基于共振解调的滚动轴承状态监测及故障诊断系统

基于共振解调的滚动轴承状态监测及故障诊断系统　万瑞军　刘博　沈继忱　（１．东北电力大学化学工程学院；２．东北电力大学自动化工程学院）　摘要：介绍了基于共振解调技术的滚动轴承故障诊断原理，利用Ｌａｂ—　ＶＩＥ１，ｖ软件设计并搭建了滚动轴承振动测试及故障诊断系统。通过对滚动轴　承振动信号采集及处理，系统能够根据振动的时域图以及频谱图，对轴承状　轴囊教障试验台　｛÷簿辘　态进行准确判断。　关键词：滚动轴承丽　呻　丽　｛悸感器　’－１堡　堡｝Ｈ　墨Ｈ　Ｈ：　｛　｛　ｌ　Ｉ　共振解调故障诊断振动信号　０引言　系统数据采集部分的主要任务是振动信号的采集和信号的预处　大型旋转机械，如压缩机、汽轮机、发电机、风机等是生产企业的　理。本实验采用压电式加速度传感器拾取轴承的振动信号，采用电荷　关键设备，它们一旦事故停机，就会影响整个生产过程，造成巨大的　放大器对信号进行放大和滤波。　经济损失和严重的后果。滚动轴承是在旋转机械中应用极广泛的一　状态监测部分的任务是在数据采集的基础上，对滚动轴承的状　种通用机械零件，其运行状态是否正常往往直接影响整台机器的性　态进行判断和分类，给出状态报告。具体内容包括：各种特征参数的　能。资料表明，在使用滚动轴承的旋转机械中，大约３０％的故障是由　计算和显示，如峰值因子和峭度指标等　各种检测图形的显示，如时　于滚动轴承而引起的。因此，以滚动轴承为研究对象，不但可以减少　域波形图，频谱分析图等。　或杜绝事故发生，节约开支，对于搞好整个机械设备维修也有着现实　图３轴承测试诊断系统总体结构图　故障诊断部分的主要任务是根据测得的信号与数据记录诊断出　的意义。　故障发生的部位，用来分析故障的原因及对策。具体包括：数据回放　传统的测控仪器由于费用高、技术更新周期长等原因，越来越不　与管理、特征频率计算与显示等。　能满足科技进步的要求。而以计算机为核心的虚拟仪器，由于其功能　３故障诊断实例　可由用户自己定义，技术更新快，价格和软件开发维护费用低等优　本文以ＧＢ６２０４滚动轴承为对象，模拟出两种状态：正常轴承　点，在故障诊断领域越来越得到重视和欢迎。本文利用ＬａｂＶＩＥＷ软　和外圈故障。故障是在与滚珠相接触的外圈内侧通过激光线切割来　件开发出来的监测和诊断系统，实现了对滚动轴承状态的监测和早　实现，故障尺寸为１×１　ｍｍ。轴承的参数为滚动体直径ｄ＝７　９４ｍｍ，　期故障的诊断。　滚动体个数ｚ＝Ｓｍｍ，轴承直径Ｄ＝３３．５ｍｍ，接触角ａ＝Ｏ。，电机转　１共振解调技术原理　速１４５０ｒｐｍ。根据上述基本参数，经系统中特征频率计算模块得出　共振解调轴承诊断的工作原理是：当轴承某一元件表面出现局　ＧＢ６２０４滚动轴承的各种特征频率：内圈转频　＝２４．１７ＨＺ，内圈故障　部损伤时，在受载运行过程中要撞击与之相互作用的其它元件表面，　频率，＝＝１　１９．６９ＨＺ，外圈故障频率７３．６７ＨＺ，滚动体自转频率　产生冲击脉；中力，由于；中击脉冲力的频带很宽，必然包含轴承外圈、　４８．１　１月　传感器甚至附加的谐振器等的固有频率而激起这个测振系统的高频　对轴承以２０ｋＨｚ采样频率采样，采样点数１０２４点。图４和图５　固有振动。根据实际情况可以选择某一高频固有振动作为研究对象，　分别为正常轴承和故障轴承的时域波形图和频谱图。　通过中心频率等于该固有频率的带通滤波器把该固有振动分离出　来。然后进行包络解调，去除高频衰减振动的频率成分，得到只包含　故障特征信息的低频包络信号，对这～包络信号进行频谱分析便可　＝　．＝以容易地诊断出轴承的故障来。其原理示意如图１所示。　—元件损伤　・一冲击　敞障诊断　一｝ｌ起　芦Ｉ起ｒ＿—高频固有撼动　＿　传黪器捂敬的攮动信号　包缗樯渡　一．　——　漏在　一　频谗分析　竺兰竺　—・—一包缮频谱　—一包络信号　・——一某～高频圈膏撼动　图４正常轴承时域波形图与频谱图　谭嚣　图１　共振解调原理示意图　２滚动轴承故障测试诊断系统　滚动轴承故障测试诊断系统的主界面如图２所示。　图５故障轴承时域波形图与频谱图　对比时域波形的两个图，有故障的轴承的振幅要比正常轴承的　振幅大，并且故障轴承的时域波形呈现明显的周期性，表明轴承有磨　损，但具体位置不好确定。为了确定位置，对故障轴承利用共振解调　法分析，其包络频谱图如图６所示。　图２轴承故障诊断系统主界面　整个轴承测试诊断系统运用ＬａｂＶＩＥＷ开发平台，采用ＰＣＩ总　线仪器结构体系开发设计，其结构如图３所示。轴承的振动信号由　加速度传感器采集后，经过预处理模块，由数据采集卡将调理过的信　号输入到计算机中，并在虚拟仪器平台开发的软件中完成对振动信　号的采集控制、处理、分析和显示等功能，虚拟仪器开发平台提供了　友好的人机交互界面。　２０５　图６故障轴承包络频谱图　从包络频谱中可以看到在７５Ｈｚ及其倍频处有峰值，幅值随着　频率的升高而递减，规律性很明显。７５Ｈｚ与外圈故障特征频率　驻地监理进行质量控制的关键环节　郭正（淮南市路桥开发有限公司）　摘要：本人根据自己多年工程建设管理的体会，总结认为驻地监理进行　部、分项工程的划分，做好档案盒，以后“对号入座”就可。另外就是资　质量控制的关键环节可分为前期、中期、后期质量控制三个重要环节，现分别　料填写的规范ｔ＂￥ｇｎ及时性。　介绍如下：　一　３．２交工验收在工程全部或基本完成后，驻地监理对承包人申　关键词：驻地监理质量控制环节　１前期质量控制　请交工的全部工程或部分工程进行全面检查，确定其主体工程已全　部完成，剩余工程很少，在缺陷责任期内完成这些工程时，不影响正　１．１承包商自检体系的正常运行承包商自检体系是三级质量保　常使用和行车安全及施工安全。工程质量检确实符合规范要求，且各　证体系即“监督、社会监理、企业自检”的前提条件，也是保证工　项资料齐全，施工现场已清理完毕，包括临时用地和材料场、取土场　程施工质量的关键点。充分发挥承包商自检体系的作用，要具备以下　等。以上工作都已按规定完成，驻地监理才能向建设单位提出书面的　条件：①承包商自检工程师应相对，保证其公正性、合理性。②承　交工验收申请。　包商自检工程师应具备较好的技术水平和管理能力，提高现场处理　３．３缺陷责任期工程进入缺陷责任期后，针对监理组织、监理　问题的能力。③承包商自检工程师应具有强烈的责任心。　内容、监理对象的变化，结合缺陷责任期内的具体情况，主要抓要以　１．２严格审查分项工程的开工报告分项工程开工以前，驻地监　下几方面工作：　理应审查承包商的开工报告，对施工机械设备，施工方案、建筑材料、　３．３．１坚持合同管理，防止松劲情绪承包人在经历了前一段紧　施工放样进行认真细致地检查和审批。①施工方案报验。驻地监理应　张的交工验收现场检查、整修清理，终于获得交工证书后，往往会产　认真查阅工程的设计文件及施工技术规范，结合工程所在地的水文、　生明显的松劲情绪，随着施工队伍的撤出，放松了对剩余工程的完善　地质、气候等外界因素，来确定施工单位申报方案的可行性，工序安　和清理工作。有的承包人认为已万事大吉，没有意识到缺陷责任期内　排的科学性，并要确定所采用的施工工艺是否优化，施工人员配备是　承包人应继续负起的合同义务和责任，现场管理开始松懈下来。为　否合理。②施工机构设备报验。驻地监理应按照合同协议书要求，现　此，驻地监理应向承包人严肃指出：“交工证书的签发绝不是承包人　场核对其申报的机械设备数量，功率型号及完好情况。对于其中工作　合同责任的终止。希望承包人重视缺陷责任期的工作。同时，要加强　能力不能满足施工要求的设备应提出更换。对数量不能满足的设备　对现场的巡视和检查。整修工程未达到要求或清理不彻底的，均要求　应要求增加，所申报的设备，必须能互相匹配、互相保障。　承包人返工或进一步整修清理，绝不能因为工程已被验收而降低对　１．３做好工程的“预控”“预控”是指对工程施工质量的预先控　剩余工程的标准要求。　制，是在工程确定方案以前，应能对可能出现的问题预以事先控制并　３．３＿２严格按程序、规范办事①监理人员要认真落实承包人的　加以解决。因此，驻地监理首先应加强监理的技术和业务学习，对将　准备工作。在工程经过交工验收转入缺陷责任期后，承包人根据工作　要开工的分项工程作到胸有成竹。结合设计图纸和施工规范，对一些　性质的变化，在施工组织上、机械设备上、管理人员上都进行了重新　关键工序提出施工监理意见，以避免不必要的返工和浪费，提高一次　安排，大部分调往其他工地。此时，应要求承包人对缺陷责任期内剩　性合格率。在单项工程开工前，应及时召开技术交底会，促进了解涪０　余工程施工所用材料、机械设备、劳力以及管理人员的安排，一项项　析工序，细化关键点，把一切可能发生的问题消灭在“萌芽”状态。　都要有所交待、真正落实，使计划的完成有可靠的保证：②对于已列　２中期质量控制　入缺陷责任期剩余工作计划的工程，在按计划施工之前，要求承包人　加强旁站监理的工作，旁站是监理工作的一个重要组成部分。对　向监理工程师报送具体、详细的施工方案和时间安排，经监理工程师　隐蔽工程（如：基础混凝土浇注）必须全过程、全方位地进行旁站，并　研究、批准以后，才能实施。　作好施工记录，同时用照片或摄像的形式对这些隐蔽部位的施工过　３．３．３坚持经常的巡视工作进入缺陷责任期后，监理人员不可　程加以留存。在旁站过程中要认真记录施工过程中的施工进展情况。　能像施工期间一样，每天全天巡视、检查工地，但仍应坚持经常性地　对施工中突发性问题应做到处理果断、及时、准确。对于非隐蔽性工　（定期或不定期地）巡视工地，同时，要求承包人也应有专门技术或管　程应做到旁站与巡视相结合，驻地监理应做到发现问题，正视问题，　理人员巡视工地，以便及时发现工程缺陷，及时研究解决，保证工程　解决问题，不隐瞒问题。　的正常、安全使用。　３后期质量控制的关键环节　４结束语　３．１内业资料的整理质量监督部门的最终质量评定是建立在施　以上是本人工作多年的总结。要真正做好监理工作，不仅要加强　工单位和监理工程师提交的真实、完整的内业资料的基础上，因此抓　监理人员的业务学习，还要提高监理人员的素质和修养。监理工作不　好内业资料的质量，是监理工作和工程本身的需要，也是监理工作的　只是一个简单的技术工作，也是一复杂的、涉及到许多方面的管理工　成果展示，从一开始明确各类工程内容需要填哪些表格，这就保证资　作，还应做到行为公正，作风正直。总之，只有不断学习、不断提高进　料的完整。资料的归档，也需从一开始就对所监理工程进行单位、分　步，才能真正使监理工作落实到实处。　（上接第２０５页）　７３．６７Ｈｚ相近，所以可以判断该轴承外圈存在故障，与实际情况正相　符，实现了故障诊断。　４结束语　参考文献：　…陈长征，胡立新．设备振动分析与故障诊断技术【Ｍ】．北京：科学出版　社，２００７：１—２１．　【２】梅宏斌．滚动轴承振动监测与诊断理论方法系统【Ｍ】．北京：机械工业出　采用ＬａｂＶｌＥＷ设计的滚动轴承故障诊断系统，通过以软件为　　核心的虚拟仪器弥补了传统测试仪器的不足。实验结果表明，在　版社，１９９５．【３】杨乐平等．ＬａｂＶｌＥＷ程序设计与应用，北京：电子工业出版社，２００１．　ＬａｂＶＩＥＷ环境中使用共振解调法能够有效地确定轴承的故障部位，　【４】王卓，田振华．滚动轴承的振动监测与故障诊断系统【Ｊ】．轴承，２００２　为滚动轴承的诊断提供了一个有效手段。　（３）：２２－２４．　２０６