目前，在工業(yè)領(lǐng)域里煤炭、電力、化工及機(jī)械制造等行業(yè)中工業(yè)電機(jī)、風(fēng)機(jī)、空壓機(jī)、沖壓機(jī)、水泵、數(shù)控機(jī)床、工程機(jī)械等設(shè)備被廣泛使用，在機(jī)械設(shè)備運(yùn)行過程中，設(shè)備振動(dòng)信號(hào)承載著設(shè)備的狀態(tài)信息，蘊(yùn)含了豐富的設(shè)備異常或者故障的信息，可以說振動(dòng)特征是設(shè)備運(yùn)行狀態(tài)好壞的重要標(biāo)志。運(yùn)維檢測(cè)行業(yè)中由于依靠人工點(diǎn)檢，工作人員在噪音、粉塵、強(qiáng)干擾的惡劣環(huán)境中無法長(zhǎng)時(shí)間監(jiān)測(cè)設(shè)備運(yùn)行數(shù)據(jù)，設(shè)備因軸承磨損和不平衡造成帶傷工作無法被及時(shí)發(fā)現(xiàn)，導(dǎo)致機(jī)械故障頻繁發(fā)生，造成非預(yù)期停產(chǎn)，從而給企業(yè)帶來巨大損失。因此，基于振動(dòng)信號(hào)的故障監(jiān)測(cè)在設(shè)備診斷領(lǐng)域中是一種極為可靠有效的實(shí)施辦法。

什么是機(jī)械振動(dòng)？

指物體圍繞其平衡位置附近來回?cái)[動(dòng)并隨時(shí)間變化的一種運(yùn)動(dòng)，是機(jī)械系統(tǒng)對(duì)激勵(lì)的響應(yīng)。振動(dòng)的強(qiáng)弱用振動(dòng)量來衡量，振動(dòng)量可以是振動(dòng)體的位移、速度或加速度。機(jī)械振動(dòng)有不同的分類方法.按產(chǎn)生振動(dòng)的原因可分為自由振動(dòng)、受迫振動(dòng)和自激振動(dòng)。

為什么要機(jī)器振動(dòng)分析？

在機(jī)器振動(dòng)的機(jī)械振動(dòng)方面，振動(dòng)分析是一項(xiàng)非常重要的技術(shù)。它是基于機(jī)器振動(dòng)信號(hào)所提供的高信息內(nèi)容，它是機(jī)器狀態(tài)的指示器，用于故障診斷。振動(dòng)分析在預(yù)測(cè)維修程序中的基礎(chǔ)，廣泛應(yīng)用于機(jī)械零件如軸承、軸、聯(lián)軸器、轉(zhuǎn)子、電機(jī)等的早期和嚴(yán)重故障的檢測(cè)和監(jiān)測(cè)等。

描述機(jī)械振動(dòng)的三個(gè)基本要素是振輻、頻率和相位，簡(jiǎn)稱振動(dòng)的三要素。
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■?振動(dòng)幅值，簡(jiǎn)稱振幅，是描述振體偏離其平衡位置大小的物理量。振幅反映了設(shè)備振動(dòng)的強(qiáng)弱。在振動(dòng)簡(jiǎn)易診斷中，常常用振幅的大小作為判斷設(shè)備運(yùn)行狀態(tài)的依據(jù)。在振動(dòng)精密診斷中，尋找振幅的頻率成分，是判斷設(shè)備故障部位的主要工作。在振動(dòng)測(cè)量中，振動(dòng)的幅值一般用峰值、有效值或平均值來度量振動(dòng)的量級(jí)。

■?振動(dòng)頻率是指單位時(shí)間內(nèi)振動(dòng)的次數(shù)。在機(jī)械設(shè)備中，每一個(gè)運(yùn)動(dòng)著的零部件都有其特定的固有頻率和振動(dòng)頻率。我們可以通過分析設(shè)備的頻率特征來判斷設(shè)備的工作狀態(tài)。若不了解設(shè)備的結(jié)構(gòu)和運(yùn)動(dòng)零部件的振動(dòng)頻率，就不能確切地判斷設(shè)備的故障。因此，設(shè)備振動(dòng)頻率的計(jì)算和特征頻率的檢測(cè)，是故障診斷工作的重要環(huán)節(jié)。

■?振動(dòng)相位是指在任意時(shí)刻，振體所處的位置。在振動(dòng)的合成中可以看到，相同的振動(dòng)，若相位不同，能合成為不同的振動(dòng)。在故障診斷中，設(shè)備振動(dòng)相位的變化，往往反映一些特定的故障。相位的檢測(cè)和分析，可用于振型測(cè)量、諧波分析，以及設(shè)備動(dòng)平衡的測(cè)定等。

機(jī)械振動(dòng)的峰值、有效值、峰峰值、平均值之間的關(guān)系是什么呢？

以常見的機(jī)械振動(dòng)—簡(jiǎn)諧振動(dòng)為例說明，有效值=0.707X 峰值=1.11X 平均值，峰值=1.414X 有效值=1.57X平均值，平均值=0.637X 峰值=0.90X 有效值，峰峰值=2X峰值。

振幅分別用振動(dòng)位移、振動(dòng)速度、振動(dòng)加速度值加以描述、度量，三者相互之間可以通過微分或積分進(jìn)行換算。在振動(dòng)測(cè)量中，除特別注明外，習(xí)慣上振動(dòng)位移的量值為峰峰值，單位是微米[μm]或毫米[mm]；振動(dòng)速度的量值為有效值（均方根值），單位是毫米/秒[mm/s]；振動(dòng)加速度的量值是單峰值，單位是米/秒平方[m/s2]或重力加速度[g]。

振動(dòng)位移、速度、加速度之間又是什么關(guān)系？

加速度都是同頻率的簡(jiǎn)諧波，三者的幅值依次為A、Aω、A，在相位上，加速度領(lǐng)先速度90°，速度領(lǐng)先位移90°，如下圖所示

機(jī)械設(shè)備振動(dòng)監(jiān)測(cè)和故障診斷的基礎(chǔ)

高質(zhì)量的數(shù)據(jù)是機(jī)械設(shè)備振動(dòng)監(jiān)測(cè)和故障診斷成功的基礎(chǔ)。如何獲得穩(wěn)定、高質(zhì)量的、有效的振動(dòng)數(shù)據(jù)，其取決于測(cè)量位置的選擇、機(jī)器和測(cè)點(diǎn)的識(shí)別、測(cè)量參數(shù)的正確選擇、正確合適的測(cè)量技巧、傳感器的正確和穩(wěn)定安裝。

01、測(cè)量位置的選擇

盡量靠近軸承；數(shù)據(jù)采集的三個(gè)方向必須選擇剛性良好處；對(duì)低速重負(fù)荷軸承，在負(fù)載區(qū)域設(shè)置采集點(diǎn)；安全第一，必要時(shí)安裝固定傳感器；水平方向盡量接近水平軸線；垂直方向盡量接近垂直軸線；軸向與軸平行，每次在相同位置，如3:00, 9:00；對(duì)泵，不要將密封位置誤認(rèn)為軸承；不要在基座或基礎(chǔ)上測(cè)取軸承數(shù)據(jù)；不要將測(cè)量位置放在薄板上，如電機(jī)端罩。

02、機(jī)器和測(cè)點(diǎn)識(shí)別

制定機(jī)器和測(cè)點(diǎn)命名規(guī)則, 并保持一致；從電動(dòng)機(jī)外端軸承開始，到被驅(qū)動(dòng)機(jī)器外端軸承結(jié)束；對(duì)每臺(tái)機(jī)器畫一個(gè)圖，注明測(cè)量位置，包括結(jié)構(gòu)參數(shù)和運(yùn)行參數(shù)范圍，測(cè)點(diǎn)命名順序如下圖所示。

03、測(cè)量參數(shù)的正確選擇

測(cè)量參數(shù)的正確選擇，以機(jī)器的常見故障和關(guān)鍵部件為出發(fā)點(diǎn)，根據(jù)不同設(shè)備選擇不同的測(cè)量參數(shù)，產(chǎn)生寬頻帶振動(dòng)的設(shè)備可有多個(gè)設(shè)置參數(shù)，具體的應(yīng)用如下表所示。

04、正確合適的測(cè)量技巧

不要使傳感器晃動(dòng)或滑動(dòng)；手持式測(cè)量時(shí)施加穩(wěn)定的手力；磁場(chǎng)和電磁波可能影響數(shù)據(jù)采集器和傳感器；不要使用相對(duì)測(cè)量位置太大的傳感器或磁力太強(qiáng)影響機(jī)器運(yùn)行；對(duì)低于300CPM的測(cè)量，不要使電纜晃動(dòng)；在采集數(shù)據(jù)前使信號(hào)穩(wěn)定（一般5至6秒）；使振動(dòng)幅值在儀器測(cè)量范圍1/3以上；使用數(shù)據(jù)采集器的現(xiàn)場(chǎng)檢查功能紀(jì)錄觀察的信息，側(cè)臉技巧如下圖所示。

05、傳感器的正確和穩(wěn)定安裝

在曲面上測(cè)量要進(jìn)行處理或使用V槽磁座；確保傳感器和磁座間的接觸清潔而緊固；如果測(cè)量2000Hz以上的頻率，去掉測(cè)量位置的油漆；如果安裝固定墊或盤，粘結(jié)劑要有較好的傳遞特性和適當(dāng)?shù)暮穸?；保證測(cè)量表面清潔，安裝示意圖如下圖所示。

圖片來自網(wǎng)絡(luò)

機(jī)械振動(dòng)分析檢測(cè)的主要手段

傳統(tǒng)機(jī)械設(shè)備狀態(tài)監(jiān)測(cè)和故障診斷主要依靠人的分析，常用的振動(dòng)監(jiān)測(cè)分為離線監(jiān)測(cè)和在線監(jiān)測(cè)。

■?離線監(jiān)測(cè)：是為了消除振動(dòng)故障而進(jìn)行的診斷，這種診斷在時(shí)間要求上不那么緊迫，設(shè)備檢維修人員和現(xiàn)場(chǎng)生產(chǎn)操作人員只需要定期測(cè)量、記錄和跟蹤設(shè)備狀態(tài)，或當(dāng)設(shè)備出現(xiàn)異常時(shí)，臨時(shí)測(cè)量，最后對(duì)設(shè)備故障進(jìn)行仔細(xì)的分析、討論。

■?在線監(jiān)測(cè)：是對(duì)運(yùn)行狀態(tài)下的機(jī)組振動(dòng)故障原因作出及時(shí)準(zhǔn)確的診斷，以便運(yùn)行人員作出糾正性操作，防止事故擴(kuò)大。因此，在線診斷在診斷時(shí)間上要求相對(duì)比較緊迫，主要以專家診斷為主、計(jì)算機(jī)輔助的方式，故又稱為專家診斷系統(tǒng)。系統(tǒng)的核心是專家經(jīng)驗(yàn)，主要用于大型旋轉(zhuǎn)機(jī)器和關(guān)鍵設(shè)備，如汽輪發(fā)電機(jī)組、水輪發(fā)電機(jī)組、大型風(fēng)機(jī)、壓縮機(jī)、泵類等軸承或軸振動(dòng)的連續(xù)監(jiān)測(cè)、超限報(bào)警、故障診斷、事故追憶等。

故障診斷專家利用平臺(tái)提供的時(shí)域分析、頻域分析、包絡(luò)分析、趨勢(shì)分析、瀑布圖等分析手段，結(jié)合自身對(duì)故障理論的理解和設(shè)備當(dāng)前實(shí)際狀態(tài)，給現(xiàn)場(chǎng)工作人員提供一個(gè)合理的維修維保建議，從而保障設(shè)備連續(xù)可靠地運(yùn)轉(zhuǎn)。

由于工業(yè)界生產(chǎn)效率的提高，同時(shí)對(duì)生產(chǎn)安全也重視起來，為了避免由于非預(yù)期設(shè)計(jì)振動(dòng)造成相應(yīng)損失，機(jī)械設(shè)備的振動(dòng)監(jiān)控的重要性也日益加強(qiáng)。

而振動(dòng)頻率分析儀是對(duì)機(jī)械振動(dòng)監(jiān)控的重要儀器設(shè)備。其通過相應(yīng)處理技術(shù)，得到振動(dòng)信號(hào)的相應(yīng)頻率信息，從而幫助監(jiān)控人員判斷目前設(shè)備的運(yùn)行情況，達(dá)到對(duì)機(jī)械振動(dòng)進(jìn)行有效監(jiān)控的目的。為了避免機(jī)械設(shè)備異常振動(dòng)所帶來的故障及損失是不可估量的，所以對(duì)工業(yè)機(jī)械設(shè)備做振動(dòng)分析是非常有必要的!

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可用于機(jī)電測(cè)試故障診斷的采集卡有:

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新超仁達(dá) USB-2406

　　審核編輯：湯梓紅