滚动轴承SPM冲击脉冲诊断-冲击脉冲与振动的区别.pdf

Copyright SPM Instrument 20071SPM Spectrum SPM上海冲击脉冲与振动的区别冲击脉冲与振动的区别 Copyright SPM Instrument 20072SPM Spectrum SPM上海Copyright SPM Instrument 20073SPM Spectrum SPM上海第一大特点第一大特点 冲击脉冲可以提前冲击脉冲可以提前3 7个月时间预知轴承故障个月时间预知轴承故障 冲击脉冲传感器通过硬件和软件的共同作用 确保在冲击脉冲传感器通过硬件和软件的共同作用 确保在 32 kHz频率 共振 使得所取的信号较常规振动传感器取得的信号幅值大 频率 共振 使得所取的信号较常规振动传感器取得的信号幅值大5 7倍 因此 当轴承存在轻微的故障时 冲击脉冲就可以捕捉到可靠信号 而振动传感器捕捉到轴承故障信号时 轴承故障已经很严重 拆下 轴承肉眼明显可以看到轴承的缺陷 倍 因此 当轴承存在轻微的故障时 冲击脉冲就可以捕捉到可靠信号 而振动传感器捕捉到轴承故障信号时 轴承故障已经很严重 拆下 轴承肉眼明显可以看到轴承的缺陷 由于轴承冲击信号能量低 尤其轴承中 前期阶段故障信号 常常被淹没在背景噪 声中 采用普通振动传感器提取冲击脉冲 信号是不可能的 采用专用的冲击脉冲传 感器 其设定传感器频率在32kHz共振 通过机械及电子调谐的共同作用 将所获 得的轴承冲击信号放大5 7倍 针对放大 了的信号进行分析 即可得到脉冲信号的 周期和相应的幅值 比照轴承的频率 确 定振源 这就是其可以诊断轴承中 前期 故障的主要原因 Copyright SPM Instrument 20074SPM Spectrum SPM上海如下图实例中 振动未报警 但轴承冲击脉冲峰值已远远超出报 警值 损伤程度逐渐加大 说明轴承已经失效 继续运行将导致 严重隐患 轴承状态 冲击脉冲 轴承状态 冲击脉冲LR HR 损伤程度损伤程度COND 润滑指标润滑指标LUB 水平振动水平振动VIB Copyright SPM Instrument 20075SPM Spectrum SPM上海轴承寿命趋势图轴承寿命趋势图轴承寿命趋势图轴承寿命趋势图 冲击脉冲冲击脉冲冲击脉冲冲击脉冲SPMSPM监测趋势图监测趋势图监测趋势图监测趋势图 大量实验证明 大量实验证明 轴承正常寿命为轴承正常寿命为5000 50000小时 小时 当冲击脉冲值达到当冲击脉冲值达到60分贝分贝时 轴承寿命终结 时 轴承寿命终结 Copyright SPM Instrument 20076SPM Spectrum SPM上海980105 980428 980807 980826 长达8个月预警时间 轴承寿命趋势图轴承寿命趋势图轴承寿命趋势图轴承寿命趋势图 冲击脉冲冲击脉冲冲击脉冲冲击脉冲SPMSPM监测监测监测监测 超长预警时间超长预警时间超长预警时间超长预警时间 Copyright SPM Instrument 20077SPM Spectrum SPM上海第二大特点第二大特点 冲击脉冲可以解决振动解决不了的轴承问题冲击脉冲可以解决振动解决不了的轴承问题 润滑问题润滑问题 LRLR HRHR 8 8 3 3 dB dB LUB LUB 0 0 冲击脉冲指示润滑不 冲击脉冲指示润滑不 冲击脉冲指示润滑不 冲击脉冲指示润滑不 良 油枪加油良 油枪加油良 油枪加油良 油枪加油 前后状态比较前后状态比较前后状态比较前后状态比较 LR 损坏区损坏区 HR 润滑不良区润滑不良区 Copyright SPM Instrument 20078SPM Spectrum SPM上海低速设备的故障诊断问题低速设备的故障诊断问题 低速重载设备故障诊断存在重载零部件故障故障隐患信息却难以提取 的现实问题 振动测试的方法在很多设备上使用效果很差 必须采用 全新的方法才能解决故障诊断问题 低速重载设备故障诊断存在重载零部件故障故障隐患信息却难以提取 的现实问题 振动测试的方法在很多设备上使用效果很差 必须采用 全新的方法才能解决故障诊断问题 冲击脉冲在低速重载设备上有很多成功的应用 冲击脉冲不受频率的 限制 冲击脉冲在低速重载设备上有很多成功的应用 冲击脉冲不受频率的 限制 某电厂煤输送带 转速1RPM 更换轴承 更换轴承 第三大特点第三大特点 Copyright SPM Instrument 20079SPM Spectrum SPM上海第四大特点第四大特点 冲击脉冲测试不受普通振动信号的影响冲击脉冲测试不受普通振动信号的影响 冲击脉冲传感器冲击脉冲传感器 机械带通滤波器机械带通滤波器 BPF 32KHz f m Copyright SPM Instrument 200710SPM Spectrum SPM上海不平衡 轴承故障 冲 击 脉 冲 振 动 Copyright SPM Instrument 200711SPM Spectrum SPM上海冲击脉冲与振动原理上区别冲击脉冲与振动原理上区别 Copyright SPM Instrument 200712SPM Spectrum SPM上海1 弹性波形 冲击脉冲 与 振动的来源不同 弹性波形 冲击脉冲 与 振动的来源不同 材料压缩 释放压缩 弹性波形弹性波形 冲击脉冲 振动 冲击脉冲 振动 平行平行 移动移动 An elastic wave Shock Pulse can bee seen as compression and decompression of material in a structure while a vibration can be seen as movement of material A real vibration is a mixture of these signals Copyright SPM Instrument 200713SPM Spectrum SPM上海2 冲击脉冲传感器捕捉信号的方式不同 冲击脉冲传感器捕捉信号的方式不同 f 32KHz 在共振区可以很好确定幅值在共振区可以很好确定幅值 传统的振动传感器是不控制其共振频率 不同传感器其共振频率和幅值是变化的 不可重复 传统的振动传感器是不控制其共振频率 不同传感器其共振频率和幅值是变化的 不可重复 在一个传感器中安装一个铜棒 通过一个确定冲击波 其共振 频率是唯一的 这个铜棒的共振频率接近 在一个传感器中安装一个铜棒 通过一个确定冲击波 其共振 频率是唯一的 这个铜棒的共振频率接近32KHz 这个过程是可 以重复的 这个过程是可 以重复的 Copyright SPM Instrument 200714SPM Spectrum SPM上海冲击脉冲传感器冲击脉冲传感器 冲击脉冲传感器设计和校准其共振频率冲击脉冲传感器设计和校准其共振频率 确保在确保在 32 kHz频率工作频率工作 较常规的振动传感器 轴承故障瞬态信号幅值放大较常规的振动传感器 轴承故障瞬态信号幅值放大7倍倍 相比较振动包络技术 对轴承故障信号强弱可进行定量分析相比较振动包络技术 对轴承故障信号强弱可进行定量分析 共振频率共振频率 f1f2 振动传感器振动传感器 Copyright SPM Instrument 200715SPM Spectrum SPM上海冲击脉冲传感器冲击脉冲传感器 机械带通滤波器机械带通滤波器 BPF 32KHz 带通滤波带通滤波 f m Copyright SPM Instrument 200716SPM Spectrum SPM上海冲击脉冲传感器冲击脉冲传感器 0 0 05 0 1 0 15 0 2 0 25 0 3 0 35 0 4 0 45 0 3200 6400 9600 12800 16000 19200 22400 25600 28800 32000 35200 38400 41600 44800 48000 0 0 05 0 1 0 15 0 2 0 25 0 3 0 35 0 4 0 45 0 3200 6400 9600 12800 16000 19200 22400 25600 28800 32000 35200 38400 41600 44800 48000 If the SPM Transducer response curve is superimposed on the frequency output from the steel bar it is obvious that the SPM transducer will pick up the high frequency content from the steel bar and produce a 32KHz signal Copyright SPM Instrument 200717SPM Spectrum SPM上海TMU 低频振动低频振动 压电晶体压电晶体 冲击脉冲传感器通过机械和电气调谐共同作用确保在冲击脉冲传感器通过机械和电气调谐共同作用确保在32KHz发生共振发生共振 通过机械调调谐 很容易确定幅值 通过机械调调谐 很容易确定幅值 电气调谐 电气调谐 TMU 带通滤波带通滤波 f32KHz 冲击脉冲传感器冲击脉冲传感器 Copyright SPM Instrument 200718SPM Spectrum SPM上海TMU 压电晶体压电晶体 低频振动信号不影响冲击脉冲测量低频振动信号不影响冲击脉冲测量 0 1 0 0 1 Bearing damage X 冲击脉冲传感器冲击脉冲传感器 Copyright SPM Instrument 200719SPM Spectrum SPM上海Frequency Spectrum 0 005 0 0 005 0 01 0 015 0 02 0 025 0 03 0 035 0 04 0 045 0 05 0100002000030000400005000060000 Frequency Hz Amplitude Shock Pulse Signal Frequency Spectrum 0 005 0 0 005 0 01 0 015 0 02 0 025 0 03 0 035 0 04 0 045 0 05 0100002000030000400005000060000 Frequency Hz Amplitude Shock Pulse Signal SPM Transducer Signal Frequency Spectrum 0 005 0 0 005 0 01 0 015 0 02 0 025 0 03 0 035 0 04 0 045 0 05 0100002000030000400005000060000 Frequency Hz Amplitude Shock Pulse Signal SPM Transducer Signal SPM Transducer TMU Signal Copyright SPM Instrument 200720SPM Spectrum SPM上海冲击脉冲的幅值冲击脉冲的幅值 冲击脉冲幅值正比于撞击钢棒钢球速度的平方冲击脉冲幅值正比于撞击钢棒钢球速度的平方 钢球的质量不影响幅 值 钢球的质量不影响幅 值 滚动轴承的钢球的速度可以通过轴径和转速来计算的 计算出的滚动轴承的钢球的速度可以通过轴径和转速来计算的 计算出的dBi 值是用来消除速度的影响值是用来消除速度的影响 dBi 20 log rpm d0 6 2150 Copyright SPM Instrument 200721SPM Spectrum SPM上海3 振动检测轴承故障主要手段是包络解调方法 包络幅值没 有意义 不能进行趋势分析 冲击脉冲幅值有意义 可以 定量分析 可以进行趋势分析 振动检测轴承故障主要手段是包络解调方法 包络幅值没 有意义 不能进行趋势分析 冲击脉冲幅值有意义 可以 定量分析 可以进行趋势分析 Copyright SPM Instrument 200722SPM Spectrum SPM上海4 冲击脉冲时域和频域测量可以一次采集就可以完成 振动频谱 测试和振动包络测试必须两次测量才可以完成 冲击脉冲时域和频域测量可以一次采集就可以完成 振动频谱 测试和振动包络测试必须两次测量才可以完成 振动包络振动频谱 Copyright SPM Instrument 200723SPM Spectrum SPM上海5 冲击脉冲不仅可以检测轴承故障 还可以检测轴承的润滑状况 冲击脉冲不仅可以检测轴承故障 还可以检测轴承的润滑状况 轴承润滑状态代码轴承润滑状态代码Lub No Lub0 干摩擦状态干摩擦状态 Lub1 2 边缘润滑状态边缘润滑状态 Lub3 4 良好润滑状态良好润滑状态 Copyright SPM Instrument 200724SPM Spectrum SPM上海试验装置试验装置 产生迪拉克信号 我们来做一个实验 模拟轴承滚动体运行状况 分别采集振动和冲击脉冲信 号 看看他们的差异 激光多普勒振动计 产生迪拉克信号 我们来做一个实验 模拟轴承滚动体运行状况 分别采集振动和冲击脉冲信 号 看看他们的差异 激光多普勒振动计 钢棒钢棒 长长 2 85 m 直径直径 2 85 cm 球轴承的滚珠球轴承的滚珠 直径直径 10mm 计算机控制采集计算机控制采集 抛出球抛出球V 通过实验来看振动和冲击脉冲的差异通过实验来看振动和冲击脉冲的差异 Copyright SPM Instrument 200725SPM Spectrum SPM上海The Dirac Signal 迪拉克信号 迪拉克信号 单位冲击单位冲击 t f 迪拉克信号在时域波形中有一个无穷大的幅值和一个无限小的 频带 接近单位1 迪拉克信号在频域包含所有的频率成分 迪拉克信号是一个数学模型 在现实生活中不存在 然而 根 据此理论 如果存在一个持续时间很短的冲击信号 那么他一 定具有很宽的频率范围 傅立叶变换傅立叶变换 t 0 Copyright SPM Instrument 200726SPM Spectrum SPM上海试验装置试验装置 产生迪拉克信号 钢球在一端 一个冲击脉冲传感器安装到钢棒的另一端 产生迪拉克信号 钢球在一端 一个冲击脉冲传感器安装到钢棒的另一端 Copyright SPM Instrument 200727SPM Spectrum SPM上海细节 一个冲击脉冲传感器安装到钢棒的另一端细节 一个冲击脉冲传感器安装到钢棒的另一端 试验装置试验装置 产生迪拉克信号产生迪拉克信号 Copyright SPM Instrument 200728SPM Spectrum SPM上海振动信号的测试振动信号的测试 LDV激光多普勒振动测量 信号 激光多普勒振动测量 信号 Ball velocity 1 2 m s 10 5 0 5 10 15 20 0 49 98 146 195 244 293 342 391 439 488 537 586 635 684 732 781 830 879 928 977 1025 1074 1123 1172 1221 10 5 0 5 10 15 20 0 49 98 146 195 244 293 342 391 439 488 537 586 635 684 732 781 830 879 928 977 1025 1074 1123 1172 1221 Time us Velocity mm s 反射波形反射波形 10 5 0 5 10 15 20 0 10 5 0 5 10 15 20 0 Time us Velocity mm s 0 0 05 0 1 0 15 0 2 0 25 0 3 0 35 0 4 0 45 0 3200 6400 9600 12800 16000 19200 22400 25600 28800 32000 35200 38400 41600 44800 48000 0 0 05 0 1 0 15 0 2 0 25 0 3 0 35 0 4 0 45 0 3200 6400 9600 12800 16000 19200 22400 25600 28800 32000 35200 38400 41600 44800 48000 经傅立叶变换后的信号经傅立叶变换后的信号 F Hz Velocity mm s Copyright SPM Instrument 200729SPM Spectrum SPM上海冲击脉冲测量冲击脉冲测量 速度速度 钢球速度峰峰值钢球速度峰峰值dBsv 0 157 m s0 018 Vp p40dBsv 0 3 m s0 094 Vp p54dBsv 0 7 m s0 680 Vp p72dBsv 0 98 m s1 120 Vp p76dBsv 1 1 m s1 450 Vp p78dBsv 钢棒钢棒 2 85m冲击脉冲传感器冲击脉冲传感器 TM