低速旋转机械故障诊断初探

杨文慧

包钢电气公司内蒙古包头014000

摘要：随着科学技术的发展，机械设备越来越复杂，自动化水平越来越高，在现代工业生产中的设备和影响越来越大的作用，设备，机器的成本越来越高，在运行任何故障或失效不仅会导致严重的后果，造成巨大的经济损失。甚至可能造成灾难性的伤亡和恶劣的社会影响。因此，设备故障诊断与监测技术在现代工业生产中起着非常重要的作用。开展设备故障诊断技术的研究具有重要的现实意义。本文对低速旋转机械的故障诊断进行了研究。

关键词：低速旋转机械；故障诊断；方法

引言

大型机械设备是一个大系统。它由机械、润滑、液压、电器和控制等子系统组成。任何子系统的异常都会影响整个系统的功能，或使设备的整体功能失效。监控设备故障诊断技术对整个系统来说，在所有的机器上，使用各种手段来监控它的所有功能，这是没有必要的，只有通过与各子系统设备的特性要求，监测相应的检测手段，确保整个系统设备的功能实现。

1低速重载设备的状态监测

1.1状态监测的目的和任务

机械振动测试的目的和任务主要体现在以下几个方面：

（1）了解机械设备的运行状态，保证机器的运行状态正常。通过对机械设备的连续测试，可以随时了解设备的运行状态。同时，机器运行异常，提醒人们及时采取补救措施。

（2）可以精确地描述机械状态。为确定设备维修和检修内容和周期提供依据，避免了对肉眼检查设备的拆卸，即保持机器完好状态，提高设备利用率。

（3）实现预测维修。通过振动试验，可以及时准确地掌握机械运行状态，预测故障的发生和发展趋势，为实现机械预知维修提供技术保障。

1.2状态监测的工作过程与步骤

为了对齿轮箱和轴承进行监测和诊断，首先需要选择合适的传感器，并将传感器安装在合适的位置。由于传感器的振动信号比较弱，所以传感器信号被放大器放大，然后将放大器的放大信号连接到信号调理器上进行滤波、降噪等预处理。信号调节器发出的信号是模拟信号，计算机无法识别。因此，振动信号也需要连接到模数转换器，即A/D卡，进行模数转换，并将其转换成计算机可以处理的数字信号。最后，利用计算机对数字信号进行时域和频域分析，成功地测试了齿轮和轴承的振动。

2低速重载滚动轴承的振动监测

（1）监测位置和方向的选择

轴承外露时，应在轴承座上选择测量位置。如果轴承座安装在内部测量位置，则应选择轴承为高刚性或底座部分。测量应在测量位置上标明，每个测量不应改变位置。在测量时，由于设备结构和安全性的限制，有时三个方向不能同时进行。它可以用H和A或V两个平面方向测量，而对于高频振动，通常是因为没有方向，也可以朝一个方向进行。

（2）监测参数的选择

滚动轴承的振动由1kHz和几kHz甚至几十kHz的高频振动下的低频振动。振动频率范围与故障类型有关。因此，当用振动信号诊断轴承故障时，通常以振动速度或振动加速度作为测量参数。

（3）监测周期的确定

为了发现初始异常，需要进行定期测量。测量周期的确定原则是根据异常恶化的程度，尽可能地忽略异常情况的严重程度。首先确定基本的测量周期，缩短测量周期，以满足测量数据发现变化标志时的实际需要。

（4）监测标准的确定

在确定测量方法时，应确定测量标准，以确定测量值是否正常或不正常。在轴承振动诊断中，常用的标准有两种：

（a）绝对标准。绝对标准是在正确测量方法规定后建立的标准。它包括国际标准、国家标准、部颁布的标准、行业标准和企业标准。使用绝对标准时，必须在同一地点使用同一仪器，并在相同条件下进行测量。

（b）相对标准。相对判断标准是定期测量同一部分，并按时间进行比较。根据正常值，它是一种基于测量值与参考值之比的判断方法。对于低频振动，通常是观察到的测量值达到1.5-2.0倍参考值达到参考值时。是注意区，约为异常区的4倍。对于高频振动，当测量值达到参考值的3倍时，为注意区域，异常区域约为6倍。应用相对标准，必须在同一条件下，同一仪器和同一位置的常规测量得到测量值。

3低速齿轮常见的故障形式

3.1齿面磨损

润滑油或不清洁油的缺乏会导致齿面磨损，使齿廓发生变化，齿侧间隙增大，从而使齿轮因齿轮变薄而断裂。一般情况下，只有在润滑油中混入磨粒，操作时才会造成齿面的磨粒磨损。

3.2齿面胶合和擦伤

对于重载和高速齿轮齿面区域，温度很高，一旦润滑不良，齿面间的油膜就会消失，齿面金属焊接在另一齿面上啮合，形成垂直于齿线的齿面上的划痕。当新的齿轮不使用时，它常常在某一部分产生这种现象，从而使齿轮擦伤。

3.3齿面接触疲劳

在实际啮合过程中，齿轮具有相对滚动和相对滑动，相对滑动力与节点的两侧相对，产生波动载荷。剪应力载荷和脉冲功率在齿轮表面层深层脉动循环的作用下发生变化，当剪应力超过齿轮材料的疲劳极限时，接触面会产生疲劳裂纹，裂纹扩展，齿面剥落，在齿面形成小凹坑，称为点蚀。当“点蚀”扩大时，牙齿表面的金属块就会剥落。另外，材料不均匀或局部擦伤，也容易出现先接触疲劳后某一牙齿，导致脱落。

3.4弯曲疲劳与断齿

在加载过程中，作为悬臂梁，根部受脉冲周期弯曲应力，疲劳极限在循环应力超过齿轮材料时，会产生根部裂纹，并逐渐扩大，剩余部分不能承受断齿的传动载荷。齿轮断裂也可能是由于严重的冲击，部分负荷和不均匀的材料在工作中。轮齿断裂和点蚀是齿轮故障的主要形式。

4齿轮故障诊断

4.1相对值判定法

在实际应用中，对于尚未制定出绝对值准则的齿轮，可以充分利用现场实测数据进行统计平均，并制定相应的相对判定标准。相对标准要求在不同时间点测量同一齿轮箱在同一位置的振幅与正常状态下的振幅相比较。当测量值与正常值相比达到一定值时，判断为某一状态。例如，当相对价值标准确定为正常值的1.6至2倍时，应注意，达到2.56到4次是危险的。至于具体用途是按1.6次分类，还是按2次分类，这要视变速箱的要求而定。粗设备通常被分类多次。在实践中，为了达到最佳效果，上述两种方法可以同时使用，以便比较和比较整体评价。

4.2绝对值判定法

绝对值确定方法是直接利用齿轮箱上同一点测量的幅值作为评定运行状态的指标。采用绝对值法识别齿轮状态，有必要根据不同的齿轮箱和不同的使用要求建立相应的判据。确定齿轮绝对值的主要依据是：

①异常振动现象的理论研究；

②振动现象的实验分析；

③实测数据的统计评价；

④参考国内外有关标准。

事实上，没有绝对值的标准，可以适用于所有齿轮。当齿轮的大小和类型不同时，判断标准也不同。当宽带振动通过测量参数来判断时，标准值必须根据频率变化。频率低于1kHz，和振动是由速度；频率高于1kHz，和振动加速度的大小。实际标准必须根据具体情况确定。

结语：

对低速重载机械进行状态监测与故障诊断时，位移对对低速重载机械比较敏感，测量参数选择位移比较有效。无量纲时域指标对于低速重载滚动轴承的早期故障比较敏感。时域波形分析、频谱分析、共振解调分析、倒谱分析等技术结合使用，能够成功的诊断出低速重载滚动轴承的故障。对提升机减速箱行星齿轮进行了传动分析，提出了适用于非平稳工况下的低速重载减速箱行星齿轮的状态监测方法。

参考文献：

[1]解志杰.面向全寿命过程的低速斜齿轮故障诊断方法研究[D].哈尔滨工业大学，2014.

[2]王楠.基于分形—小波的低速轴承磨损故障物理特征研究[D].东北大学，2008.