黃開萬

（昆明鋼鐵有限責(zé)任公司搬遷改造組，云南昆明 650000）

0 引言

機(jī)械設(shè)備都有特定的功能目的，為了保證機(jī)械設(shè)備的正常運(yùn)轉(zhuǎn)，就要對(duì)該機(jī)械設(shè)備配備必要的三電系統(tǒng)、潤滑液壓系統(tǒng)等，所以一臺(tái)機(jī)械設(shè)備就是一個(gè)以機(jī)械為主體的多個(gè)系統(tǒng)有機(jī)混合的設(shè)備整體。組成機(jī)械設(shè)備整體的這些子系統(tǒng)相互聯(lián)系、相互影響、相互獨(dú)立，在運(yùn)行中，各個(gè)系統(tǒng)都有本質(zhì)的運(yùn)行特征，既要保證各系統(tǒng)運(yùn)行的整體統(tǒng)一性，又要保證每個(gè)單獨(dú)系統(tǒng)各自的獨(dú)立性，機(jī)械設(shè)備顯示的參數(shù)就含有其組成系統(tǒng)的特征，也就是說參數(shù)是多個(gè)系統(tǒng)參數(shù)的疊加，實(shí)際采集到的參數(shù)（振動(dòng)、溫度、聲音）都不是一個(gè)簡(jiǎn)單的參數(shù)，而是幾個(gè)甚至幾十個(gè)參數(shù)的疊加，通過設(shè)備動(dòng)態(tài)運(yùn)行表征出來的參數(shù)，分解其疊加的各種因子，達(dá)到對(duì)設(shè)備運(yùn)行各因子所屬系統(tǒng)部件運(yùn)行情況進(jìn)行判斷，文中所指的溫度、振動(dòng)和聲音，就是由各個(gè)子系統(tǒng)產(chǎn)生的溫度、振動(dòng)和聲音特征的疊加，相互疊加的結(jié)果就體現(xiàn)在設(shè)備運(yùn)行的整體溫度、振動(dòng)和聲音參數(shù)上，分解這些因子單獨(dú)的特征和疊加后的總體特征，就可以判斷設(shè)備的性能狀況，能夠?yàn)樵O(shè)備正常運(yùn)行維護(hù)提供幫助并指導(dǎo)設(shè)備各方面的工作。

1 對(duì)參數(shù)的分解和疊加

首先，研究機(jī)械設(shè)備的裝配圖和系統(tǒng)原理圖，掌握設(shè)備運(yùn)行是由哪些系統(tǒng)組成，把設(shè)備狀態(tài)組成的各個(gè)系統(tǒng)因子分解出來；其次，分析要研究的參數(shù)并掌握其傳動(dòng)機(jī)理和特征參數(shù)的傳播機(jī)理；傳動(dòng)機(jī)理就是機(jī)械設(shè)備從動(dòng)力輸入到動(dòng)力輸出的傳動(dòng)付和傳動(dòng)鏈以及傳動(dòng)支撐結(jié)構(gòu)的情況，特征參數(shù)就是在監(jiān)測(cè)點(diǎn)檢測(cè)出來的數(shù)據(jù)包含些什么因子產(chǎn)生的影響；最后，根據(jù)參數(shù)組成的各個(gè)系統(tǒng)的特征和傳播機(jī)理，研究在設(shè)備監(jiān)測(cè)點(diǎn)應(yīng)有的影響，也就是其在檢測(cè)點(diǎn)應(yīng)該表現(xiàn)出來的溫度、振動(dòng)或聲音大小，即各個(gè)系統(tǒng)因子在檢測(cè)點(diǎn)的整體參數(shù)中起到的影響程度。

2 關(guān)于溫度參數(shù)的分解和疊加原理

設(shè)備運(yùn)行參數(shù)檢測(cè)點(diǎn)通常在傳動(dòng)軸軸承座處，主傳動(dòng)軸的支撐軸承座通常都是最優(yōu)選擇點(diǎn)，設(shè)備運(yùn)行中，軸承座監(jiān)測(cè)點(diǎn)檢測(cè)出來的溫度，通常包含自身運(yùn)動(dòng)摩擦、擠壓、碰撞等產(chǎn)生的熱量和潤滑油油溫的影響以及其他零件運(yùn)動(dòng)，包括負(fù)荷產(chǎn)生的熱量通過對(duì)流、傳導(dǎo)、輻射等方式傳遞的熱量，這個(gè)過程就是溫度的分解過程；溫度的傳遞規(guī)律是按照比熱容Q=cm△t 來分析和分解。檢測(cè)點(diǎn)收集處理顯示的溫度，是各個(gè)因子在檢測(cè)點(diǎn)吸熱或放熱后，特定點(diǎn)的一個(gè)溫度疊加，其規(guī)律是監(jiān)測(cè)點(diǎn)各個(gè)參與熱量交換的物質(zhì)比容熱與其質(zhì)量大小和溫度升高（或降低）量的乘積，通常，通過顯示的溫度和已經(jīng)設(shè)置的溫度限額，不需要進(jìn)行計(jì)算，只要通過對(duì)各因子的分解和各因子本身特征互相疊加對(duì)比就可以分析溫度狀況，如果有異常，也基本上可以判斷異常是哪個(gè)或哪些因子引起。

如一臺(tái)雙支撐、中間葉輪、集中稀油潤滑的離心風(fēng)機(jī)（結(jié)構(gòu)如圖1）。其動(dòng)力輸入、傳動(dòng)鏈、裝配結(jié)構(gòu)十分清晰。葉輪兩端的軸承座軸瓦溫度是設(shè)備運(yùn)行參數(shù)最重要的檢測(cè)點(diǎn)，在檢測(cè)點(diǎn)檢測(cè)到的溫度參數(shù)應(yīng)分解為：①軸承座運(yùn)轉(zhuǎn)過程中軸瓦與軸摩擦、擠壓或者碰撞等產(chǎn)生的熱量對(duì)軸承座支撐軸瓦的影響；②潤滑油經(jīng)過軸承座熱交換后（可能吸熱也可能發(fā)熱）對(duì)軸承座支撐軸瓦的影響；③風(fēng)機(jī)運(yùn)行中葉輪對(duì)空氣做功產(chǎn)生的熱量通過空氣或軸傳遞到軸承座支撐軸瓦的影響；④電機(jī)運(yùn)行產(chǎn)生的熱量通過軸或空氣傳遞到軸承座支撐軸瓦的影響；⑤其他影響，如大氣溫度。

圖1 離心風(fēng)機(jī)結(jié)構(gòu)

2.1 軸瓦溫度分解

軸瓦從停止?fàn)顟B(tài)到正常運(yùn)轉(zhuǎn)狀態(tài)是逐步升溫到溫度穩(wěn)定的過程，通常升溫到120 ℃以內(nèi)某個(gè)溫度輕微波動(dòng)后溫度運(yùn)行。

2.2 潤滑油溫分解

離心風(fēng)機(jī)稀油潤滑供油溫度通常在（30～50）℃，吸收軸瓦溫度，即潤滑冷卻軸瓦后，在比供油溫度高的狀態(tài)下回油。

2.3 風(fēng)機(jī)葉輪做功后介質(zhì)溫度分解

由于葉輪是把電能轉(zhuǎn)化成機(jī)械能后再轉(zhuǎn)化成介質(zhì)動(dòng)能的部件，被做功后的介質(zhì)溫度提升，會(huì)通過空氣對(duì)流和葉輪及軸熱傳遞到軸承座的軸瓦，這個(gè)過程很容易通過一般的溫度檢測(cè)儀順著葉輪到軸承座方向的梯度分析找出此因子影響。

2.4 電機(jī)運(yùn)行發(fā)熱傳遞分解

電機(jī)運(yùn)行過程中也會(huì)產(chǎn)生熱量，會(huì)通過空氣對(duì)流和電機(jī)軸熱傳遞到軸承座的軸瓦，這個(gè)過程很容易通過一般的溫度檢測(cè)儀順著電機(jī)軸到軸承座方向的梯度分析找出此因子影響。

2.5 其他因子的分解

如大氣溫度等因子影響等，或者周圍環(huán)境溫度的因子影響要視具體情況分析，這里不過多討論。

根據(jù)前面的因子分解，影響風(fēng)機(jī)軸承座軸瓦溫度的各個(gè)因子情況見圖2。

圖2 影響風(fēng)機(jī)軸承座軸瓦溫度的各個(gè)因子

3 關(guān)于振動(dòng)參數(shù)的分解和疊加原理

溫度、振動(dòng)通常在統(tǒng)一檢測(cè)點(diǎn)檢測(cè)，都在傳動(dòng)軸承座處。振動(dòng)的表征值可以是振動(dòng)加速度、振動(dòng)速度和振幅，在機(jī)械設(shè)備振動(dòng)檢測(cè)上，振動(dòng)速度比較直接。振動(dòng)產(chǎn)生的原因主要是零部件運(yùn)動(dòng)過程中的碰撞、擠壓、摩擦以及殘余不平衡等造成，這些與零部件加工精度有關(guān)，也與零部件損壞程度有關(guān)。機(jī)械設(shè)備的振動(dòng)通過傳動(dòng)鏈和支撐結(jié)構(gòu)件傳遞，檢測(cè)點(diǎn)檢測(cè)到的振動(dòng)參數(shù)是多個(gè)振動(dòng)的疊加，分解這些疊加因子，就可以分析出振動(dòng)異常的部位以及振動(dòng)狀況。機(jī)械設(shè)備的振動(dòng)大多是非簡(jiǎn)諧的周期振動(dòng)，任意周期振動(dòng)都可以通過簡(jiǎn)諧波分析，分解成一系列簡(jiǎn)諧振動(dòng)的疊加，根據(jù)數(shù)學(xué)原理非簡(jiǎn)諧的周期振動(dòng)可以用如下傅里葉函數(shù)由式（1）表示：

式中a0為直流分量，ωO為基頻，φ＝arctanbn/an，An、ω、φ 之間的變化形成的圖形是一些離散的垂線，也就是頻譜。頻譜分析實(shí)際也就是因子分解，其各個(gè)頻率段上顯示的振動(dòng)速度、振動(dòng)位移或者振動(dòng)加速度可以很直觀的分析出來，如圖3 所示。

幅頻特征圖中表達(dá)了在基頻的幅值和多次諧波的幅值，根據(jù)不同部位零部件產(chǎn)生的頻率不同，對(duì)應(yīng)分解和分析不同部位零部件運(yùn)行情況。

圖3 幅頻特征

4 關(guān)于聲音的分解和疊加

機(jī)械設(shè)備運(yùn)行部件摩擦、擠壓和碰撞產(chǎn)生聲音，通常稱為噪聲，屬于機(jī)械結(jié)構(gòu)振動(dòng)性噪聲，耳朵可以聽到的是（20～20 000）Hz的頻率段，所有噪聲基本上是整個(gè)設(shè)備各個(gè)部位產(chǎn)生的噪聲的矢量疊加，聲音是波，也有能量，除真空中不能傳播外，可以通過各種介質(zhì)進(jìn)行傳播。噪聲的分析在設(shè)備狀態(tài)分析上有許多儀器儀表來檢測(cè)和分析，生產(chǎn)過程中，設(shè)備正常運(yùn)行，產(chǎn)生的噪聲也基本是平穩(wěn)的，但設(shè)備運(yùn)行異常時(shí)，噪聲也就不平穩(wěn)，甚至尖叫，噪聲是判斷設(shè)備運(yùn)行狀況的重要參數(shù)，有時(shí)是聽到異常噪聲后，說明設(shè)備已經(jīng)產(chǎn)生故障或隱患擴(kuò)大，才開始通過溫度和振動(dòng)檢測(cè)來分析設(shè)備狀況，檢查設(shè)備問題出處。噪聲源和振動(dòng)源是統(tǒng)一的，噪聲變化，振動(dòng)和溫度也會(huì)變化，這3 個(gè)參數(shù)相互映證，同向發(fā)展。一般的機(jī)械設(shè)備運(yùn)行噪聲不需要直接用儀器分解判斷噪聲源和噪聲等級(jí)，感到噪聲異常后直接通過溫度和振動(dòng)分析來判斷，同時(shí)，不同部位產(chǎn)生的噪聲不同來輔助分解判斷，最后疊加結(jié)果與振動(dòng)是一致的，這是噪聲分解和疊加的特殊性。

5 結(jié)束語

溫度、振動(dòng)和噪聲是任何一臺(tái)機(jī)械設(shè)備運(yùn)行過程中必然顯示出來的特征參數(shù)，這3 個(gè)參數(shù)相互印證、同向發(fā)展，之間密閉可分。通過這3 個(gè)參數(shù)的分解，實(shí)現(xiàn)對(duì)整套設(shè)備的各個(gè)組成部位的特征分析，通過各個(gè)組成部位的特征分析和判斷，疊加出整體設(shè)備的運(yùn)行狀態(tài)。運(yùn)用這種思路和方法，能有效提高設(shè)備狀態(tài)運(yùn)行管理和維護(hù)，隨著國家工業(yè)智能制造發(fā)展方向，也為設(shè)備實(shí)現(xiàn)智能化運(yùn)行和維護(hù)提供基礎(chǔ)。