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轴承座应用中轴承故障诊断

滚动轴承是应用最为广泛的机械零件质疑,同时,它也是机器中最容易损坏的元件之一。许多旋转机械的故障都与滚动轴承的状态有关。据统计,在使用滚动轴承的旋转机械中,大约有30%的机械故障都是由于轴承而引起的。可见,轴承的好坏对机器工作状态影响极大。
通常,由于轴承的缺陷会导致机器产生振动和噪声,甚至会引起机器的损坏。而在精密机械中(如精密机床主轴、陀螺等),对轴承的要求就更高,哪怕是在轴承上有微米级的缺陷,都会导致整个机器系统的精度遭到破坏。
最早使用的轴承诊断方法是将听音棒接触轴承部位,依靠听觉来判断轴承有无故障。这种方法至今仍在使用,不过已经逐步使用电子听诊器来替代听棒以提高灵敏度。后来逐步采用各式测振仪器、仪表并利用位移、速度或加速度的均方根值或峰峰值来判断轴承有无故障。这可以减少对设备检修人员的经验的依赖,但仍然很难发现早期故障。
滚动轴承在设备中的应用非常广泛,滚动轴承状态好坏直接关系到旋转设备的运行状态,尤其在连续性大生产企业,大量应用于大型旋转设备重要部位,因此,实际生产中作好滚动轴承状态监测与故障诊断是搞好设备维修与管理的重要环节。我们经过长期实践与摸索,积累了一些滚动轴承实际故障诊断的实用技巧。
一、滚动轴承故障诊断的方式及要点
对滚动轴承进行状态监测和故障诊断的实用方法是振动分析。
实用中需注意选择测点的位置和采集方法。要想真实准确反映滚动轴承振动状态,必须注意采集的信号准确真实,因此要在离轴承最近的地方安排测点,在电机自由端一般有后风扇罩,其测点选择在风扇罩固定螺丝有较好监测效果。另外必须注意对振动信号进行多次采集和分析,综合进行比较。才能得到准确结论。
二、滚动轴承正常运行的特点与实用诊断技巧
我们在长期生产状态监测中发现,滚动轴承在其使用过程中表现出很强的规律性,并且重复性非常好。正常优质轴承在开始使用时,振动和噪声均比较小,但频谱有些散乱,幅值都较小,可能是由于制造过程中的一些缺陷,如表面毛刺等所致。
运动一段时间后,振动和噪声维持一定水平,频谱非常单一,仅出现一、二倍频。极少出现三倍工频以上频谱,轴承状态非常稳定,进入稳定工作期。
继续运行后进入使用后期,轴承振动和噪声开始增大,有时出现异音,但振动增大的变化较缓慢,此时,轴承峭度值开始突然达到一定数值。我们认为,此时轴承即表现为初期故障。
这时,就要求对该轴承进行严密监测,密切注意其变化。此后,轴承峭度值又开始快速下降,并接近正常值,而振动和噪声开始显著增大,其增大幅度开始加快,当振动超过振动标准时(如ISO2372标准),其轴承峭度值也开始快速增大,当既超过振动标准,而峭度值也超过正常值(可用峭度相对标准)时,我们认为轴承已进入晚期故障产,需及时检修设备,更换滚动轴承。
轴承表现出晚期故障特征到出现严重故障(一般为轴承损坏如抱轴、烧伤、沙架散裂、滚道、珠粒磨损等)时间大都不超过一周,设备容量越大,转速越快,其间隔时间越短。因此,在实际滚动轴承故障诊断中,一旦发现晚期故障特征,应果断判断轴承存在故障,尽快安排检修。
三、滚动轴承异常运行特点及诊断技巧 
现在由于假冒伪劣轴承难免会进入企业和设备,而这些流动轴承造成的严重故障往往是突发的,灾难性的。如轴承保持架突然断裂、轴承内外圈突燃断裂等,这些故障将造成转子抱轴,重者导致转子或设备报废。近几年我们在实际中经常遇到此类情况。因此,在实际监测与诊断中,必须尽快诊断出滚动轴承状态好坏,并及时更换伪劣轴承,避免大事故发生。 我们在大量的此类事故中,也积累了一些实用技巧,就是此类轴承在安装后运行初期,监测其振动状态,并进行频谱分析。我们发现轴承在运行初期,其频谱有其独特特点,即设备工频一般不占主要成份。但振动总值不大,用振动标准(如ISO2372标准)判断振动是合格的。
此时,就要引起我们警惕,这种状态即表现为轴承部件存在缺陷等,其失效往往非常快而且非常突然。上例即在测完此图后两小时转子抱轴。
在诊断这些假冒伪劣轴承故障时,要注意多积累平时优质轴承在设备上正常运行的频谱和振动时域情况,便于在出现此类异常频谱时能及时判断出轴承故障,避免设备事故。
四、实用的滚动轴承快速诊断技巧
我们在实际状态监测中,往往只需判断滚动轴承好坏,能用多长时间,而精密分析及诊断中诊断轴承某个部位故障往往实用性不大。实用中精密诊断由于受工况等因素影响,时常找不出滚动轴承对应的特征频率。虽然近几年发展出的小波分析与快速共振动解调分析技术比较准确,但所需设备投入较大,还需进行较多分析,现场故障诊断人员一般较少应用。我们在实用诊断上采取有量纲参数与无量纲参数结合判断进行轴承快速故障诊断,即采用频谱分析中频率振动速度,结合轴承峭度值进行综合诊断。当两个条件均超过标准时,我们判断轴承存在故障。
这种判断方法经过三年的实践,证明对滚动轴承的故障诊断是非常实用的。判断快速、准确,准确率超过90%。诊断出来的轴承基本上均处于后期故障阶段,具有非常好的经济效益。
另外,当监测到滚动轴承低频振动非常大的时候,排除机组不对中、不平衡、结构松动、基础共振结构性因素后,即使无滚动轴承特征频率,应果断判断滚动轴承故障进行检修。
五、实用的滚动轴承频谱分析与诊断技巧 
现在数据采集器使用已比较普遍。但在实用中注意一下技巧。对于振动不大,轴承峭度不大,频谱复杂的振动信号,在现场难以判断有无故障情况时,我们将振动信号采集回来,传到计算机进行精密分析。此时,先进行常规分析,检查振动速度频谱和轴承峭度是否接近标准,而后用功率谱考察振动能量是否超标,若功率谱不大,观察频谱中各种频率成份。若谱线对应频率工频整倍,则应着重查找机组结构方面的故障;若为工频分数倍,出现较多小数位频率,则应着重查找轴承牲频率,若有,则轴承存在的故障,若无,排除其它部件故障后需引起警惕,加强监测。实际发现许多振动不超标,而出现轴承故障事例。一旦出现轴承特征频率或接近轴承特征频率频谱,则应判断轴承存在故障,而后根据幅值大小,可作趋势分析或安排检修。
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