1. 幅值的意義 振動(dòng)三要素:振幅的意義,相位的意義,頻率的意義
振動(dòng)幅值是我們熟悉的參數(shù),也是我們拿來衡量機(jī)器運(yùn)行狀態(tài)的基本參數(shù)。
當(dāng)然,對(duì)于大多數(shù)情況,振動(dòng)幅值是有使用價(jià)值的。振動(dòng)標(biāo)準(zhǔn)就是基于機(jī)器轉(zhuǎn)速(與激振力頻率相關(guān))來定義振動(dòng)幅值的。
但是,按照幅值評(píng)價(jià)機(jī)器運(yùn)行狀態(tài)時(shí)應(yīng)注意:對(duì)于以峰峰值計(jì)量的振動(dòng)幅值,要特別注意信號(hào)的對(duì)稱性特征。一般來說,若振動(dòng)信號(hào)分布是對(duì)稱的,說明機(jī)器振動(dòng)在這個(gè)方向上的支撐剛度是均勻的;反之,若出現(xiàn)較明顯的不對(duì)稱特征,則說明該方向上支撐剛度是不均勻的,就應(yīng)查找發(fā)生這種支撐剛度不均勻的原因。
同樣,以半峰值計(jì)量振動(dòng)幅值時(shí)也應(yīng)注意對(duì)稱性問題。
例如,我們在測量滾動(dòng)軸承引起的振動(dòng)時(shí),當(dāng)振動(dòng)信號(hào)分布均勻時(shí),即便是有明顯的沖擊特征,充其量這個(gè)階段是局部故障發(fā)展期,滾動(dòng)軸承仍然有一定的剩余壽命,但是振動(dòng)信號(hào)呈現(xiàn)很明顯的不對(duì)稱性時(shí),說明滾動(dòng)軸承的支撐剛度開始變得不均勻,不對(duì)稱特征越明顯,支撐剛度均勻性越差。我們很容易會(huì)聯(lián)想到如果軸承保持架破裂,支撐剛度就會(huì)不均勻。用信號(hào)的不對(duì)稱特征診斷滾動(dòng)軸承保持架破裂非常有效,這是在實(shí)際中經(jīng)過驗(yàn)證了的。 振動(dòng)三要素:振幅的意義,相位的意義,頻率的意義
還有一種計(jì)量單位是信號(hào)的有效值,它反映了振動(dòng)的平均能量,而且具有較好的穩(wěn)定性,故經(jīng)常用于機(jī)器的振動(dòng)保護(hù)中。
我們還是以滾動(dòng)軸承為例,從故障發(fā)展的始終順序看,當(dāng)軸承存在局部缺陷時(shí),峰值首先變大,但有效值不會(huì)有明顯的變化;當(dāng)局部故障發(fā)展到整個(gè)滾道時(shí),振動(dòng)的平均能量增大,即有效值增大,標(biāo)志著滾動(dòng)軸承故障進(jìn)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(shí),這個(gè)時(shí)間點(diǎn)作為更換軸承的節(jié)點(diǎn)的。
因此,有時(shí)候我們用一種計(jì)量單位來評(píng)價(jià)振動(dòng)時(shí),關(guān)注的角度是不一樣的。建議同時(shí)進(jìn)行不同的計(jì)量,通過這些計(jì)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(píng)價(jià)體系中,采用了多參數(shù)、多角度和多尺度的“三多”原則,共計(jì)用了27項(xiàng)指標(biāo)評(píng)價(jià)一個(gè)測點(diǎn)的狀態(tài),其效果還是令人滿意的。正所謂“橫看成林側(cè)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(yuǎn)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(fù)述一下。
相位是觸發(fā)脈沖信號(hào)前沿到前振動(dòng)信號(hào)的一個(gè)正峰值的角度。即觸發(fā)脈沖在前,振動(dòng)信號(hào)的正峰值在后。
相,必是兩者相互關(guān)系,因此,相位是觸發(fā)脈沖和振動(dòng)信號(hào)兩者之間的位置關(guān)系。
如果是正脈沖,則從脈沖的上升沿計(jì)算;如果是負(fù)脈沖,則從脈沖的下降沿計(jì)算。
1X信號(hào)的相位是按上述的定義計(jì)算的,2X相位也是這樣計(jì)算的。不論是多少階振動(dòng)信號(hào)的相位,都是觸發(fā)脈沖前沿到前振動(dòng)信號(hào)一個(gè)正峰值的角度,只是高階相位物理意義不明確,在實(shí)際應(yīng)用中很少涉及。
在一定轉(zhuǎn)速下,振動(dòng)信號(hào)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(dòng)傳感器安裝位置不變的情況下,儀器指示相位應(yīng)該是相同的。但如果是臨時(shí)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(zhuǎn)動(dòng)方向移動(dòng),即觸發(fā)脈沖信號(hào)滯后,儀器指示相位減?。环粗?,儀器指示相位增大; 若振動(dòng)傳感器順轉(zhuǎn)動(dòng)方向移動(dòng),振動(dòng)信號(hào)之后,儀器指示相位增大;反之,儀器指示相位減?。?/span>
儀器指示相位變化因機(jī)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(dòng)角度保持嚴(yán)格一致。 說到相位,就不能不說一說動(dòng)平衡問題。
動(dòng)平衡過程中需要加試重,加試重的角度對(duì)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(gè)角度我們只知道在某一個(gè)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(biāo)志(凸臺(tái)或鍵槽)對(duì)準(zhǔn),從振動(dòng)傳感器逆轉(zhuǎn)相位角找到振動(dòng)高點(diǎn);
由振動(dòng)高點(diǎn)順轉(zhuǎn)滯后角,找到不平衡力的角度,其對(duì)面即為加重角度; 根據(jù)鍵相標(biāo)志與平衡配重之間的關(guān)系,在轉(zhuǎn)子上找到加重位置; 轉(zhuǎn)子采用剛性支撐的系統(tǒng),當(dāng)平衡轉(zhuǎn)速小于臨界轉(zhuǎn)速時(shí),滯后角為0~90°;在臨界轉(zhuǎn)速附近時(shí),取滯后角等于90°,當(dāng)平衡轉(zhuǎn)速大于臨界轉(zhuǎn)速時(shí),取滯后角90~180°; 柔性支撐系統(tǒng)工作轉(zhuǎn)速下軸瓦振動(dòng)的滯后角普遍比剛性支撐要大60~180°。
3. 頻率的意義 振動(dòng)三要素:振幅的意義,相位的意義,頻率的意義 振動(dòng)三要素:振幅的意義,相位的意義,頻率的意義
在振動(dòng)標(biāo)準(zhǔn)中并非未考慮頻率的影響,但是考慮的比較粗糙,因?yàn)椴豢赡芸紤]的很細(xì)致,那樣也不現(xiàn)實(shí)。
但是頻率的影響確實(shí)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?yàn)槠漕l率很低;如果一臺(tái)轉(zhuǎn)速為5000rpm的機(jī)器振動(dòng)幅值達(dá)到100微米,估計(jì)所有的人員都會(huì)很緊張。 振動(dòng)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(guān)系,我們要說的是頻率在振動(dòng)中的作用。
在振動(dòng)聯(lián)想中定義異常狀態(tài)時(shí),其中一項(xiàng)是“出現(xiàn)新的頻率成分”。一般來說,在振動(dòng)頻率結(jié)構(gòu)相對(duì)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(dāng)出現(xiàn)一個(gè)或數(shù)個(gè)新的頻率成分時(shí),一定是機(jī)器的工作狀態(tài)發(fā)生了變化。
有一本振動(dòng)監(jiān)測的指導(dǎo)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(shí)就是說明當(dāng)出現(xiàn)這些特征頻率時(shí),就表明存在這種故障了。如果我們再細(xì)分,就會(huì)發(fā)現(xiàn),即便是出現(xiàn)某種故障特征時(shí),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(gè)基頻與工頻沒有任何關(guān)系,即便是與轉(zhuǎn)速成一定的比例關(guān)系,純粹是一種數(shù)學(xué)上的關(guān)系),但隨著故障的進(jìn)一步發(fā)展,會(huì)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(dòng)軸承故障時(shí),我用的診斷模型采用了“3個(gè)頻段6個(gè)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(bào)警閾值和頻段變化特征來評(píng)價(jià)滾動(dòng)軸承當(dāng)前的狀態(tài)和故障所處的階段。
說到頻率,還有一點(diǎn)需要注意:不同頻率的振動(dòng)對(duì)機(jī)器的影響系數(shù)是不同的。旋轉(zhuǎn)力是振動(dòng)幅值大的貢獻(xiàn)者,能夠占到90%,如果摩擦力和沖擊里也占到90%,那機(jī)器還能運(yùn)行嗎?所以看幅值譜的時(shí)候,還不能簡單地看誰的個(gè)兒高,還要看清它是誰。有的頻率成分幅值高點(diǎn)兒沒事兒,有些頻率成分露個(gè)頭就可能出事兒。