振动诊断技术综述-(2)教学教材.doc

振动诊断技术综述 (2)精品资料 机械故障诊断与维修课程论文班级：机08010-1 姓名：郭 龙 学号：20080515题目：振动诊断技术综述姓名：郭龙班级：机0801-1 学号：20080515【摘要】：在现实生活中,由于许多无法避免的因素,机械设备会出现各种故障和事故,甚至有些事故是灾难性的.振动是机械设备故障的普遍表现形式,正确分析振动信息,可以找到机械故障的真正原因,从而为避免和消除故障提供了一条捷径。本文介绍了振动诊断技术的原理和具体的分析方法,并结合实际给出了部分判断数据,通过实例介绍了振动诊断技术在状态监测和故障诊断中的具体应用。实践证明振动诊断技术在机械设备状态监测和故障诊断中具有重要意义。【关键字】：机械设备 诊断诊断技术 状态检测 故障诊断1 振动诊断的基本原理 振动诊断是利用正常机器或结构的动态特性与异常机器或结构的动态特性的不同来判别机器或结构是否存在故障的一种手段。当机械内部发生异常时，随之会出现振动加大。在机器、零部件及基础等表面能感觉到或能测量到的振动，往往是某一振动源在固体中的传播，而振动源的存在，又大都对应着设备的设计、材料或使用缺陷。例如，零件原始制造误差，运动副之间的间隙，零件间的滚动及相互摩擦，或者回转机件中产生的不平衡或冲击等等，都是设备的可能振源。而且，随着零件间的磨损，零件表面产生的剥落、裂纹等现象的发展，振动将相应发展。在机械设备的状态监测和故障诊断技术中，振动监测及诊断技术是普遍采用的基本方法。在工业领域中，机械振动是普遍存在并作为衡量设备状态的重要指标之一。当机械内部发生异常时，随之会出现振动加大。在机器、零部件及基础等表面能感觉到或能测量到的振动，往往是某一振动源在固体中的传播，而振动源的存在，又大都对应着设备的设计、材料或使用缺陷。例如，零件原始制造误差，运动副之间的间隙，零件间的滚动及相互摩擦，或者回转机件中产生的不平衡或冲击等等，都是设备的可能振源。而且，随着零件间的磨损，零件表面产生的剥落、裂纹等现象的发展，振动将相应发展。另一方面，机械设备还可能因为某个微小的振动，引起其结构或部件的共振响应，从而导致机械设备状态的迅速恶化。我们研究机械振动的目的，就是为了了解各种机械振动现象的机理，破译机械振动所包含的大量信息，进而对设备的状态进行监测，分析设备的潜在可能故障。因此，根据对机械振动信号的测量和分析，可在不停机和不解体的情况下对其劣化程度和故障性质有所了解。2 振动诊断技术的系统组成 通常由传感器、信号调理器、指示仪表和信号记录仪组成。 传感器能够感知被测振动参量，并将其转换为电量的变化。 信号调理器一般由前置放大器、积分微分放大器、适调放大器、滤波器交流放大器和功率放大器等组成。 放大器输出的信号，经过有效值检波或峰值检波，送到指示仪表，从而在电压表上指示出振动参量的有效值和峰值。 记录仪器用来记录和显示被测振动随时间的变化曲线或频谱图，以便现场和实验室分析研究。3 振动诊断技术的基本方法从被分析的振动参数类型来看，振动诊断方法大致力如下几种： 均方根值诊断法； 振幅时间历程诊断法； 频谱诊断法； 传送函数诊断法； 倒频谱诊断法； 转速谱图诊断法； 相关分析诊断法； 系统参数诊断法。 这里我们只简单地介绍下述几种方法的概况。3.1 均方根值诊断法 该方法以系统上某些特征点上的振动响应的均方根值作为判断依据，是最简单、最常用的一种方法。尤其是广泛使用的机器设备，常常根据大量实验数据和运行资料，经过统计分析制定出该类设备振动测量方法和振动标准。如我国汽轮发电机系统以前规定轴承座上铅垂振动位移振幅不得超过o05mm，如果超过就应该停机检修。所以汽轮发电机轴承上装有振动监测装置。 使用这种方法时种重要的工作是从参考测量开始的趋向分析。所谓参考测量是指当机器设备被认为是正常工作状态时所进行的测量。 测量的参数：振动位移、速度或加速度。应根据系统振动特点而定，要看什么参数更能直接反映故障的严重性。从测量精度的角度来看，低频时宜测量位移，中频时测量速度，高频时应测量加速度。 均方根值诊断法可适用于作简谐振动的设备和作周期振动的设备，也可用于作随机振动的设备。 该方法一般可以对现场运行的设备进行水久性监测，也可由现场人员随机拙测小必须说明的是，振动标推的制定各国各地区不尽相同，同一国家对各行业、各不同机器设备也制定有不同的标准。制定标准要做大量的资料积累工作，要订得合理，既不能太严，也不能太宽，最好是自己通过实测，订出合理的标推。3.2 根幅时间历程诊断法 均方根值诊断法多适用于机械稳态振动的情况，如果机器振动不平稳，振动参数随时间变化时，可用振幅时间历程诊断法。 振幅时间历程诊断法比较多的情况是测量和记录机器在开机和停机过程中振幅随时间变化的过程，根据振幅时间曲线判断机器故障。 振幅随开机过程而增大，可能是转子功平衡不好，也可能是轴承座和基础刚度小，另外也可能是报力轴承损坏等。 在开机过程中振幅出现峰值多半是共振引起的，包括箱体、支座、基础共振的情况。 振幅在开机过程中某些时刻突然增大，可能是油膜振动引起的，也可能是间隙过小或过盈不足引起的。4 振动诊断技术实施过程4.1 选定测量和分析方法振动测量和分析系统可分为三种基本类型。第一种类型最简单，它仅用宽带测振仪测量机械的总振动值，然后根据少量的数据对机械状况进行评价。这种方法属于简易诊断，它的缺点是预报准确性较差，而且也不可能识别出振动值增长的原因。第二种类型也是使用简单的仪器做宽带预测，如果测量结果超过了标准值或测量结果有明显的变化，在用精密仪器进行分析以得到详细的频谱。第三种类型是每次测量都进行频谱分析，这样就能详细给出机械运行状态的信息，因而具有较强的预报能力。4.2 确定测量参数通常只选定测量某一振动参数，而不同时测量出振动的位移、速度和加速度。从测量的灵敏度和动态范围考虑，冲击是主要问题时测量加速度；振动能量和疲劳时主要问题时测量速度；振动的幅度和位移是主要问题是应测量位移。一般来说，对于简易检测可以直接选择速度参数，而对于精密检测，往往选择在感兴趣的频率范围内谱图最平坦的参数。4.3 确定测量位置首先应确定测量的对象。其次应确定测点位置，一般测点应选择在接触良好、局部刚度较大的部位。值得注意的是，测点已经确定之后，就要经常在同一点测量。特别是高频振动，测点对测定值的影响更大。为此，确定测点后必须作出记号，并且每次都要在固定位置测量。一般测量振动时，都需要从被测件轴向、水平和垂直三个方向测量。考虑到测量频率，一般应根据机械容易产生的异常情况来确定重点测量方向。4.4 确定测量周期为了能及时发现初期的状态异常和检测劣化趋势，需要定期进行检测。规定的周期应不至于忽略严重的异常情况，并尽可能将周期安排的短一些。但是如果将测量周期缩短到不必要的程度，那也是不经济的。所以需要对每个检测对象规定合适的周期。一般来说，转速高、负载重、劣化速度快的机械或装置，测量周期应规定的短一些。为了获得理想的预报能力，在机械两次故障间的平均运行时间内至少应该测量6次。测量周期并非总是规定的很死板。当震动处于正常情况时，可以保持固定的周期；当振动增大或达到注意范围时，则应开始缩短测量周期。科学的方法是根据现在的测量值和上一次的测量值来确定下一次测量的日期。4.5 确定测量条件测量条件包括测量环境条件、测量仪器状况以及各旋钮的设定位置、测量人员的调配情况以及被测机械地运行状态。只有每次测量在相同条件下进行，才能掌握机械劣化趋势。特别是机械地运行状态，应该根据测量的目的和诊断的故障来确定。诊断不同的故障，要在不同的转速、不同的负载下进行。4.6 记录测量结果测量结果应该立即记录在数据记录表上。数据记录表的表头部分应包括机械名称、型号、制造厂家、出厂编号、使用单位、管理号码、施工地点、工作性质、转速小时、机械技术参数、机械传动简图、使用维修情况等项目。表格部分应包括测量人、测量仪器、机械运行状态以及测量日期、测量位置和方向、测量参数及测定值。4.7 选定判断标准根据测定值判断机械正常还是不正常，就需要有判断标准。如前所述，判断标准按判断方法可分为绝对标准、相对标准和类比标准。绝对标准是用来直接与测定值相比较，一判断机械状态的标准值。但是至今还没有适用于所有机械的通用标准，因此，必须按照机械的具体情况来确定具体标准并不断修改和完善标准。相对标准是用测定值与参考值相比较而判断机械状态的标准值。自我判断标准中的参考值是机械良好状态下的振动初始值。类比判断标准中的参考值则是在相同条件下运行的同类型机械的振动测定值。一般情况下，应优先使用绝对标准。在没有绝对标准时，可以使用相对标准与类比标准。为了提高判断的准确性和可靠性。往往同时使用两种标准，以便互相对照。4.8 分析劣化趋势在简易检测中，测量宽带总振动值，并与以前的结果相比较，来确定机械状态是否已经劣化。在精密检测中，根据频率分析的结果和已有的基准频谱，就能判别机械的工作状态。而系统地收集测量和分析的数据，就可以建立机械的劣化趋势，这样就能在故障发生之前的某个适当的时间组织维修。把定期测量和分析得到的数据点到以工作时间或运行里程为横坐标，以振动幅值为纵坐标的坐标图上，就绘出了机械劣化趋势图，根据46个数据点，可以画出一条曲线。由曲线的走向可以分析机械的劣化趋势。一般来说，曲线缓慢上升表示机械正常磨损；曲线连续急剧上升则表示机械发生故障。由曲线延伸后到达极限值的时间或里程，可以估计机械的剩余寿命。利用劣化趋势分析，可以有效地监测机械状态和指导机械维修。5 振动诊断技术的应用优势利用振动信息进行故障诊断，一般是出于以下考虑： 振动现象是机械设备运行的伴随过程，只要机械设备开始就有振动信号产生，而故障信息包含于振动信号之中； 易于实现在线诊断和监控； 以振动加剧为征兆的故障，事故率极高，尤其是高速、重载设备振动问题十分突出； 许多常见的震动征兆故障都有明显的特征，易于识别； 测试手段、方法、理论相对比较成熟。6 振动诊断技术的发展方向未来可能会在以下几方面进行突破和发展。 无线智能型传感器。对于大型复杂结构测试，测点多至上千个，大量传感器的使用使得传统连线方式工作量很大，如果能用无线的方式传输测量信号，并且将传感器的位置信息也自动传入测量系统中，将大大减少大型复杂结构测试的时间。 传感器的微型化及纳米级结构的动力学测试问题。目前在纳米级结构的动力学测试所开展的研究方面几乎还是空白，但随着纳米动力学问题的研究，相应的测试技术也需要跟上来。 更高速度的数字信号处理技术和更快的数据输出速度。虽然目前的数字信号处理的速度相对以前应经非常快了，但在有的需要适时控制的领域，更快的数字信号处理技术总是受欢迎的。大型复杂结构多通道测试的数据量特别大，但在国际上已经在研究更快的数据输入方式。 在激振力可以测量的情况下，模态参数识别法已经相对较为成熟。但有些情况，激振力无法测量，这种情况下结构模态参数识别是难点。虽然已经有很多人做了研究，但大多基于各种各样的假设，总的来说这种情况下模态参数的识别还很不成熟。 非稳态信号的分析。虽然目前有短时傅里叶变化、小波变换和H ilbter-Huang变换等应用在非稳态信号的分析中，但还存在着这样那样的问题。非稳态振动信号的研究有着重要的理论和实用价值。 非线性信号分析问题。工程测试中有时会碰到非线性测试和分析问题。这类非线性问题有时被线性化处理了，这种处理虽然也获得了大致的结果，但这种结果与实际问题的差别在有些情况下是不容忽略的。所以非线性系统的信号分析与处理的研究有待输入研究。 微弱信号检测问题。工程中有价值的信息有时会淹没在强噪声环境中，如果能从强噪声环境中识别出这些有用的微弱信号，对于状态检测和故障诊断来说是极有价值的。 激光测振技术的进一步发展。基于多普勒效应的激光测振设备具有非接触式、频率范围宽、测试精度高等优点，因而取得广泛应用。多点激光测震设备在某些结构的测试中具有很大优点，具有广阔的发展前景。 参考文献1 张思.振动测试与分析技术.北京：清华出版社，19922 郭月强.振动信号的测试与分析及其软件系统的开发.北京：北京工业大学，20023 秦树人.机械工程测试原理与技术.重庆：重庆大学出版社，20024 曹冲锋.基于EMD的机械振动分析与诊断方法研究.杭州：浙江大学，20095 陈新轩，许安.工程及机械状态检测与故障诊断.北京：人民交通出版社，20106 黄文虎，夏松波，刘瑞岩等.设备故障诊断原理、技术及应用.北京：科学出版社，19967 丁玉兰，石来德.机械设备故障诊断技术.上海：上海科学技术文献出版社，19948 王道平，张义忠.故障智能诊断系统的理论与方法.北京：冶金工业出版社，2001仅供学习与交流，如有侵权请联系网站删除 谢谢6