一、設(shè)備狀態(tài)監(jiān)測(cè)與故障診斷的基本環(huán)節(jié)

基本環(huán)節(jié)可分為狀態(tài)監(jiān)測(cè)、分析診斷和治理預(yù)防。

轉(zhuǎn)軸、軸承、齒輪是組成設(shè)備傳動(dòng)鏈的三大組件，用振動(dòng)法進(jìn)行狀態(tài)監(jiān)測(cè)和故障診斷時(shí)，可用電渦流位移傳感器在盡量靠近軸承的平面內(nèi)相互垂直的兩個(gè)方向上，測(cè)量轉(zhuǎn)軸的徑向振動(dòng)，在靠近轉(zhuǎn)軸端面處測(cè)量其軸向位移；也可用加速度傳感器或速度傳感器在軸承座底部或側(cè)面測(cè)量機(jī)殼（軸承座）的水平、垂直和軸向振動(dòng)。

通過對(duì)特征信號(hào)的監(jiān)測(cè)、采集、記錄、分析處理及數(shù)據(jù)或圖譜顯示，對(duì)照判斷標(biāo)準(zhǔn)和參考圖譜，對(duì)機(jī)械設(shè)備進(jìn)行狀態(tài)識(shí)別，并作出診斷結(jié)論。根據(jù)該結(jié)論選擇巡回檢測(cè)、監(jiān)護(hù)運(yùn)行或停機(jī)檢修，對(duì)已確診原因、部位和危險(xiǎn)程度的設(shè)備故障，可采取調(diào)整、檢修、更換等措施，防止類似故障再發(fā)生。

二、監(jiān)測(cè)與診斷的方法技巧

1．概念清晰

異常振動(dòng)往往標(biāo)志著故障，欲根據(jù)提取的振動(dòng)信號(hào)特征識(shí)別故障，就必須緊緊圍繞時(shí)間、頻率（轉(zhuǎn)速）、周期、相位、振幅（能量）等參量進(jìn)行分析。

工程上遇到的多為動(dòng)態(tài)信號(hào)，其幅值隨時(shí)間變化。動(dòng)態(tài)信號(hào)又可分為確定性的周期信號(hào)（簡(jiǎn)諧信號(hào)、復(fù)雜周期信號(hào)）和非周期信號(hào)（準(zhǔn)周期信號(hào)、瞬變信號(hào)）、非確定性的平穩(wěn)隨機(jī)信號(hào)（各態(tài)歷經(jīng)信號(hào)、非各態(tài)歷經(jīng)信號(hào)）和非平穩(wěn)隨機(jī)信號(hào)，這些信號(hào)與振動(dòng)一一對(duì)應(yīng)，并與故障關(guān)系密切。

振動(dòng)有四種分類方法。一是按振動(dòng)實(shí)質(zhì)的動(dòng)力學(xué)分類法，可分為強(qiáng)迫振動(dòng)、瞬態(tài)振動(dòng)、自激振動(dòng)、參變振動(dòng)；二是粗略估計(jì)故障部位的按振動(dòng)頻率高低分類法；三是根據(jù)信號(hào)特點(diǎn)區(qū)分出各種振動(dòng)特征，并能對(duì)譜圖特點(diǎn)作出理論說明的分類法；四是振動(dòng)系統(tǒng)的特征（線性振動(dòng)、非線性振動(dòng)）分類法。

例如，轉(zhuǎn)子不平衡和不對(duì)中故障產(chǎn)生簡(jiǎn)諧振動(dòng)，這種在離心力作用下的振動(dòng)屬于強(qiáng)迫振動(dòng)；當(dāng)齒輪箱或機(jī)組同時(shí)存在幾個(gè)轉(zhuǎn)子不平衡或不對(duì)中故障時(shí)，產(chǎn)生復(fù)雜周期振動(dòng)；滾動(dòng)軸承元件損傷故障被激發(fā)導(dǎo)致的衰減振動(dòng)，屬于準(zhǔn)周期振動(dòng)；齒輪斷齒、轉(zhuǎn)子摩擦等故障則產(chǎn)生撞擊的瞬態(tài)振動(dòng)。

2．思路明確

(1)了解測(cè)試對(duì)象的原理，結(jié)構(gòu)及運(yùn)行狀況。監(jiān)測(cè)診斷前，應(yīng)確認(rèn)被測(cè)對(duì)象是旋轉(zhuǎn)機(jī)械還是往復(fù)機(jī)械，是滑動(dòng)軸承還是滾動(dòng)軸承，機(jī)組傳動(dòng)鏈構(gòu)成，以及是否存在外來激勵(lì)；了解被測(cè)對(duì)象的運(yùn)行狀況及其故障歷史，估計(jì)可能出現(xiàn)的故障及其部位，哪些參數(shù)變化最為敏感。

(2)估計(jì)被測(cè)對(duì)象的振動(dòng)類型、振級(jí)和可能產(chǎn)生的最低、最高頻率，計(jì)算故障頻率，確定分析頻帶；根據(jù)機(jī)組結(jié)構(gòu)和環(huán)境條件，選定傳感器及儀器或監(jiān)測(cè)診斷系統(tǒng)。例如滑動(dòng)軸承可采用非接觸式電渦流位移傳感器，滾動(dòng)軸承則采用速度或加速度傳感器。

(3)選用適宜的監(jiān)測(cè)診斷參數(shù)。位移d對(duì)低頻信號(hào)（100Hz以下）非常敏感，反映了質(zhì)點(diǎn)工作位置的變化程度，可監(jiān)測(cè)位能對(duì)設(shè)備的破壞；速度V對(duì)中頻信號(hào)（1kHz以下）非常敏感，反映了質(zhì)點(diǎn)運(yùn)動(dòng)的快慢，可監(jiān)測(cè)動(dòng)能對(duì)設(shè)備的破壞；加速度a對(duì)高頻信號(hào)（I kHz以上）非常敏感，反映了質(zhì)點(diǎn)受力變化，可監(jiān)測(cè)沖擊力對(duì)設(shè)備的影響。雖然數(shù)學(xué)上三個(gè)量可以相互轉(zhuǎn)換，實(shí)際測(cè)試中則應(yīng)依據(jù)各自適宜的頻率合理選用。

(4)繪制機(jī)組測(cè)點(diǎn)示意圖、測(cè)試報(bào)告表。
(5)檢查測(cè)試系統(tǒng)，確定傳感器安裝位置。
(6)對(duì)實(shí)測(cè)的振動(dòng)特征數(shù)據(jù)和圖譜，用判斷

標(biāo)準(zhǔn)或參考圖譜反復(fù)對(duì)比、分析，從振動(dòng)機(jī)理上逐項(xiàng)排除與故障無關(guān)的因素后，結(jié)合現(xiàn)場(chǎng)感官診斷經(jīng)驗(yàn)作出診斷結(jié)論。
(7)采用對(duì)應(yīng)的治理預(yù)防措施，以消除隱患或故障。

3．方法得當(dāng)

如果有僅能顯示振動(dòng)幅值（或能量）大小的簡(jiǎn)易診斷儀器，應(yīng)根據(jù)傳感器的頻響范圍選擇最優(yōu)的安裝方式，選好測(cè)點(diǎn)并做標(biāo)記。要辨知儀器上顯示振動(dòng)幅值大小是哪種參數(shù)（加速度、速度、位移），有無分檔量程（低通、高通、帶通）及其用途，能否顯示有量綱（或無量綱）的診斷參數(shù)值或分貝值等。

利用這類儀器，可選用振幅值（有效值Xrms峰值Xr、均值萬）、趨勢(shì)圖、波形因數(shù)（峰值Xp ,均值X)、波峰因數(shù)（峰值Xp、有效值 )、無量綱參數(shù)、沖擊脈沖等診斷法，對(duì)機(jī)組作出定性的簡(jiǎn)易診斷。

若具有多種分析功能的旋轉(zhuǎn)（往復(fù)）式機(jī)械數(shù)據(jù)采集與處理系統(tǒng)（精密診斷儀器），則可同時(shí)測(cè)試四個(gè)測(cè)點(diǎn)的加速度參量信號(hào)和一個(gè)光電信號(hào)，或同時(shí)測(cè)試四個(gè)通道的位移參量信號(hào)和一個(gè)鍵相脈沖信號(hào)。采集存儲(chǔ)振動(dòng)信號(hào)后，儀器可在時(shí)域、幅域和頻域上對(duì)任一信號(hào)給出加速度a、速度V和位移d三種譜圖，給診斷者提供了極大的方便。

信號(hào)的三域分析譜圖具有不同的特征和用途。時(shí)域波形主要用于以下場(chǎng)合：

(1)機(jī)器轉(zhuǎn)速低于100r/min時(shí)；

(2)故障比較嚴(yán)重且有明顯的沖擊時(shí)；

(3)信號(hào)存在調(diào)頻或調(diào)幅現(xiàn)象時(shí)；

(4)需要確定準(zhǔn)確的振動(dòng)幅值時(shí)；

(5)需要確定信號(hào)中是否有外部干擾（隨機(jī)或固定的）時(shí)。

從時(shí)域波形可大致判斷出主要頻率的組成，例如旋轉(zhuǎn)機(jī)械不平衡故障較嚴(yán)重時(shí)，信號(hào)中有明顯的以軸旋轉(zhuǎn)頻率為特征的周期成分；轉(zhuǎn)軸不對(duì)中時(shí)，信號(hào)在一個(gè)周期內(nèi)旋轉(zhuǎn)頻率的二倍頻成分明顯增大。

利用時(shí)域的自相關(guān)函數(shù)可提取混于隨機(jī)噪聲中的周期分量，根據(jù)其形狀可判斷原信號(hào)的性質(zhì)；運(yùn)行正常的設(shè)備，其振動(dòng)信號(hào)的自相關(guān)函數(shù)往往與寬帶隨機(jī)噪聲的自相關(guān)函數(shù)相近（無周期性），而當(dāng)設(shè)備有故障，特別是出現(xiàn)周期性沖擊故障時(shí)，在滯后量為其周期的整倍數(shù)處，自相關(guān)函數(shù)會(huì)出現(xiàn)較大的峰值。

在頻域上進(jìn)行頻譜分析時(shí)，可從以下幾方面入手：

(1)按頻譜的高中低頻段進(jìn)行分析，以了解主要故障發(fā)生的部位；按特征頻率、工頻、超諧波、次諧波進(jìn)行分析，以確定轉(zhuǎn)子故障的范圍。
(2)對(duì)主振動(dòng)成分的來源進(jìn)行分析，如工頻成分突出往往是不平衡所致，二倍頻為主往往是不對(duì)中或轉(zhuǎn)軸橫向裂紋，透平壓縮機(jī)喘振時(shí)振幅較正常時(shí)大為增加，喘振頻率一般為0.5~50Hz。 
(3)做頻譜對(duì)比發(fā)現(xiàn)故障。

在幅域分析中，必須把有量綱、無量綱診斷參數(shù)和對(duì)故障信號(hào)敏感性好的峭度指標(biāo)、裕度指標(biāo)、脈沖指標(biāo)與穩(wěn)定性好的波形指標(biāo)、均方根值（有效值）結(jié)合起來使用，以兼顧其敏感性和穩(wěn)定性。

4．刻苦實(shí)踐

實(shí)踐是檢驗(yàn)成效的唯一標(biāo)準(zhǔn)。作為科研部門應(yīng)從實(shí)踐中不斷研究出新型適用的診斷方法；作為監(jiān)測(cè)診斷儀器或系統(tǒng)的生產(chǎn)廠家，應(yīng)結(jié)合生產(chǎn)現(xiàn)場(chǎng)需要，開發(fā)出性能穩(wěn)定、功能齊全、易于安裝或攜帶的監(jiān)測(cè)與診斷儀器或系統(tǒng)；從事狀態(tài)監(jiān)測(cè)與故障診斷的工程技術(shù)人員，則應(yīng)爭(zhēng)取領(lǐng)導(dǎo)的大力支持，視情配置功能齊全的精密診斷儀器或系統(tǒng)，以堅(jiān)韌不拔的毅力，不辭勞苦地去實(shí)踐，將監(jiān)測(cè)與診斷的理論、技巧、方法與生產(chǎn)實(shí)踐有機(jī)結(jié)合起來，方能取得成效。

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標(biāo)簽：故障、設(shè)備

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