)在時(shí)間歷程內(nèi)的變化特征來劃分的。大多數(shù)機(jī)械設(shè)備的振動(dòng)類型是周期振動(dòng)、準(zhǔn)周期振動(dòng)、窄頻帶隨機(jī)振動(dòng)和寬頻帶隨機(jī)振動(dòng)以及幾種不同類型振動(dòng)的組合。其中，周期振動(dòng)和準(zhǔn)周期振動(dòng)屬確定性振動(dòng)范圍，由簡諧振動(dòng)和簡諧振動(dòng)的疊加構(gòu)成。設(shè)備在實(shí)際運(yùn)行中，其表現(xiàn)的周期信號(hào)往往淹沒在隨機(jī)振動(dòng)信號(hào)中。若設(shè)備故障程度加劇，則隨機(jī)振動(dòng)中的周期成分加強(qiáng)，從而整臺(tái)設(shè)備振動(dòng)增大。因此，設(shè)備振動(dòng)診斷的過程，就是從隨機(jī)信號(hào)中提取周期成分的過程。幾種振動(dòng)信號(hào)的時(shí)域波形如下圖所示，其中簡諧振動(dòng)---可用確定的時(shí)間函數(shù)來表達(dá)，可確定任何瞬時(shí)的振動(dòng)值，是最簡單的周期振動(dòng)。復(fù)雜周期振動(dòng)---實(shí)際中最常見的振動(dòng)形式，可看成是由一系列簡諧振動(dòng)的合成。瞬態(tài)振動(dòng)---一般將持續(xù)時(shí)間短，有明顯的開端和結(jié)束的信號(hào)稱為瞬態(tài)信號(hào)。如碰撞形成的激振力信號(hào)。隨機(jī)振動(dòng)---無法用確定的時(shí)間函數(shù)來表達(dá)，不能預(yù)測它未來任何瞬時(shí)值，只能用概率統(tǒng)計(jì)方法進(jìn)行分析。2．按產(chǎn)生振動(dòng)的原因機(jī)器產(chǎn)生振動(dòng)的根本原因，在于存在一個(gè)或幾個(gè)力的激勵(lì)，不同性質(zhì)的力激起不同的振動(dòng)類型。自由振動(dòng)：即系統(tǒng)只受初始激勵(lì)產(chǎn)生的主振動(dòng)。受迫振動(dòng)：在持續(xù)不斷的周期力激勵(lì)下系統(tǒng)的振動(dòng)，當(dāng)設(shè)備存在不平衡、不對中、不同心、摩擦、過大間隙等故障時(shí)，常造成這種振動(dòng)。自激振動(dòng)：在沒有外力作用下，只是由于系統(tǒng)自身的原因所產(chǎn)生的激勵(lì)而引起的振動(dòng)，如油膜振蕩、喘振等。這是因?yàn)橄到y(tǒng)在受到初始激勵(lì)后，將持續(xù)作用的能源轉(zhuǎn)換成周期作用的能源，從而維持或發(fā)展系統(tǒng)的振動(dòng)。例如鐘擺、電鈴鈴錘振動(dòng)、樂器、呼吸、心跳以及油膜渦動(dòng)、喘振、機(jī)翼顫振密封產(chǎn)生的氣動(dòng)力引起的振動(dòng)等等。4）參變振動(dòng)：由于系統(tǒng)的物理參數(shù)（剛度為主）發(fā)生變化引起的振動(dòng)。例如主剛度不相等的彈性軸轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)，轉(zhuǎn)子撓度將周期變化。還有齒輪齒接觸剛度的變化、滾動(dòng)軸承滾珠與滾道的接觸剛度的變化引起的振動(dòng)等。因機(jī)械故障而產(chǎn)生的振動(dòng)，多屬于受迫振動(dòng)和自激振動(dòng)。3．按振動(dòng)頻率機(jī)械振動(dòng)頻率是設(shè)備振動(dòng)診斷中一個(gè)十分重要的概念。我們常常要分析頻率與故障的關(guān)系，要分析不同頻段振動(dòng)的特點(diǎn)。按頻率的高低，通常將振動(dòng)分為三種類型，如下表所示：振動(dòng)類型頻率范圍實(shí)例低頻振動(dòng)f<5倍軸的旋轉(zhuǎn)頻率不平衡、不對中、軸彎曲、松動(dòng)、油膜振蕩等引起的振動(dòng)中頻振動(dòng)f=10~1000Hz齒輪振動(dòng)、流體振動(dòng)高頻振動(dòng)f>1000Hz齒輪、軸承振動(dòng)3.2簡諧振動(dòng)及振動(dòng)三要素簡諧振動(dòng)是機(jī)械振動(dòng)中最基本、最簡單的振動(dòng)形式。對施加的激勵(lì)力連續(xù)響應(yīng) 在恒速運(yùn)動(dòng)的記錄紙上記錄質(zhì)量塊的運(yùn)動(dòng)如圖所示的彈簧-質(zhì)量塊系統(tǒng)，在外力作用下，質(zhì)量塊將做上下的運(yùn)動(dòng)。如果將一只鉛筆固定在這個(gè)作往復(fù)運(yùn)動(dòng)的質(zhì)量塊上，然后將記錄帶靠近它，這時(shí)質(zhì)量塊的振動(dòng)響應(yīng)就會(huì)被記錄下來，記錄的波形即為位移隨時(shí)間的變化規(guī)律。質(zhì)量塊的運(yùn)動(dòng)即為人們常說的簡諧運(yùn)動(dòng)。從數(shù)學(xué)的角度來闡述，簡諧運(yùn)動(dòng)的形成如下圖所示：勻速圓周運(yùn)動(dòng)的投影即為簡諧運(yùn)動(dòng)，其位移 D與時(shí)間t的關(guān)系可以用正弦曲線表示為：D（t）=Asin[(2π/T)t+φ]公式中：A—最大振幅，偏離平衡位置的最大值，又稱峰值，2A稱為峰-峰值，單位為mm或μm；T—振動(dòng)的周期，即再現(xiàn)相同振動(dòng)狀態(tài)的最小時(shí)間間隔（或完成一次振動(dòng)所花的時(shí)間），單位為s；φ—振動(dòng)的初相位，描述振動(dòng)在起始瞬間的狀態(tài)，單位為 rad；振動(dòng)周期的倒數(shù)稱為振動(dòng)頻率 f，描述振動(dòng)的快慢，即 f=1/T，每秒鐘的振動(dòng)次數(shù)，單位為Hz。如T=0.1s，則f=1/T=10（Hz），即每秒鐘振動(dòng)十次。所以周期 T越短，頻率f越高，振動(dòng)得越快。以上的振幅、頻率和相位即為簡諧運(yùn)動(dòng)的三要素，可以唯一地描述振動(dòng)。振動(dòng)幅值表征機(jī)械振動(dòng)的強(qiáng)度和能量，是評價(jià)機(jī)器狀態(tài)的主要參數(shù)。對振幅值有不同的描述方法，通常以峰值、峰峰值和有效值來表征。頻率是振動(dòng)的重要特征之一。不同的結(jié)構(gòu)、不同的零部件、不同的故障源，會(huì)產(chǎn)生不同頻率的機(jī)械振動(dòng)，所以頻率的分析將成為進(jìn)一步了解設(shè)備狀態(tài)的重要工具（后面的振動(dòng)頻譜分析會(huì)作更詳細(xì)的講述）。而相位是機(jī)器某一部分的振動(dòng)與另一部位振動(dòng)的相互關(guān)系，與頻率一樣，都是用來表征振動(dòng)特征的重要信息。一般用來做輔助診斷。用雙通道數(shù)據(jù)采集器采集數(shù)據(jù)是最方便的測試相位的方法。實(shí)際中關(guān)注的往往是兩個(gè)同頻率的信號(hào)的相位差。3.3實(shí)際振動(dòng)及振動(dòng)的時(shí)域指標(biāo)實(shí)際振動(dòng)信號(hào)比較復(fù)雜，往往是多個(gè)信號(hào)疊加的結(jié)果。如下圖所示：實(shí)際振動(dòng)信號(hào)在實(shí)際的振動(dòng)分析中，工程師們一直在致力于尋找一些簡單的參數(shù)用來判別設(shè)備狀態(tài)，例如：振動(dòng)位移、速度或加速度的峰 -峰值、峰值、均方根值（即有效值 Xrms）等。這些簡單的參數(shù)可用于識(shí)別設(shè)備狀態(tài)、報(bào)警以及進(jìn)行設(shè)備的劣化傾向分析、進(jìn)行狀態(tài)預(yù)測等。實(shí)際監(jiān)測中用得最廣泛的參數(shù)為：位移峰-峰值，速度有效值、加速度有效值，容知軟件的數(shù)據(jù)列表區(qū)中測量值即分別為以上三個(gè)參數(shù)，直接對應(yīng)趨勢分析中的總值指標(biāo)。這些常規(guī)的幅值域參數(shù)通常稱為有量綱參數(shù)，具體的有量綱參數(shù)及其計(jì)算公式如下：3.3.1 有量綱參數(shù)X1Txdt1TTXxdt均值0；平均幅值T01T21TXrXrms2dtXTx方根幅值T0；均方根值0亦即“有效值”有量綱參數(shù)中的均方根值即有效值Xrms表征了振動(dòng)的破壞能力，是衡量振動(dòng)能量大小的量。一般的振動(dòng)測試都是用有效值來描述。國際“振動(dòng)烈度”標(biāo)準(zhǔn)ISO2372、ISO3945等皆采用振動(dòng)速度有效值來度量。實(shí)際使用標(biāo)準(zhǔn)時(shí)要注意，不同的標(biāo)準(zhǔn)選用的參量（s、v、a）和指標(biāo)都不盡相同。對于簡諧振動(dòng)來說，其各個(gè)參數(shù)的計(jì)算如下：以上有量綱參數(shù)雖然會(huì)隨著故障的發(fā)展而上升，但也會(huì)因工作條件（負(fù)載、轉(zhuǎn)速）的變化而改變，因此，有量綱參數(shù)有其使用的局限性，即要盡量保證在相同的條件下測試數(shù)據(jù)。改善的辦法是引入無量綱參數(shù)，即所謂的歸一化處理。歸一化之后的參數(shù)與機(jī)器工作條件的關(guān)系不大，而對故障足夠敏感。3.3.2 無量綱時(shí)域指標(biāo)另有裕度指標(biāo)： ，其中的Xmax等同于Xp（峰值），Xr為方根幅值。平均絕對值Xav即為平均幅值 X。峭度指標(biāo)、裕度指標(biāo)、脈沖指標(biāo)對脈沖類故障比較敏感，特別是當(dāng)故障早期發(fā)生時(shí)，他們有明顯增加；但上升到一定程度后，隨著故障的逐漸發(fā)展，反而會(huì)下降，表明他們對早期故障有較高的敏感性，但穩(wěn)定性不好。一般來說，均方根值（即有效值 rms）的穩(wěn)定性較好，但對早期故障信號(hào)不敏感。所以，為了取得較好得效果，常常將他們同時(shí)使用，進(jìn)行多趨勢分析，以兼顧敏感性和穩(wěn)定性。3.4振動(dòng)的頻譜3.4.1 頻譜基本概念實(shí)際的振動(dòng)往往由多個(gè)不同的信號(hào)組合而成，非常復(fù)雜。時(shí)域波形顯示了機(jī)器的實(shí)際振動(dòng)形態(tài)。對于某些故障，其時(shí)域波形具有明顯的特征，可以直接觀察出周期振動(dòng)信號(hào)、短脈沖信號(hào)等，但對時(shí)域波形進(jìn)行分析比較困難，無法深入了解設(shè)備的真實(shí)狀態(tài)。這是因?yàn)樾盘?hào)的時(shí)域描述只能反映信號(hào)的幅值隨時(shí)間的變化情況，除只有一個(gè)頻率分量的簡諧波外一般很難明確揭示信號(hào)的頻率組成和各頻率分量的大小。例如，下圖是一受噪聲干擾的多頻率成分周期信號(hào)，從信號(hào)波形上很難看出其特征，但從信號(hào)的頻譜圖上卻可以判斷、并識(shí)別出信號(hào)中的幾個(gè)周期分量和它們的大小。信號(hào)的頻譜代表了信號(hào)在不同頻率分量處信號(hào)成分的大小，它能夠提供比時(shí)域信號(hào)波形更直觀，更豐富的信息。頻譜給我們提供了另外一個(gè)觀察設(shè)備狀態(tài)的工具。受噪聲干擾的多頻率成分周期信號(hào)波形和頻譜振動(dòng)頻譜是振動(dòng)幅值隨振動(dòng)頻率而變化繪制出來的振動(dòng)曲線圖。信號(hào)從時(shí)域到頻域的轉(zhuǎn)換是基于傅里葉的如下理論，即：“現(xiàn)實(shí)當(dāng)中的任何正弦波形都能組合產(chǎn)生另一個(gè)比較復(fù)雜的波形，相反，現(xiàn)實(shí)當(dāng)中的任何復(fù)雜的波形都能夠被分解成為許多簡單的正弦波形”。因此任何波形，無論多么復(fù)雜，都可以看成是由很多不同頻率和幅值的正弦波組成。如下圖所示：頻譜分析是通過快速 FFT變換將測量得到的時(shí)域振動(dòng)信號(hào)（幅值對時(shí)間）轉(zhuǎn)換成為頻域信號(hào)（幅值對頻率）。頻譜是構(gòu)成信號(hào)的各頻率分量的集合，它完整地表示了信號(hào)的頻率結(jié)構(gòu)，即信號(hào)由哪些諧波組成，各諧波分量的幅值大小及初始相位，從而揭示了信號(hào)的頻率信息。頻譜分析主要用于識(shí)別信號(hào)中的周期分量，是信號(hào)分析、故障診斷中最常用的手段。總的來說，時(shí)域分析從波形的角度來分析信號(hào)的特征，頻譜分析則從頻率的角度來看信號(hào)的構(gòu)成。實(shí)際工作中要結(jié)合兩種分析方法來綜合地分析問題。下圖為典型振動(dòng)信號(hào)的頻譜：3.4.2 特征頻率計(jì)算計(jì)算故障特征頻率是頻譜分析的基礎(chǔ)，可以幫助我們精確診斷旋轉(zhuǎn)機(jī)械的故障。其中，電機(jī)的轉(zhuǎn)頻是計(jì)算后面各級轉(zhuǎn)子及轉(zhuǎn)子上各個(gè)轉(zhuǎn)動(dòng)部件特征頻率的基礎(chǔ)。轉(zhuǎn)速與頻率的關(guān)系如下：f=轉(zhuǎn)速/60，轉(zhuǎn)速（轉(zhuǎn)/分），頻率（1/s，Hz）。舉例：若電機(jī)的轉(zhuǎn)速為1500RPM，則電機(jī)的轉(zhuǎn)頻為1500/60=25Hz。階為頻率的新單位，實(shí)際分析時(shí)常用，專指基頻（即電機(jī)轉(zhuǎn)頻）的倍數(shù)，如：1X、2X、3X上面的例子中1X=25Hz，也叫一倍頻,2X、3X等稱為倍頻分量，也叫諧波分量。以下是轉(zhuǎn)軸上不同旋轉(zhuǎn)部件的故障特征頻率，皆以電機(jī)的轉(zhuǎn)頻為基準(zhǔn)頻率。1.各級軸的轉(zhuǎn)頻：根據(jù)傳動(dòng)比來計(jì)算，其中1為主動(dòng)輪，2為從動(dòng)輪齒輪傳動(dòng)：i12=n1/n2=Z2/Z1=f1/f2，Z為齒輪的齒數(shù)皮帶輪傳動(dòng)：i12=n1/n2=D2/D1=f1/f2，D為皮帶輪的節(jié)徑葉片通過頻率=葉片數(shù)×軸的轉(zhuǎn)頻齒輪嚙合頻率=齒數(shù)軸的轉(zhuǎn)頻皮帶輪特征頻率=（皮帶長度*轉(zhuǎn)頻）/（3.14*皮帶輪直徑）軸承特征頻率包括了外圈通過頻率BPFO，內(nèi)圈通過頻律BPFI，保持架通過頻率FTFI，滾珠通過頻率BSF。軟件提供了以上特征頻率的自動(dòng)計(jì)算功能，不需要我們另行計(jì)算，并且可以自動(dòng)標(biāo)注在頻譜圖上。四、數(shù)據(jù)采集數(shù)據(jù)采集是設(shè)備狀態(tài)監(jiān)測與故障診斷的重要而基礎(chǔ)的環(huán)節(jié)，所采集數(shù)據(jù)的質(zhì)量直接影響后續(xù)信號(hào)分析的精度和結(jié)果。一般說來，測試系統(tǒng)由傳感器、中間變換裝置和顯示記錄裝置三部分組成。測試過程中傳感器將反映被測試對象特性的物理量，如壓力、加速度、溫度等，檢出并轉(zhuǎn)換為電量，然后傳輸給中間變換裝置；中間變換裝置對接收到的電信號(hào)用硬件電路進(jìn)行分析處理或經(jīng)A/D變換后用軟件進(jìn)行計(jì)算，再將處理結(jié)果以電信號(hào)或數(shù)字信號(hào)的方式傳輸給顯示記錄裝置；最后由顯示記錄裝置將測量結(jié)果顯示出來，提供給觀察者或其他自動(dòng)控制裝置。隨著相關(guān)學(xué)科的不斷發(fā)展，測試方法和手段不斷地完善和提高，特別是微電子及計(jì)算機(jī)技術(shù)的發(fā)展，測試系統(tǒng)趨向于一體化、微電腦化。容知公司的點(diǎn)檢儀和頻譜分析儀就是一個(gè)完整的測試系統(tǒng)，它包括了加速度傳感器、中間變換裝置以及數(shù)字顯示、記錄裝置。4.1傳感器知識(shí)4.1.1 傳感器的分類測振傳感器是用來測量振動(dòng)的傳感器，根據(jù)所測振動(dòng)參量和頻響范圍的不同，一般將測振傳感器分為位移傳感器、速度傳感器、加速度傳感器三大類。位移傳感器：測的是軸與傳感器尖端的相對位移，通過鉆孔安裝到軸承內(nèi)，也稱為“渦流傳感器”。適用于低速設(shè)備。有些安保系統(tǒng)采用此傳感器。主要缺點(diǎn)：安裝麻煩，不能用于高頻測量。速度傳感器：介于兩者之間，體積大，運(yùn)動(dòng)部件會(huì)影響使用壽命，不適合低頻和高頻測量。加速度傳感器：適用于高速設(shè)備和含有高速旋轉(zhuǎn)部件的設(shè)備，振動(dòng)分析中應(yīng)用最為廣泛。所有的便攜式數(shù)據(jù)采集器基本都配備加速度傳感器。安保系統(tǒng)中也常常使用加速度傳感器。下圖顯示了這三種測振傳感器不同的頻率響應(yīng)。不同傳感器的頻率響應(yīng)4.1.2 壓電式加速度傳感器在種類眾多的加速度傳感器中，壓電式加速度傳感器由于具有很多優(yōu)點(diǎn)而獲得了廣泛應(yīng)用。其優(yōu)點(diǎn)具體如下：非常寬的頻率范圍寬振幅范圍、寬溫度帶相當(dāng)耐用，適合于不同的應(yīng)用場合穩(wěn)定性好，不需要經(jīng)常進(jìn)行標(biāo)定體積小、重量輕、靈敏度高、安裝簡便現(xiàn)在常用的是“內(nèi)部放大壓電式加速度傳感器”其工作原理——壓電效應(yīng)當(dāng)壓電晶體受到外力作用時(shí)，其表面出現(xiàn)極性相反的等量電荷，其電荷大小與受力大小成正比，外力去掉時(shí)，又重新恢復(fù)到原來狀態(tài)，這種能將機(jī)械能轉(zhuǎn)換成電能的現(xiàn)象稱為壓電效應(yīng)。利用材料壓電效應(yīng)制成的傳感器稱為壓電式傳感器。現(xiàn)在普遍使用“ ICP內(nèi)部放大壓電式加速度傳感器”，即通過內(nèi)部電荷放大器將電荷放大，轉(zhuǎn)換成電壓信號(hào)，再傳給數(shù)據(jù)采集器進(jìn)行進(jìn)一步的處理。加速度傳感器特性：靈敏度——單位振動(dòng)對應(yīng)的輸出電壓，是根據(jù)電壓信號(hào)大小來確定振動(dòng)值大小的一種能力。大多數(shù)情況下選擇100mv/g：表示當(dāng)振動(dòng)為1g時(shí)，輸出電壓為100mv。對于精密設(shè)備如機(jī)床或低振動(dòng)的低速機(jī)器，典型的為1000mv/g（亦即其對傳感器的靈敏度要求較高）。對于高噪聲的機(jī)器，靈敏度要求較低：10mv/g左右。頻率范圍——對低頻和高頻測量的能力。每一個(gè)傳感器都有它自己的頻率范圍。其低頻范圍主要由傳感器靈敏度決定，而高頻范圍則受傳感器安裝固有頻率的限制。如下圖所示：從圖上可以看出最佳的工作頻率范圍4.1.3 加速度傳感器的安裝使用壓電式加速度傳感器時(shí)，測量結(jié)果的真實(shí)性會(huì)受到很多因素的影響，這些因素包括：濕度、環(huán)境溫度、噪聲以及安裝方式等，其中，安裝方式是影響測量結(jié)果的重要因素。不同的安裝方式對傳感器頻響特性的影響是不同的，如下圖所示。加速度傳感器的使用上限頻率取決于幅頻曲線中的共振頻率，而后者又與加速度傳感器的固定狀況有關(guān)。加速度傳感器出廠時(shí)的幅頻曲線是在剛性連接的固定情況下得到的。實(shí)際使用的固定方法往往難于達(dá)到剛性連接，因而共振頻率和使用上限頻率都會(huì)有所下降。不同安裝方式對傳感器頻響特性的影響從安裝圖可以清楚地看出，不同的安裝方式對其使用上限頻率的影響。用手持探針僅使用于數(shù)百Hz的頻率。用硬性粘接劑將傳感器固定在測點(diǎn)上時(shí)，其頻率特性良好，可達(dá)到10kHz的水平。用鋼制雙頭螺栓是最好的安裝方法，按頻率特性大體可將傳感器與被測物體看成為一個(gè)整體，但現(xiàn)場實(shí)施比較麻煩，因而一般的設(shè)備監(jiān)測皆選擇磁座吸附的方式?，F(xiàn)場測試時(shí)，要注意以下幾點(diǎn)：傳感器的安裝要保證采集的安全；要保證振源與傳感器間的最短路徑，即保證良好的機(jī)械傳輸路徑。故一般選擇在軸承座上測試振動(dòng)信號(hào)。傳感器最好能安放在平面上進(jìn)行采集；保持機(jī)器與磁座表面的清潔；傳感器放置時(shí)先邊緣接觸，再逐漸的全部接觸，要給傳感器一個(gè)穩(wěn)定下來的時(shí)間；保證每一次采集放在同一個(gè)位置，提高數(shù)據(jù)的可比性。4.2采樣4.2.1 采樣定理采樣：將一連續(xù)信號(hào) x(t)按一定的時(shí)間間隔 Ts逐點(diǎn)取得其瞬時(shí)值。采樣定理：fs≥2fm 即：采樣頻率大于等于 2倍的分析頻率若不滿足采樣定理，將會(huì)產(chǎn)生頻率混疊現(xiàn)象，從而影響所采集數(shù)據(jù)的真實(shí)性。實(shí)際測試時(shí)一般采樣頻率 fs=2.56×fm，其中的fs為采樣頻率，fm為最大分析頻率。4.2.2 采集參數(shù)采樣的基本問題是確定合理的 采樣間隔Ts（采樣頻率）和采樣長度 N以保證采樣所得的數(shù)字信號(hào)能真實(shí)地代表原來的連續(xù)信號(hào) x(t)。采樣頻率 fs(fs=1/Ts)越高，采樣越密集；采樣長度N越長，所得數(shù)據(jù)量越大，所得的數(shù)字信號(hào)越逼近原信號(hào) 。反之，fs和N低到一定程度就會(huì)丟失或歪曲原來信號(hào)的信息。在實(shí)際使用數(shù)據(jù)采集器測試數(shù)據(jù)時(shí)，需要事先設(shè)置采樣的參數(shù)，主要為采樣長度和采樣頻率。實(shí)際采樣時(shí)設(shè)定的是最大分析頻率，根據(jù)采樣定理，采樣頻率為最大分析頻率的2.56倍。采樣長度：一般為1024、2048、4096、8192、16384。最大分析頻率Fmax：Fmax的設(shè)定需要根據(jù)所采集信號(hào)的頻率范圍來確定。對于位移信號(hào)來說，其Fmax一般不超過1000Hz，若轉(zhuǎn)速很低，低于500RPM，則Fmax設(shè)為200Hz即可。對于速度信號(hào)來說，其Fmax一般不超過2000Hz，一般設(shè)定為1000Hz。加速度信號(hào)對高頻信號(hào)響應(yīng)較好，其Fmax一般可以設(shè)定到5000Hz或者更高。譜線數(shù)：400、800、1600，3200，譜線數(shù)=采樣長度/2.56（FFT變換）。頻率分頻率：在設(shè)置Fmax和采樣長度（譜線數(shù)）時(shí)還要考慮的一個(gè)很重要的因素是頻率分辨率，在進(jìn)行頻譜分析時(shí)，頻率分辨率是一個(gè)很重要的參數(shù)，它直接關(guān)系到頻譜分析的精度。所謂頻率分辨率是指頻譜圖上相鄰兩根譜線之間的間隔。設(shè)定好Fmax以及譜線數(shù)（或采樣長度）之后， 頻率分辨率=Fmax/譜線數(shù)。因此，F(xiàn)max越小、譜線數(shù)越多，頻率分辨率越高，頻譜分析的精度越高。容知的所有儀器皆可以柔性的設(shè)置采集參數(shù)，這為數(shù)據(jù)的采集和以后的分析提供了很大的選擇余地。可以適應(yīng)不同種類、不同轉(zhuǎn)速的設(shè)備實(shí)際數(shù)據(jù)采集的需要。4.3信號(hào)處理4.3.1 加窗將信號(hào)從時(shí)域向頻域轉(zhuǎn)換的過程中，由于采樣和截?cái)?，引起頻率混疊和能量泄漏，影響到頻譜分析的精度。為了解決這個(gè)問題，提高頻譜分析精度，一般會(huì)對信號(hào)進(jìn)行加窗處理。4.3.2 濾波濾波器的作用利用濾波器篩選頻率的特性，可以濾掉干擾噪聲，提高信噪比。對動(dòng)態(tài)信號(hào)進(jìn)行頻譜分析，即通過分辨力高的窄帶濾波器從具有復(fù)雜頻率成分的信號(hào)中分離單一的頻率分量，進(jìn)行幅值和相位分析。濾波器定義——凡是可以使信號(hào)中特定的頻率成分通過，而極大的衰減或抑制其他頻率成分的裝置或系統(tǒng)，稱為濾波器。以下為四種濾波器的幅頻特性。從低通、高通、帶通、帶阻四種濾波器的幅頻特性可以看出，低通濾波器是只允許 0—f2頻率的信號(hào)通過，而高通濾波器是只允許高于 f2頻率的信號(hào)通過，帶通濾波器是只允許f1—f2 之間頻率的信號(hào)通過；而帶阻則正好相反。 實(shí)際測試中使用的是帶通濾波器，f1即為下限頻率，f2為上限頻率，我們感興趣的、想獲得的是 f1 f2之間的頻率信號(hào)，在這個(gè)范圍內(nèi)的信號(hào)會(huì)保留，范圍外的信號(hào)會(huì)預(yù)先過濾掉。4.3.3 平均對信號(hào)進(jìn)行平均處理是為了減少隨機(jī)誤差，只有多次平均才能提高信號(hào)的準(zhǔn)確性，改善信噪比。線性平均：是把每一個(gè)頻率處的幅值簡單相加再平均。峰值保持：是指把所有信號(hào)中每一個(gè)頻率處的最大值保留下來。五、設(shè)備故障基本分析方法對信號(hào)的分析和處理有很多種方法，使用這些方法對信號(hào)進(jìn)行處理和分析的目的是從中提取出與設(shè)備運(yùn)行故障相關(guān)的特征信息，以達(dá)到判斷設(shè)備狀態(tài)、進(jìn)行故障分析的目的。容知的軟件中提供了如下一些分析手段：5.1時(shí)域分析為了正確判斷設(shè)備的狀況及診斷其故障，必須了解和設(shè)備狀態(tài)有關(guān)的各種物理量隨時(shí)間變化的規(guī)律。常用的 物理量有振動(dòng)量（位移、速度、加速度）、溫度、壓力、轉(zhuǎn)速 等等。因此，信號(hào)的時(shí)域分析是最基本、最常用的分析方法，也是其他分析方法的基礎(chǔ)。時(shí)域波形最直觀地展示了信號(hào)隨時(shí)間的變化，對于某些故障，其波形具有明顯的特征，通過時(shí)域波形可以直接看出周期信號(hào)、諧波信號(hào)、短脈沖信號(hào)、調(diào)制信號(hào)等，利用波形可以識(shí)別不平衡、共振、調(diào)制現(xiàn)象以及齒輪斷齒故障。如下圖所示：不平衡故障的時(shí)域波形圖對于旋轉(zhuǎn)機(jī)械來說，當(dāng)不平衡故障較嚴(yán)重時(shí)，信號(hào)中有明顯的以旋轉(zhuǎn)頻率為特征的周期成分，上圖所示即為轉(zhuǎn)子不平衡的典型時(shí)域波形圖。對時(shí)域波形的分析除了看形狀，還可以對波形做一些數(shù)值分析，如前面所述的有量綱參數(shù)以及無量綱參數(shù)。這些參數(shù)的變化往往預(yù)示著設(shè)備狀態(tài)發(fā)生了變化，因而可以用來判斷設(shè)備狀態(tài)、進(jìn)行設(shè)備狀態(tài)的劣化傾向管理。這在后面的趨勢分析中還要講到。5.2頻譜分析頻譜是構(gòu)成信號(hào)的各頻率分量的集合，它完整地表示了信號(hào)的頻率結(jié)構(gòu)，即信號(hào)由哪些諧波組成，各諧波分量的幅值大小及初始相位，從而揭示了信號(hào)的頻率信息。頻譜分析是設(shè)備故障診斷中用得最廣泛的信號(hào)處理方法。設(shè)備故障的發(fā)生、發(fā)展一般都會(huì)引起振動(dòng)頻率的變化。這種變化主要體現(xiàn)在兩個(gè)方面：一是出現(xiàn)新的頻率成分，二是原有頻率的幅值增長。不同的故障在頻譜圖上對應(yīng)于不同的頻譜特征，如下圖所示：不同故障的不同頻率特征容知的軟件提