低速重载滚动轴承状态监测及寿命预测方法研究
中国图书馆分类号:TH-9文献识别码:A文号:1671-7597(2010)0420132-01。
随着科学技术的不断发展，机械设备越来越复杂，自动化水平越来越高，设备在现代工业生产中的作用和影响越来越大，与设备相关的费用也越来越高。机器运行中的任何故障或失效，不仅会造成严重后果，而且会造成巨大的经济损失，甚至可能导致灾难性的人员伤亡和恶劣的社会影响。通过监测机械的工作状态，早期诊断其故障发展趋势，可以找出故障原因，采取各种措施进行维护，从而避免设备的突然损坏，使其安全、经济地运行。可见，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。
1低速重载机械状态监测与故障诊断中存在的问题
1)低频测量技术要选择最合适的振动参数，测量振动最常用的参数是加速度。但加速度随着旋转频率的降低而降低。
2)低频分析受测量设备限制，低转速导致故障振动信号频率低。
而传感器的高通滤波器会将2Hz以下的频率作为噪声滤除，受环境噪声的影响，振动分析效果较差甚至无法进行。
3)冲击故障的暂态问题，每次故障冲击间隔时间长，冲击法难以准确监测故障信号。
4)故障点产生的冲击响应频率低，所以不能激起更高的频率成分。
低速旋转机械监测的难点在于:当转速大于600rpm时，由于振动能量大、周期短，可以用振动分析来诊断故障和损伤状态；对于600转/分以下的旋转机械，由于低能量振动周期长，很难诊断故障状态。长期以来，低频甚至超低频信号(≤2Hz)是国内外许多测量分析仪器难以企及的，低频振动信号的测量需要特殊的传感器、测量仪器和测试方法。低频振动信号测试最基本的任务是准确采集低速设备的故障信号。如果没有正确的振动信号，那么后期的诊断工作是没有意义的。这就要求尽量减少传感器和测量仪器的电磁干扰。此外，对传感器的分辨率、量程、采样时间、信号处理时间都有很高的要求。高分辨率是测量低频振动信号的必要条件，因为低频振动的加速度值可能相当小，例如振动位移为1mm，频率为1Hz时，信号的加速度值仅为0.04m/S2(0.004g)；传感器的测量范围是指传感器在一定的非线性误差范围内所能测量的最大测量值，低于或高于测量范围的信号都会引起失真。作为一般原则，灵敏度越高，测量范围越小；相反，灵敏度越小，测量范围越大。低频信号的正确采集必须保证高灵敏度和大范围，所以必须使用特殊的传感器。
对测量仪器的要求也比较高。例如，设备旋转一周需要258秒，因此必须设置较长的采样时间，以便无失真地捕捉其振动信号。如果采样行数设置为6400行，采样带宽为0-4000Hz，则数据采集时间必须为96s。这么多的线路，这么宽的采样带宽，这么长的采样时间，对采样仪器的信号处理能力和数据存储都有很高的要求。
低速重载设备中滚动轴承的隐患特征频率极低，一般在频谱的最左端，振动能量小，容易被诊断人员忽略。而且由于系统本身振动较大，隐藏部件的特征频率被淹没，诊断难度极大。传统的频谱分析、频谱细化和倒谱技术可以有效地从强背景噪声中提取潜在的故障特征。
2低速和重型设备的状态监测
2.1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)可以了解机械设备的运行状态，保证其运行状态在正常范围内。通过对机械设备的不断检测，可以随时很好的了解设备的运行状态。同时，机械的异常运行提醒人们及时采取补救措施。
2)可以提供机械状态的准确描述。为确定设备维护和检修的内容和周期提供了依据，避免了将设备拆开进行目视检查，既保持了机械的完整性处于满意的状态，又提高了设备的使用效率。
3)实现预知维修。通过振动测试，可以及时准确地掌握机械的运行状态，预测故障及其发展趋势，为实现机械的预知维修提供技术保障。
2.2状态监测的工作流程和步骤
在对齿轮箱和轴承进行监测和故障诊断时，总是需要首先选择合适的传感器，并将其安装在合适的测量点上。由于传感器测得的振动信号较弱，所以传感器测得的信号要接入放大器进行放大，放大器放大后的信号要接入信号调理器进行滤波降噪等预处理。信号调理器发出的信号是模拟信号，计算机无法识别。所以振动信号要接A/D转换器，也就是A/D卡，转换成计算机可以处理的数字信号。最后通过计算机对数字信号进行时域和频域分析，从而成功实现齿轮和轴承的振动测试。
2.3低速重载机械状态监测实施方案
以马钢为试验基地，对运行中的低速重载机械进行状态监测，包括主皮带传动滚筒、换向滚筒、提升机减速机、线棒材低速初轧机减速机、混料机托辊轴承、轨道电机、转炉耳轴轴承、转炉减速机、立磨等。分析了这类设备的振动特性。重点监控有故障的低速重载设备，进行故障诊断，包括主皮带传动滚筒、初轧机减速箱、支撑轴承等传动部件。其中，齿轮箱和轴承座是故障多发部件，作为重点监控对象，分析其故障特征，研究诊断方法。
低速重载机械的状态监测依托于上海容止公司的双通道便携式数据采集仪RH802、MRS2.0设备状态管理系统和SQL数据库。
双通道便携式数据采集仪RH802大屏幕液晶显示，工艺简单，体积小，重量轻，使用方便，超大存储容量满足大容量数据采集的要求，可进行计划内和计划外数据采集，计划外数据可按编号保存。
MRS2.0设备状态检测网络化管理系统是容止公司推出的网络化设备状态监测解决方案，是专业技术人员监测设备状态和诊断故障的工具。它以树形结构组织企业-工厂-车间-设备-测点等多层次信息。
管理和显示，用户可以在友好的图形界面下快速方便地分析数据。
MRS2.0系统采用B/S和C/S结构，基于Windows系统开发的32位Windows软件，支持Windows。
2000、NT、XP等操作系统，SQL Server、Oracle、ACCESS等数据库。
为了研究低速重载设备的状态监测和故障诊断，借助容止公司的设备状态检修管理系统MRS2.0建立了低速重载设备数据库。
在设备状态管理系统MRS2.0中添加需要监测的低速重载机械，制作传动图，确定测点分布，设置采集参数。然后制定监测计划和监测周期。当监控任务到达便携式数据采集仪时，可以到现场进行监控，测试数据自动保存在设定的路径下。现场测试完成后，测试数据将上传至MRS2.0设备状态管理系统，用于数据处理、信号分析、故障诊断等研究工作。
3结论
基于冶金行业低速重载机械(主要包括滚动轴承和齿轮)的故障形式以及状态监测和故障诊断中存在的问题，本文重点研究了状态监测和故障诊断技术在低速重载滚动轴承和齿轮中的应用，研究了低速重载机组状态监测和故障诊断的特点。
参考资料:
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