振动故障诊断技术在矿山设备上的应用

在工业领域普遍存在的振动是衡量设备状态的重要指标之一, 当机械内部发生异常时, 设备就会出现超过正常振动范围的振幅。振动故障诊断技术是以设备的机械运动模型系统在某种外加激励作用下的响应作为诊断信息的分析要素。通过对现场监测得到的振动参量进行动态数据处理与技术比对, 对机械设备的运行状态作出诊断。对于出现故障的设备确定故障特征、分析故障成因等信息。振动在线与离线诊断技术具有结果准确可靠, 便于实时处理等诸多特点, 使其它成为应用最广泛、最普遍的故障诊断技术之一。

1 故障信号振动诊断概述

故障信号振动诊断属于动态测试技术的范畴。其基本原理是对所建立的机电系统模型在激励作用下所产生的动态响应信号作为分析源, 通过对信号的振动位移、速度、加速度特征量进行分析处理, 形成分析的基础数据, 对比设备的行业与运行特征指标参数, 对机械设备的运行状态进行判定。对存在设备故障的系统得出故障点位置、故障产生程度、故障形成因素的诊断分析结果。对机电设备现场振动信号的在线监测和离线分析是振动诊断技术的基础。对出现故障现象的机电设备进行振动监测与检测时, 需要将检振传感器布置于特定测点, 利用传感器拾取的信号经转化与放大滤波电路处理后变为用于分析处理的电信号。将此信号输入分析设备进行数学变换处理, 获得信号的时域与频域样本;做信号分析并将结果进行记录与显示或打印输出。振动故障诊断技术常用的分析方法有多种。频域分析法是主要的分析方法。频域分析法的原理是, 首先对振动信号进行放大、滤波和数值处理, 进行频谱分析。从频谱分析中得到具备故障特征的多组频率, 将其与理论计算得到的故障特征频率相比较, 诊断设备是否存在故障, 并确定故障点与故障类型。振动信号的频域分析法是机械故障诊断中广泛应用的技术手段。

2 故障诊断技术应用

在矿山设备和水泥设备的运行中, 由于环境恶劣、工况复杂设备故障频发。对于设备故障的早期诊断具有极其重大的经济价值与社会意义。采用振动诊断技术进行设备的故障诊断是众多诊断技术中较为先进并可行的技术之一。

本文以矿山设备常用的管磨机的故障诊断为例, 进行振动故障诊断技术的应用分析与方案选择技术的阐述。

所采用的测量与诊断分析系统模型见图1。

本系统采用振动测试装置测量管磨机减速机部位的振动烈度值, 用以评判管磨机减速机振动是否超标;采用压电式速度传感器及电荷放大器和信号变换接口板, 使用美国NI公司的采样板卡实时拾取减速机输出轴部位的振动信号, 在计算机硬盘上记录测点上的3维方向上的振动信号。使用美国SQI公司的振动数据采集与分析软件在计算机上进行信号的时域和频域分析。

将分析结果与管磨机振动强度的评价标准对比, 检测管磨机减速机出轴部位振动的速度均方根值即振动烈度值, 用以评价振动强度是否超标。根据管磨机电机的转速及管磨机减速机结构, 建立计算结构理论计算模型, 并计算其特征频率, 确立振动信号频谱分析及故障诊断的数值参数。

3 振动信号的动态分析

管磨机减速机出轴部位的振动信号的时域及频域数据如表1所示。对如图1所示振动信号的分析与综合, 有如下分析结果。

(1) 振动信号的频谱分析图中, 峰值频率成分为525.6Hz、163.9Hz、263.5Hz、15.2Hz。根据理论计算结果的分析可知15.2Hz为电机输出轴的回转频率。163.95Hz为15.2Hz信号对150Hz的调制, 263.5Hz是减速机的第一级啮合频率。

(2) 由特征频率的理论计算结果可知:电机输出轴回转频率为15.2Hz、263.5Hz和525.6Hz为第一级啮合频率的倍频, 而16 3.9H z为第二级啮合频率;从而得出输出轴的输出频率被调制, 存在轴运转偏心和局部轴承磨损失效问题。需要进一步的深入具体部位进行故障诊断与维修。

4 设备振动故障诊断技术普及与推广

采用廉价的数据采集板卡结合相应的软件分析技术结合便携式电脑设备可以构成标准的虚拟仪器系统。利用此系统, 对矿山设备进行信号的时域、频域和幅值域分析, 并从中判别出设备的故障频率及故障因素。它是机电设备离线与在线故障诊断的先进技术之一。通过对测试结果的技术分析, 能够较准确地反映机电设备的真实工况和故障, 从而为设备的检修和维护准备充分而可靠的技术数据, 有效地节约成本与费用并提高设备生产效率。此测试及分析方法对矿山设备的振动测试和故障诊断具有一定的实际应用价值。

摘要：振动故障诊断技术具有诊断结果准确可靠, 便于设备故障现场的实时诊断;频域分析法是振动诊断技术的方法之一。对振动信号的数值处理后进行频谱分析, 并从频谱族中辨识出故障频率。根据对管磨机振动强度的评价标准对比, 并通过与计算频率进行比较, 找出故障部位, 确定故障类型。此方法具有一定的实际应用价值。

关键词：振动故障诊断,故障特征频率,实际应用

参考文献

[1] 梁宗红, 黄三弥.振动测试技术在旋转机械中的应用[J].工业科技, 2004, 1 (33) .

[2] 程宁, 刘桦.减速器故障的振动检测与诊断带[J].实用测试技术, 1996, 5 (3) .

[3] 夏虹, 刘永阔, 谢春丽.设备故障诊断技术[M].哈尔滨工业大学出版社, 2010, 3.