滾動軸承的實用監測技術-沖擊脈沖法
一 滾動軸承故障診斷技術的發展
滾動軸承是旋轉機器中的重要零件，在各機械部門中應用最為廣泛。因它具有一系列顯著的優點，例如：摩擦系數小，運動精度高，對潤滑劑的粘度不敏感，在低速下也能承受載荷。有些軸承還能同時承受徑向和軸向力，但是，滾動軸承也是機器中最易損壞的零件之一。據統計，旋轉機械的故障有30%是由軸承引起的。所以對滾動軸承的故障監測和診斷一直是近年來國內外發展機械故障診斷技術的重點。其發展狀況如下：
·最原始的方法是將聽音棒（或螺絲刀）接觸軸承座部位，靠聽覺來判斷有無故障。雖然訓練有素的人能覺察到軸承剛發生的疲勞剝落與損傷部位，但受主觀因素的影響較大。
·出現各種測振儀后，可用振動位移、速度或加速度的均方根值或峰值來判斷軸承有無故障，這可減少對人為經驗的依賴。但仍很難發現早期故障。
·60年代瑞典一公司發明了沖擊脈沖計（Shock Pulse Meter）來檢測軸承損傷，既快速、簡單又準確，代表儀器是MEPA-10A；SPM-43A。
·70年代日本新日鐵株式會社研制了MCV-021A機器檢測儀（Machine Checker），可分別在低頻、中頻和高頻段檢測軸承的異常信號。另有油膜檢查儀，可探測油膜狀況而對其潤滑狀態進行監測。
·80年代日本精工公司（NSK）相繼研制了軸承監視儀NB-1、NB-2、NB-3、NB-4型。利用1KHZ～15KHZ范圍內的軸承振動信號，測量其RMS值和峰值來檢測軸承的故障。由于去掉了低頻干擾，靈敏度有所提高，其中還有報警設置。
隨著對滾動軸承的運動學、動力學的深入研究，對軸承的振動信號中的頻率成分和軸承零件的幾何尺寸及缺陷類型的關系有了較清楚的了解。加之，快速付里葉變換技術的發展，開創了用頻域分析方法來檢測和診斷軸承的故障。
以上研究奠定了這方面的理論基礎，現已有多種信號處理技術用于滾動軸承的故障診斷和監測。如頻率細化技術、倒頻譜、色絡譜等，在信號預處理上采用了各種濾波技術，如相干波，自適應濾波等，提高了診斷靈敏度。
除了用振動信號監測軸承外，還發展了其它技術。如，油污染分析法（光譜測定、磁屑探測和鐵譜分析），聲發對法，聲響診斷和電阻法等，使用得最廣泛的還是振動監測法，其中沖擊脈沖法又是最受歡迎的一種檢測診斷方法。
二、沖擊脈沖技術的發展及國內跟蹤該技術的現狀
1.沖擊脈沖法原理（瑞典人發明，在美國獲得專利）
對軸承壽命影響很大的因素是安裝、工作狀況和維修保養，為了防止軸承的突然損壞造成的后果最理想的辦法是隨時掌握軸承的工作狀態，過去，為此目的試用過測溫、測振和測聲的方法，現在發明了一種新方法——沖擊脈沖法。原理是掌握軸承內部損壞引起的機械沖擊。
為了說明沖擊脈沖法，不妨看看機械沖擊過程中發生的現象．
（1）當一個鋼球垂直掉到一個鋼棒上時，在碰撞的沖擊點處產生一個很大的沖擊加速度，這加速度的幅度全由沖擊速度決定，而不受材料的質量、設計或任何機械振動的影響。在鋼棒的沖擊點處會產生一系列壓縮波，此壓縮波是一個衰減波，并以超聲的速度在鋼棒內傳播，在鋼棒一端用一個傳感器接受此信號，就可得到與沖擊大小對應的沖擊脈沖信號。假如，此鋼球是滾動軸承內的一個滾動體，而滾道上有一個缺陷區（剝落、裂紋、凹坑和高低不平的粗糙區）那么在滾動軸承運轉中，就會發生如上的撞擊現象，產生的沖擊脈沖信號會傳遞到軸承座上，同樣，可用一個傳感器去接受此沖擊脈沖信號。
（2）滾動軸承不同于其它機械零件，產生的沖擊脈沖信號不同于一般機器的振動信號，它的振動信號頻率范圍很寬，信噪比很低，信號傳遞路徑上的衰減量大，提取它的特征信息還必須采用一些特殊的檢測技術和處理方法。沖擊脈沖法就是諸多方法中的一種。
此方法可在軸承的正常工作過程中測定軸承的狀況而不受機械的原始設計、大小、振動或噪聲的影響，用此方法制作的儀器在測試時能排除機器和軸承本身的振動影響，直接判斷軸承的狀態和壽命。并能早期發現和識別滾動軸承因制造不良、裝配不良、潤滑不良及使用中旋轉面產生傷痕等與軸承壽命有關的異常原因、劣化程度和發展趨勢。
使用沖擊脈沖儀的目的，主要是利用軸承的全部壽命，避免不必要的更換，通過不斷測量，獲得一個逼近的軸承失效早期報警，減少設備故障率，及無計劃的不必要的維修工作。
2.瑞典SPM公司沖擊脈沖技術的應用與發展
該公司根據沖擊脈沖原理開發的產品有：
SPM-43A；BEA-52；BAS-10；system32；BMS；A2010；T2000。
（1）SPM-43A沖擊脈沖計
予置被測軸承的內徑與轉速，確定dB1值，測量dBM、dBC值、在dBN標準上（紅、黃、綠區）判斷軸承的工作狀態和損傷程度以及潤滑、安裝狀況。
（2）BEA-52電腦軸承分析儀
SPM公司憑多年對沖擊脈沖技術的研究，結合先進的電腦技術，在1985年正式推出電腦軸承分析儀。在予置標準編號、類型號后，可顯示軸承工作狀態及潤滑狀態（油膜厚度）。
合適的油膜厚度可延長軸承的壽命。
（3）BAS-10軸承分析計算機
是一臺手提專用計算機
·可測出軸承工作狀態與油膜厚度
·另可采集、分析、記存及顯示讀數
·SPM軟件可與普通IBM或同級功能之電腦聯接，可進行檢測程序的編定/更改，讀數的處理/輸出、報警電平、報表打印等。
（4）system32
機器的軸承和振動監測自動報警系統。
特點：對重要軸承在線監測，故障報警。
（5）BMS（Bearing Monitoring System）
用于滾動軸承的計算機控制連續監控系統。
·軸承信號在程序控制的時間里掃描并由計算機程序來評定；
·BMS系統結聚了15年之多的軸承監測設備的實用經驗，硬件與軟件是由工業狀態監控和預防維修方面的專家設計；
·一個BMS測量單元監控16個軸承，系統能涉及軸承多達4000個；
·沖擊脈沖讀數是自動評價，并變換成軸承狀態數據，被儲存顯示、打印；
·特點：軸承監測聯網、多路。
（6）A2010沖擊脈沖分析儀
集沖擊脈沖計、振動儀、轉速功能于一體的多功能檢測儀。
·沖擊脈沖測量同BEA-52
·振動測量中，內設ISO2372標準，測量值與之比較后判斷機器狀態。（直接提供給檢測人員）。
（7）T2000沖擊脈沖檢測儀
集沖擊脈沖計、振動儀、轉速表功能于一體的多功能檢測儀。
·沖擊脈沖測量同SPM-43A
·振動測量中，內設ISO2372標準，測量值與之比較后，判斷機器狀態（直接提供給檢測人員）。
3.國內跟蹤該技術的現狀
沖擊脈沖技術最早70年代末進入我國，80年代初在上海寶鋼、金山石化總廠看到國外的沖擊脈沖計及在應用的情況。通過查閱資料，了解到該技術在世界上應用已相當廣泛，美國人應用在航空上，日本東芝公司制成較復雜的軸承異常判定器，在美、英、日等國出版的機械故障診斷方面的書籍和手冊中都介紹了有關儀器，我國各廠礦、企業單位得到消息和使用后，都紛紛要求有這類儀器。
國內的設備故障診斷技術開發研制單位在充分消化了國內外有關沖擊脈沖技術的資料與儀器后，通過努力研制出一系列國產的沖擊脈沖儀器，技術性能指標已達到國際先進同類產品的水平。其中有CMJ-10電腦沖擊脈沖計；BT2000智能軸承故障測試儀；BA2010智能軸承故障分析儀，并已在國內各行業中廣泛應用，有些企業已把該方法訂到設備管理制度中去了。
隨著設備管理現代化，除了便攜式沖擊脈沖計應用外，對重要設備的軸承在線監測系統也逐步提到議事日程上來了。
三、CMJ-10；BT2000；BA2010儀器簡介
1.CMJ-10電腦沖擊脈沖計
該儀器是一種專門用于檢查旋轉機械中滾動軸承運轉狀況的機械故障診斷儀器，主要功能是用沖擊脈沖方法來測量已裝機的滾珠（或滾柱）軸承的工作狀態并判斷其損傷程度。只需輸少量的數據，通過測量即可用良好（綠）；警告（黃）；壞（紅）三擋直接顯示機器軸承的狀況。
2.BT2000智能軸承故障測試儀
BT2000智能軸承故障測試儀是集沖擊脈沖儀，振動儀于一體的多功能設備故障診斷儀器，主要功能
·可用于定量檢測運行中滾動軸承的損傷程度和潤滑程度。
·內置ISO2372振動標準，通過輸入被測機器的類型與少量數據，可直接顯示機器振動的狀況（用良好、警告、壞三檔來評估）。
3.BA2010智能軸承故障分析儀
BA2010智能軸承故障分析儀是集軸承故障分析儀，振動測量儀于一體的多功能設備故障診斷儀器，該儀器只需輸入少量數據，即可提供軸承運行狀況，為軸承提供
·潤滑狀態數據（潤滑號LUB NO）
·損壞程度數據（損傷號COND.NO）
·可直接用良好（綠）、警告（黃）、壞（紅）三檔評估軸承的狀況
另外，儀器內置ISO2372振動標準，通過振動測量，可直接顯示機器振動的狀況（同樣可評估機器振動量級是處于良好、警告、壞中的一級）。
用沖擊脈沖方法制成的系列沖擊脈沖儀器都可廣泛應用于航空航天、冶金、石油、化工、輕工、船舶制造、制藥等領域的設備部門，為有效的預防性檢修和現代化管理提供科學的數據。
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