加速度四个阶段频率轴承故障诊断法
【技术领域】
[0001] 本发明涉及钢铁冶金机械领域中高速旋转机械设备故障诊断方法，特别是涉及一 种加速度四个阶段频率轴承故障诊断法。
【背景技术】
[0002] 本发明涉及滚动轴承是各种机械中应用最广泛的通用部件，其运行状态良好与否 直接影响整台机器的性能、寿命、功能和效率，一旦出现故障，轻则会影响机器的正常运行， 重则将导致设备损坏而造成机组停机。同时，滚动轴承又是机械设备中的易损件，约有三分 之一的旋转机械故障是由滚动轴承引起的。因此，及时发现滚动轴承故障征兆，准确预测轴 承寿命和故障发展情况，有利于提前做好生产维修安排和计划，维护机器设备的安全运行。 通常，滚动轴承故障诊断是通过测取、分析与处理能够反映轴承工作状态的信号，从而识别 滚动轴承的工作状态。级超过标准要求，就是轴承出现了问题。内部原因是：钢球或和滚道 圆度、波纹度以及粗糙度不合格，清洁度差，润滑不良等等，外部原因：安装不当、污染、补充 润滑不良、负荷偏载或过载、机架共振等等。
[0003] 现有滚动轴承故障诊断的方法及局限性 从七十年代开始，出于对预防预知的渴求，工程技术人员经过不懈的努力，发现和创 造了很多种监测诊断滚动轴承故障的技术，如振动信号分析诊断、声发射诊断、油液分析诊 断、光纤监测诊断等。它们各具特点，其中振动信号分析诊断技术应用最为广泛，但经过实 践检验发现即使是科学理论最完备的振动频率诊断法也有其无法回避的局限性，仍需补充 和完善。
[0004] 1.滚动轴承故障振动诊断方法： ①滚动轴承故障的简易振动诊断法 振动信号幅值诊断法 波形因数诊断法 波峰因数诊断法 概率密度诊断法 峭度系数诊断法 简易振动诊断法的局限性：适用于所有轴承的判定标准是不存在的；对于轴承不是主 要振源的设备(如齿轮箱）和冲击干扰严重的设备，将极大的影响诊断的准确性；不能实现 轴承的精密诊断。
[0005] ②共振解调法（IFD) 共振解调法的局限性：共振解调法对早期故障的发现有效，但当故障发展到中后期共 振解调成分越来越弱，直至消失，所以共振解调对轴承寿命的判断是受到限制的。
[0006] ③传统的滚动轴承故障频率诊断法 滚动轴承故障的频率分析诊断法的局限性：传统的滚动轴承故障频率诊断法其本质是 实测的故障频率与理论计算的故障频率相比较，从而判断"有"或"无"的过程。假如不知 道轴承型号，无法计算轴承故障频率，将不能应用此方法；同时理论故障频率和实际故障频 率的偏差也将影响诊断结果。计算结论的成立建立在以下的假设基础上：忽略负荷、安装正 确、润滑良好、滚动体只有滚动运动没有滑动运动。然而，在实际工作中这种理想状态是不 存在的，理论上所作的假设正是滚动轴承处于故障时所应有的相反状态，也就是说，"传统 诊断法"理论依据的前提假设在实际工作中刚好相反。
[0007] 2.冲击脉冲法 冲击脉冲法的局限性：冲击脉冲法在现场使用之中往往由于经验不足、对设备工况条 件考虑不周到造成诊断失误。
[0008] 3.声发射诊断法 声发射诊断法的局限性：由于声发射诊断方法对滚动轴承的故障信息能有效地进行识 另IJ，近年来在生产中有了很大发展，但它需要较昂贵的专用设备，现对应的判定标准还不完 善，在生产中应用受到一定影响。
[0009] 4.油液分析诊断 润滑油理化指标的检测 污染度测试 发射光谱分析油液中金属元素含量 红外光谱分析 铁谱分析 油液分析诊断的局限性：以上列举的五种手段分别是从不同的角度对轴承用油进行检 测的。应当指出，为提高轴承故障诊断的准确性，应该对油液实施全面的检测，只使用一种 或两种手段虽然可以得到一些甚至是明显的或总要的信息，但毕竟不够全面，有时会错过 最佳预报时机，给设备和生产带来难以弥补的损失。
[0010] 光纤监测诊断法 光纤监测诊断法的局限性：该方法的特点是直接观察，但操作极为不便。
[0011] 6.温度诊断法 温度诊断法的局限性：当温度有明显的变化时，故障一般都达到了相当严重的程度，因 此无法早期发现故障。
[0012] 7.间隙测定诊断法 间隙测定诊断法的局限性：间隙测定法对轴承磨损、电蚀的诊断虽然是有效的，但不常 用，也不适用。
[0013] 8.加速度四个阶段频率轴承故障诊断法。
【发明内容】
[0014] 本发明的目的在于针对上述存在的问题而提供一种加速度四个阶段频率轴承故 障诊断法，能够发现轴承早、中、晚期故障信号。
[0015] 本发明的技术方案如下： 加速度四个阶段频率轴承故障诊断法，其特征是：通过测取、分析与处理能够反映轴 承工作状态的信号，从而识别滚动轴承的工作状态；操作步骤如下： (1)首先选用数据采集器，将数据采集器调到加速度，频程调整到5000HZ，现场测试 振动数据后上传至离线网络故障诊断软件； (2) 对上传的加速度时域波形及加速度频谱进行分析，时域波形结合峭度、歪度指标 进行综合分析，确定加速度频谱的频率数值范围； (3) 加速度时域波形与频谱频程在10-5000HZ来分析的情况下从高频阶段向低频阶段 发展轴承是一个逐步损伤的过程，加速度频谱频程在3333-5000HZ为早期贪油阶段，加速 度频谱频程在2500-3333HZ为轴承早期点蚀阶段，加速度频谱频程在1600-2500HZ为轴承 中期损坏阶段，加速度频谱频程在10-1600HZ为后期损坏阶段； (4) 根椐步骤（2)获得的加速度频谱频率的数值范围判断落入步骤（3)的哪个故障区 间，结合速度有效值进一步分析确定。
[0016] 本发明的特点还有： 所述的数据采集器为压电式加速度传感器。
[0017] 步骤（1)中现场测试振动数据后上传至单机版软件。
[0018] 步骤（3)中加速度频谱频程在3333-5000HZ为早期贪油阶段，也就是润滑不良阶 段，发现及时加注润滑油或润滑脂减轻磨损。
[0019] 步骤（3)中加速度频谱频程在2500-3333HZ为轴承早期点蚀阶段，也就是因润滑 不良所引起的干摩擦使轴承滚动体产生了轻微的磨损，滚动体表面不光滑，这时噪声开始 增大，发现及时开始跟踪并监控发展趋势，提早做出轴承备件计划。
[0020] 步骤（3)中加速度频谱频程在1600-2500HZ为轴承中期损坏阶段，如果在没有发 现前两个阶段的情况下，发现了此频段信号还有机会做出追加材料计划，点检信息上报设 备隐患并跟踪发展趋势，做出相应的检修计划指导计划检修，避免无计划检修。
[0021] 步骤（3)中加速度频谱频程在10-1600HZ为后期损坏阶段，这时从速度值频谱上 基本出现了轴承的故障频率信号，这时前三个阶段的信号消失，只有低频段在不断增大，在 有条件的情况下查出轴承的型号及滚动体数用轴承估算公式输入转速及滚动体数就能计 算出：滚动体频率、保持架频率、内圈频率、外圈频率。
[0022] 失效阶段：在加速度频谱上如果看不到频谱了哪么轴承就失效了。
[0023] 将用加速度四个阶段频率诊断轴承故障法应用于设备滚动轴承故障诊断中。
[0024] 诊断轴承早期故障在振动分析检测中，时常发现，加速度频谱与速度频谱不一致， 在速度频谱中没有发现有轴承的故障，但是在加速度频谱中却发现了，因为振动速度方程 式是V=-Aocosot,振动加速度方程式是G=-Ao X co sin ω?，在高频振动时，虽然振动 幅值可能很小，但由于振动加速度是振动位移的ω平方倍，所以振动频率的轻微上升，就 会导致系统加速度的大幅度升高，引起零部件惯性力的破坏经常发生在高频振动，而高频 振动的隐患大多具有隐蔽性和突发性，可以在振动位移和速度增大不明显的情况下，而发 生突然的断裂。设备中滚动轴承、齿轮都是产生高频振动的主要部