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1. 幅值的意義 振動三要素:振幅的意義,相位的意義,頻率的意義
振動幅值是我們熟悉的參數(shù),也是我們拿來衡量機器運行狀態(tài)的基本參數(shù)。
當然,對于大多數(shù)情況,振動幅值是有使用價值的。振動標準就是基于機器轉速(與激振力頻率相關)來定義振動幅值的。
但是,按照幅值評價機器運行狀態(tài)時應注意:對于以峰峰值計量的振動幅值,要特別注意信號的對稱性特征。一般來說,若振動信號分布是對稱的,說明機器振動在這個方向上的支撐剛度是均勻的;反之,若出現(xiàn)較明顯的不對稱特征,則說明該方向上支撐剛度是不均勻的,就應查找發(fā)生這種支撐剛度不均勻的原因。
同樣,以半峰值計量振動幅值時也應注意對稱性問題。
例如,我們在測量滾動軸承引起的振動時,當振動信號分布均勻時,即便是有明顯的沖擊特征,充其量這個階段是局部故障發(fā)展期,滾動軸承仍然有一定的剩余壽命,但是振動信號呈現(xiàn)很明顯的不對稱性時,說明滾動軸承的支撐剛度開始變得不均勻,不對稱特征越明顯,支撐剛度均勻性越差。我們很容易會聯(lián)想到如果軸承保持架破裂,支撐剛度就會不均勻。用信號的不對稱特征診斷滾動軸承保持架破裂非常有效,這是在實際中經(jīng)過驗證了的。 振動三要素:振幅的意義,相位的意義,頻率的意義
還有一種計量單位是信號的有效值,它反映了振動的平均能量,而且具有較好的穩(wěn)定性,故經(jīng)常用于機器的振動保護中。
我們還是以滾動軸承為例,從故障發(fā)展的始終順序看,當軸承存在局部缺陷時,峰值首先變大,但有效值不會有明顯的變化;當局部故障發(fā)展到整個滾道時,振動的平均能量增大,即有效值增大,標志著滾動軸承故障進入發(fā)展期。在故障發(fā)展期,峰值和有效值可能同步增大,等峰值不再增大時,這個時間點作為更換軸承的節(jié)點的。
因此,有時候我們用一種計量單位來評價振動時,關注的角度是不一樣的。建議同時進行不同的計量,通過這些計量參數(shù)的變化,可幫助我們找到故障發(fā)展的本末始終。
我在綜合狀態(tài)評價體系中,采用了多參數(shù)、多角度和多尺度的“三多”原則,共計用了27項指標評價一個測點的狀態(tài),其效果還是令人滿意的。正所謂“橫看成林側成峰”,不同的觀察角度能夠提供的信息是不同的。
2. 相位的意義
除了分析平衡問題,相位的地位遠沒有幅值和頻率那樣受到重視。
無論大家清楚與否,我們還是先把相位的定義復述一下。
相位是觸發(fā)脈沖信號前沿到前振動信號的一個正峰值的角度。即觸發(fā)脈沖在前,振動信號的正峰值在后。
相,必是兩者相互關系,因此,相位是觸發(fā)脈沖和振動信號兩者之間的位置關系。
如果是正脈沖,則從脈沖的上升沿計算;如果是負脈沖,則從脈沖的下降沿計算。
1X信號的相位是按上述的定義計算的,2X相位也是這樣計算的。不論是多少階振動信號的相位,都是觸發(fā)脈沖前沿到前振動信號一個正峰值的角度,只是高階相位物理意義不明確,在實際應用中很少涉及。
在一定轉速下,振動信號與激振力之間的角度差是恒定的,但是我們不能確定是多少,只能知道在多大的范圍內(nèi)變化。
我們知道,在鍵相傳感器和振動傳感器安裝位置不變的情況下,儀器指示相位應該是相同的。但如果是臨時安裝的傳感器,不同的儀器指示相位可能不同。
若鍵相傳感器順轉動方向移動,即觸發(fā)脈沖信號滯后,儀器指示相位減?。环粗?,儀器指示相位增大; 若振動傳感器順轉動方向移動,振動信號之后,儀器指示相位增大;反之,儀器指示相位減小;
儀器指示相位變化因機組垂直和水平方向上支撐剛度特性不同未必與傳感器移動角度保持嚴格一致。 說到相位,就不能不說一說動平衡問題。
動平衡過程中需要加試重,加試重的角度對平衡效果影響很大,我們希望找到真正的不平衡角度,這樣就可以在其相反的方向上加試重,但是這個角度我們只知道在某一個范圍內(nèi),而不知道其確切的位置。
試重角度可按以下方法反推:
鍵相傳感器與鍵相標志(凸臺或鍵槽)對準,從振動傳感器逆轉相位角找到振動高點;
由振動高點順轉滯后角,找到不平衡力的角度,其對面即為加重角度; 根據(jù)鍵相標志與平衡配重之間的關系,在轉子上找到加重位置; 轉子采用剛性支撐的系統(tǒng),當平衡轉速小于臨界轉速時,滯后角為0~90°;在臨界轉速附近時,取滯后角等于90°,當平衡轉速大于臨界轉速時,取滯后角90~180°; 柔性支撐系統(tǒng)工作轉速下軸瓦振動的滯后角普遍比剛性支撐要大60~180°。
3. 頻率的意義 振動三要素:振幅的意義,相位的意義,頻率的意義 振動三要素:振幅的意義,相位的意義,頻率的意義
在振動標準中并非未考慮頻率的影響,但是考慮的比較粗糙,因為不可能考慮的很細致,那樣也不現(xiàn)實。
但是頻率的影響確實很重要,這就是為什么很容易把故障診斷和頻譜分析聯(lián)系起來。
都江堰的安瀾索橋的振幅大約有半米,因為其頻率很低;如果一臺轉速為5000rpm的機器振動幅值達到100微米,估計所有的人員都會很緊張。 振動三要素:振幅的意義,相位的意義,頻率的意義
離開了頻率,單純的幅值并不能說明什么。
我們這里不說什么樣的頻譜特征與什么故障有什么關系,我們要說的是頻率在振動中的作用。
在振動聯(lián)想中定義異常狀態(tài)時,其中一項是“出現(xiàn)新的頻率成分”。一般來說,在振動頻率結構相對穩(wěn)定的情況下,相同的幅值反映了相同的工作狀態(tài);但是當出現(xiàn)一個或數(shù)個新的頻率成分時,一定是機器的工作狀態(tài)發(fā)生了變化。
有一本振動監(jiān)測的指導類小冊子上有一幅頻譜示意圖,上面劃分了數(shù)種故障特征頻率在頻譜上的位置,其實就是說明當出現(xiàn)這些特征頻率時,就表明存在這種故障了。如果我們再細分,就會發(fā)現(xiàn),即便是出現(xiàn)某種故障特征時,故障所處的階段不同,起頻率特征分布也是不同的:故障初期大概只能出現(xiàn)特征頻率的基頻(這個基頻與工頻沒有任何關系,即便是與轉速成一定的比例關系,純粹是一種數(shù)學上的關系),但隨著故障的進一步發(fā)展,會出現(xiàn)特征頻率的低次諧波和高次諧波。這就是故障發(fā)展的本末始終。
在診斷滾動軸承故障時,我用的診斷模型采用了“3個頻段6個數(shù)值段”的模式類型,根據(jù)不同頻段、不同的取值范圍、不同的報警閾值和頻段變化特征來評價滾動軸承當前的狀態(tài)和故障所處的階段。
說到頻率,還有一點需要注意:不同頻率的振動對機器的影響系數(shù)是不同的。旋轉力是振動幅值大的貢獻者,能夠占到90%,如果摩擦力和沖擊里也占到90%,那機器還能運行嗎?所以看幅值譜的時候,還不能簡單地看誰的個兒高,還要看清它是誰。有的頻率成分幅值高點兒沒事兒,有些頻率成分露個頭就可能出事兒。