低轉(zhuǎn)速設(shè)備軸承故障診斷技巧分析
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摘要：分析了低轉(zhuǎn)速設(shè)備滾動(dòng)軸承故障的危害及產(chǎn)生故障的原因，提出了采用沖擊脈沖法、應(yīng)力波檢測(cè)技術(shù)、故障信號(hào)的智能診斷數(shù)據(jù)、特征的及時(shí)提取分析、將低轉(zhuǎn)速參數(shù)轉(zhuǎn)化為高轉(zhuǎn)速參數(shù)并分析等故障診斷的方法，最后對(duì)低轉(zhuǎn)速設(shè)備滾動(dòng)軸承的未來做出了展望。
關(guān)鍵詞：故障診斷；危害；產(chǎn)生；診斷方法
1低轉(zhuǎn)速設(shè)備滾動(dòng)軸承故障的危害
在低轉(zhuǎn)速設(shè)備中使用最多的零件之一就是滾動(dòng)軸承，這也是最容易損壞的零件之一。由于低轉(zhuǎn)速設(shè)備往往受重載，所以軸承也安裝在主要部位，一旦突然損壞將會(huì)對(duì)設(shè)備造成很多影響，使設(shè)備停機(jī)，產(chǎn)生巨大的經(jīng)濟(jì)損失，同時(shí)也是后期的維修變得困難。據(jù)統(tǒng)計(jì)，在使用軸承的設(shè)備中，有超過30%的設(shè)備損壞是由于軸承的故障造成的。在非計(jì)劃的停機(jī)維修時(shí)，我們可能會(huì)付出很大代價(jià)，在生產(chǎn)線上大型設(shè)備因軸承突然損壞而導(dǎo)致的一系列的經(jīng)濟(jì)損失可能是有計(jì)劃的正常維修的幾十倍，這造成的損失是巨大的。所以低轉(zhuǎn)速滾動(dòng)軸承故障的診斷是非常有必要的，這在很大程度上可以幫助我們降低經(jīng)濟(jì)損失。
2低轉(zhuǎn)速設(shè)備滾動(dòng)軸承故障的產(chǎn)生
2.1滾動(dòng)軸承疲勞點(diǎn)蝕
在重力作用下，滾動(dòng)軸承的內(nèi)外圈由于接觸而產(chǎn)生接觸應(yīng)力。在接觸應(yīng)力的作用下，經(jīng)過一段時(shí)間后，滾動(dòng)軸承上因材料壽命或質(zhì)量不合格的接觸面會(huì)產(chǎn)生疲勞點(diǎn)蝕，這是造成疲勞點(diǎn)蝕的重要因素。同時(shí)軸承內(nèi)外圈的相對(duì)滾動(dòng)與相對(duì)滑動(dòng)、潤(rùn)滑油在接觸面之間相對(duì)運(yùn)動(dòng)滾動(dòng)軸承也會(huì)導(dǎo)致疲勞點(diǎn)蝕。疲勞點(diǎn)蝕是滾動(dòng)軸承發(fā)生損壞的主要原因之一，這也是低轉(zhuǎn)速設(shè)備滾動(dòng)軸承發(fā)生故障的重要原因。
2.2滾動(dòng)軸承塑性變形
塑性變形是指軸承受到重載荷和沖擊載荷、或者溫度過高而產(chǎn)生的額外載荷、或是外界雜質(zhì)的入侵而產(chǎn)生的軸承刮痕。對(duì)于低轉(zhuǎn)速軸承來說，局部塑性形變是它主要的失效形式之一。而且低轉(zhuǎn)速設(shè)備往往受重載荷作用，所以滾動(dòng)軸承一旦產(chǎn)生塑性形變，這些刮痕引起的沖擊載荷會(huì)對(duì)滾動(dòng)軸承產(chǎn)生進(jìn)一步的破壞，使軸承失效，造成故障的產(chǎn)生。
2.3滾動(dòng)軸承的磨損
滾動(dòng)軸承隨著使用的時(shí)間的增加，會(huì)產(chǎn)生一定程度的故障。如:在使用過程中，滾動(dòng)軸承與滾動(dòng)體之間會(huì)出現(xiàn)雜質(zhì)，這就會(huì)導(dǎo)致滾動(dòng)軸承與滾動(dòng)體間的相對(duì)滑動(dòng)，時(shí)間一久就會(huì)造成表面磨損，這將會(huì)降低設(shè)備的精度與使用壽命。在靜止時(shí)，由于雜質(zhì)的存在，會(huì)導(dǎo)致滾動(dòng)軸承與滾動(dòng)體在這個(gè)接觸點(diǎn)處的載荷增大，在表面產(chǎn)生凹痕，這對(duì)軸承的使用壽命產(chǎn)生很大的影響。
2.4企業(yè)選用的測(cè)量標(biāo)準(zhǔn)
大多數(shù)企業(yè)都使用軸承的振動(dòng)速度來作為判斷軸承是否是故障的標(biāo)準(zhǔn)。然而因?yàn)檗D(zhuǎn)速較慢，低速設(shè)備的振動(dòng)速度變化不明顯，通常低轉(zhuǎn)速設(shè)備的滾動(dòng)軸承故障時(shí)也基本處于檢測(cè)的標(biāo)準(zhǔn)值內(nèi)，所以低速設(shè)備很難通過軸承的振動(dòng)速度來判斷軸承是否故障。當(dāng)振動(dòng)速度的曲線有較大改變，甚至出現(xiàn)高峰值高頻率的振動(dòng)曲線是，說明此時(shí)滾動(dòng)軸承的故障已經(jīng)相當(dāng)嚴(yán)重，隨時(shí)可能會(huì)發(fā)生剪切、扭轉(zhuǎn)等破壞。
3低轉(zhuǎn)速設(shè)備滾動(dòng)軸承故障的診斷方法
3.1沖擊脈沖法
沖擊脈沖法就是利用軸承的滾動(dòng)產(chǎn)生的一個(gè)高頻率的沖擊來確定滾動(dòng)軸承是否故障的方法，當(dāng)滾動(dòng)軸承滾過有缺陷的位置時(shí)，會(huì)生成一個(gè)能量相對(duì)較大、頻率相對(duì)較低的沖擊，這種沖擊隨著滾動(dòng)軸承缺陷部位缺陷的增大而增大，而后這些沖擊信號(hào)被傳感器收集，通過觀測(cè)這些信號(hào)參數(shù)是否在標(biāo)準(zhǔn)值內(nèi)，來判斷滾動(dòng)軸承有無故障。這個(gè)方法也有一定的局限性，在噪音較大或受到其他沖擊的情況下，會(huì)對(duì)收集的信號(hào)產(chǎn)生很大的干擾，此時(shí)這種并不適用。
3.2故障信號(hào)的智能診斷
隨著近些年科學(xué)技術(shù)的發(fā)展，人工智能技術(shù)飛速發(fā)展。滾動(dòng)軸承故障信號(hào)的智能診斷技術(shù)就是利用了人工智能技術(shù)中的專家系統(tǒng)、知識(shí)工程和遺傳算法等技術(shù)和滾動(dòng)軸承的參數(shù)或信號(hào)相結(jié)合用于故障的診斷。這種方法可以通過對(duì)滾動(dòng)軸承各個(gè)時(shí)期的狀態(tài)參數(shù)進(jìn)行分析，從而判斷滾動(dòng)軸承是否發(fā)生故障。由于這種技術(shù)的計(jì)算速度較慢，無法及時(shí)提供數(shù)據(jù)。比如在軸承工作的后期，可能軸承已經(jīng)了發(fā)生故障，但系統(tǒng)還沒有診斷出故障，所以有時(shí)很難滿足對(duì)滾動(dòng)軸承故障判斷的及時(shí)性的需求。但對(duì)于剛開始工作的低轉(zhuǎn)速設(shè)備的滾動(dòng)軸承來說這種方法具有很大作用，可以起到很好的檢測(cè)故障的作用，可以實(shí)現(xiàn)對(duì)軸承的實(shí)時(shí)的監(jiān)測(cè)的需要，對(duì)軸承的情況也可以有很好的了解。
3.3應(yīng)力波檢測(cè)技術(shù)
應(yīng)力波是指失效部件之間進(jìn)行相對(duì)運(yùn)動(dòng)產(chǎn)生的表面波，由滾動(dòng)軸承內(nèi)外圈的摩擦和磨損產(chǎn)生的雜質(zhì)與外來雜質(zhì)的相對(duì)運(yùn)動(dòng)使?jié)L動(dòng)軸承表面產(chǎn)生凹槽、裂痕和形變都可以產(chǎn)生應(yīng)力波。應(yīng)力波因子技術(shù)是材料會(huì)在外力作用下產(chǎn)生的聲發(fā)射現(xiàn)象為基礎(chǔ)來進(jìn)行研究的，該技術(shù)基本原理是，在部件表面某一位置處用驅(qū)動(dòng)器激發(fā)應(yīng)力波，然后在這個(gè)表面的其他位置使用接收器接收信號(hào)，并對(duì)這些信號(hào)進(jìn)行分析，根據(jù)分析結(jié)果對(duì)該部件內(nèi)部的損傷進(jìn)行檢測(cè)。部件內(nèi)部的損傷和這些損傷部位的周圍的反饋信號(hào)都會(huì)與正常部位有較大的區(qū)別。許多現(xiàn)代學(xué)者認(rèn)為這種技術(shù)是比較適合于低轉(zhuǎn)速設(shè)備滾動(dòng)軸承故障診斷的。
3.4數(shù)據(jù)特征的及時(shí)提取分析
這種方法是利用對(duì)滾動(dòng)軸承的時(shí)域參數(shù)進(jìn)行分析，從這些產(chǎn)生中提取出一些有特征的參數(shù)，如果這些數(shù)據(jù)與正常值相比較有較大偏差，可以通過這些特征量與正常值的比較，對(duì)滾動(dòng)軸承進(jìn)行故障診斷。通過對(duì)這些數(shù)據(jù)進(jìn)行分析，判斷這些數(shù)據(jù)是否處于在正常范圍內(nèi)，進(jìn)而得到滾動(dòng)軸承的狀態(tài)和情況，這種方法也可以對(duì)軸承故障進(jìn)行診斷。這種方法較上一種方法的好處是及時(shí)，可以及時(shí)得到任一時(shí)刻的數(shù)據(jù)，對(duì)軸承故障進(jìn)行有效的預(yù)防。
3.5將低轉(zhuǎn)速參數(shù)轉(zhuǎn)化為高轉(zhuǎn)速參數(shù)并分析
可以通過采集滾動(dòng)軸承的振動(dòng)速度和振動(dòng)高頻加速度的波形，與正常值相比對(duì)，進(jìn)行分析，得到較高的滾動(dòng)軸承故障診斷的準(zhǔn)確率。由于低轉(zhuǎn)速設(shè)備被采集到的振動(dòng)能量較低，所以通常需要對(duì)這些數(shù)據(jù)進(jìn)行補(bǔ)償。一般考慮速度能量的補(bǔ)償，使加速度乘上補(bǔ)償因子，通常補(bǔ)償因子是3000轉(zhuǎn)每分鐘與所測(cè)得速度的比值。而且對(duì)于比較重要的設(shè)備，可以把補(bǔ)償因子的取值取的略大一些。這樣就可以把低轉(zhuǎn)速滾動(dòng)軸承的參數(shù)轉(zhuǎn)換到高轉(zhuǎn)速的參數(shù)，用轉(zhuǎn)換后的參數(shù)進(jìn)行分析，這樣可以大大提升低轉(zhuǎn)速設(shè)備滾動(dòng)軸承故障診斷的準(zhǔn)確率。
4結(jié)論
由于低轉(zhuǎn)速設(shè)備滾動(dòng)軸承發(fā)生故障危害較大，造成的經(jīng)濟(jì)損失也較大，同時(shí)常規(guī)診斷也較難發(fā)現(xiàn)問題，因此采用一個(gè)合適的故障診斷方法是有必要的。具體來說，可以采用沖擊脈沖法、應(yīng)力波檢測(cè)技術(shù)、故障信號(hào)的智能診斷數(shù)據(jù)、特征的及時(shí)提取分析、將低轉(zhuǎn)速參數(shù)轉(zhuǎn)化為高轉(zhuǎn)速參數(shù)并分析這些方法來進(jìn)行低轉(zhuǎn)速設(shè)備滾動(dòng)軸承的故障診斷，最終能使?jié)L動(dòng)軸承使用壽命的延長(zhǎng)，或者提前找出可能會(huì)發(fā)生故障的滾動(dòng)軸承，并作出相應(yīng)的更換方案，降低設(shè)備損壞的可能性。我相信在未來將會(huì)有更多好的方法來解決這個(gè)問題。
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作者：丁洋 單位：嘉興學(xué)院