球磨機常見故障及處理方法

1、精選優(yōu)質(zhì)文檔-傾情為你奉上精選優(yōu)質(zhì)文檔-傾情為你奉上專心-專注-專業(yè)專心-專注-專業(yè)精選優(yōu)質(zhì)文檔-傾情為你奉上專心-專注-專業(yè)西安工業(yè)大學繼續(xù)教育學院畢業(yè)論文球磨機常見故障及處理方法 院、系（站） 學科專業(yè)： 學 生： 學 號： 指導老師： 2010年 9 月 30 日目 錄摘要11緒論2 一、背景分析3 （1）、故障診斷技術(shù)的發(fā)展過程以及經(jīng)濟意義4 （2）、對球磨機進行故障診斷的必要性5 二、設(shè)備機械故障概述6 （1）、設(shè)備故障分類7 （2）、設(shè)備故障原因分析8 （3）、設(shè)備故障機理分析9 （4）、設(shè)備故障的規(guī)律10 三、運行監(jiān)測與故障診斷技術(shù)的應用與發(fā)展現(xiàn)狀11 （1）、國外運行監(jiān)測與故障

2、診斷技術(shù)的應用與發(fā)展現(xiàn)狀12 （2）、國內(nèi)運行監(jiān)測與故障診斷技術(shù)的應用與發(fā)展現(xiàn)狀13 四、球磨機運行監(jiān)測與故障診斷技術(shù)的發(fā)展及應用14 （1）、國內(nèi)外研制成功的部分計算機預測維修系統(tǒng)15 （2）、大型球磨機開發(fā)的故障診斷系統(tǒng)16球磨機軸承故障診斷17 一、引言18 二、球磨機軸承故障特征19 三、球磨機軸承監(jiān)測、診斷方法20 （1）、振動診斷法21 （2）、光纖監(jiān)測技術(shù)22 （3）、接觸電阻法23 四、小結(jié)243球磨機齒輪傳動系統(tǒng)狀態(tài)檢測與故障診斷25一、齒輪異常的基本形式及振動特點26 （1）、齒輪異常的基本形式27 （2）、齒輪振動及其特點28二、齒輪傳動系統(tǒng)故障診斷方法29 （1）、振動

3、分析法30 （2）、頻譜分析法31 （3）、小波診斷方法32 （4）、基于載荷識別和信息融合的齒輪傳動系統(tǒng)診斷方法33三、球磨機齒輪傳動系統(tǒng)故障診斷實驗34 （1）、球磨機振動標準的確定35四、小結(jié)365結(jié)論37參考文獻38 摘 要 現(xiàn)代化生產(chǎn)日益向著大規(guī)模化、系統(tǒng)化、自動化方向發(fā)展，機械故障診斷越來越受到重視。如果主要設(shè)備出現(xiàn)故障而又未能及時發(fā)現(xiàn)和排除，其結(jié)果不僅會導致設(shè)備本身損壞，而且影響正常生產(chǎn)，甚至可能造成機毀人亡的嚴重后果。在連續(xù)生產(chǎn)系統(tǒng)中，如果主要設(shè)備因故障而不能繼續(xù)運行，往往會涉及全廠生產(chǎn)系統(tǒng)設(shè)備的運行，而造成巨大的經(jīng)濟損失。 本文在介紹故障診斷學的意義及其研究發(fā)展情況后，進一步

4、闡述了設(shè)備機械故障以及故障診斷的分類和特點，球磨機主要故障的機理、特征及其診斷方法，并對各種監(jiān)測診斷方法進行探討分析?；诰唧w工業(yè)實際，本文重點針對球磨機常見軸承故障、齒輪傳動系統(tǒng)故障、磨機“脹肚”自診斷與過程控制的監(jiān)測診斷方法做了深入的探討、研究；提出運行狀態(tài)監(jiān)測、故障診斷與生產(chǎn)過程控制相結(jié)合的系統(tǒng)設(shè)計思想。此外，根據(jù)球磨機主要的監(jiān)測內(nèi)容和特點，對球磨機實時工況與狀態(tài)識別、在線分析與故障診斷進行系統(tǒng)設(shè)計，并完成監(jiān)測診斷及生產(chǎn)過程控制系統(tǒng)的構(gòu)成，確定監(jiān)測診斷系統(tǒng)的工藝設(shè)計框架。 關(guān)鍵詞：球磨機；運行狀態(tài)監(jiān)測；故障診斷；過程控制緒論一、背景分析（1）、故障診斷技術(shù)的發(fā)展過程以及經(jīng)濟意義 在現(xiàn)代化

5、生產(chǎn)中，機械設(shè)備的故障診斷技術(shù)越來越受到重視，如果主要設(shè)備出現(xiàn)故障而又未能及時發(fā)現(xiàn)和排除，其結(jié)果不僅會導致設(shè)備本身損壞，而且影響正常生產(chǎn)，甚至可能造成機毀人亡的嚴重后果。在連續(xù)生產(chǎn)系統(tǒng)中，如果主要設(shè)備因故障而不能繼續(xù)運行，往往會涉及全廠生產(chǎn)系統(tǒng)設(shè)備的運行，而造成巨大的經(jīng)濟損失”。 二十世紀五十年代，各種類型和性能的傳感器和測振儀相繼研制成功，并開始應用于科學研究和工程實際。到六、七十年代，數(shù)字電路、電子計算機技術(shù)的發(fā)展、“信號數(shù)字分析處理技術(shù)”的形成，推動了振動檢測技術(shù)在機械設(shè)備上的應用。七十年代至八十年代，機械設(shè)備的狀態(tài)監(jiān)測與故障診斷技術(shù)在許多發(fā)達國家開始研究。隨著電子計算機技術(shù)、現(xiàn)代測試技

6、術(shù)、信號處理技術(shù)、信號識別技術(shù)與故障診斷技術(shù)等現(xiàn)代科學技術(shù)的發(fā)展，機械設(shè)備的監(jiān)測、診斷研究跨入了系統(tǒng)化階段，并把實驗室的研究成果逐步推廣到核能設(shè)備、軍工設(shè)備、航空航天設(shè)備、動力設(shè)備、以及其它各種大型的成套設(shè)備中，進入了蓬勃發(fā)展的階段. 運行監(jiān)測與故障診斷技術(shù)的發(fā)展及其給企業(yè)帶來的經(jīng)濟效益密切相關(guān)。大型機械，如汽輪機、發(fā)電機、壓縮機、發(fā)動機等，是石化、能源、冶金等許多行業(yè)中的關(guān)鍵設(shè)備，該類設(shè)備安全、穩(wěn)定、長周期運行，一旦發(fā)生事故，其經(jīng)濟損失十分巨大。此外，由于生產(chǎn)的連續(xù)性，造成設(shè)備始終滿負荷運行，設(shè)備損傷嚴重。而人工檢測難度大，對于某些疑難設(shè)備故障是屬于哪一類問題，往往難以分清，只能進行全面檢修

7、，從而導致工作效率低，設(shè)備運轉(zhuǎn)率低和維修費用開支過大等不應有的現(xiàn)象發(fā)生。 （2）、對球磨機進行故障診斷的必要性 旋轉(zhuǎn)機械是工業(yè)上應用最廣泛的機械。許多大型旋轉(zhuǎn)機械，如：離心泵、電動機、發(fā)電機、壓縮機、汽輪機、軋鋼機、球磨機等，還是石化、電力、冶金、煤炭、核能等行業(yè)中的關(guān)鍵設(shè)備。近年來，隨著機械工業(yè)中的機械設(shè)備朝著輕型化、大型化、重載化和高度自動化等方向發(fā)展。出現(xiàn)了大量的強度、結(jié)構(gòu)、振動、噪聲、可靠性，以及材料與工藝等問題，設(shè)備損壞事件時有發(fā)生。大型旋轉(zhuǎn)設(shè)備狀態(tài)監(jiān)測與故障診斷技術(shù)研究是國家重點攻關(guān)項目，目的是提高大型旋轉(zhuǎn)設(shè)備的技術(shù)狀況，減少突發(fā)性事故，避免重大經(jīng)濟損失”。 球磨機是選礦工藝中一個

8、應用非常廣泛且十分重要的粉磨設(shè)備。日益向大型化、自動化及復雜化方向發(fā)展。這樣的關(guān)鍵設(shè)備一旦發(fā)生故障后，往往給生產(chǎn)帶來巨大的影響，常常因為對故障的出現(xiàn)估計不足，致使企業(yè)蒙受較大的經(jīng)濟損失。每年，企業(yè)為了保持球磨機系統(tǒng)處于正常運轉(zhuǎn)狀態(tài)的維修費用，在企業(yè)的經(jīng)營費用中占有很大的比例。因此，必須對球磨設(shè)備與關(guān)鍵設(shè)備的運行狀態(tài)和劣化的原因及運行信息的變化進行診斷。診斷的實質(zhì)是把運行中的機器的征兆去和標準譜中的各種征兆進行比較來判斷機器運行狀態(tài)是否正常的過程，以便在事故發(fā)生前及能查明原因及時排除，或根據(jù)某些征兆，預測預報機器的運行狀態(tài)，及時找到性能變化與結(jié)構(gòu)變化的對應關(guān)系，及時地做出科學的判斷和決策。 筒形

9、磨礦機1905年出現(xiàn)后，在工業(yè)生產(chǎn)中迅速得到應用。到目前為止，筒式磨礦機仍是最主要的工業(yè)粉磨設(shè)備，在磨機大型化發(fā)展的同時，中小型磨機在我國礦山生產(chǎn)中占有很大比重。在磨選生產(chǎn)工藝流程中，磨礦作業(yè)主要是對礦物進行單體解離，以便于選別，由此可見，磨礦作業(yè)在選礦生產(chǎn)中占有非常重要的地位，所以，作為選礦廠磨礦作業(yè)的主體設(shè)備球磨機，其技術(shù)狀況、設(shè)備完好率和運行效率直接影響選別作業(yè)的各項技術(shù)、經(jīng)濟指標。隨著近幾年來生產(chǎn)任務的連年增加，球磨機作業(yè)率持續(xù)保持在以上。但是，球磨機作業(yè)率的增高，隨之而來球磨機故障、隱患率增加。 球磨機經(jīng)常出現(xiàn)的生產(chǎn)和設(shè)備故障有：球磨機“脹肚”，軸承“燒軸”，大軸裂紋，減速機溫升高、

10、噪音大，齒輪軸斷、折齒，大小齒輪磨損不均、局部缺陷、點蝕、膠合及聯(lián)軸器不對中引起的噪音大、振動大等缺陷。二、設(shè)備機械故障概述 設(shè)備故障，一般指設(shè)備（系統(tǒng)）或零部件在使用中喪失或降低其規(guī)定功能的事件或現(xiàn)象。在現(xiàn)代化生產(chǎn)中，由于企業(yè)的設(shè)備結(jié)構(gòu)復雜，自動化程度很高，各部分、各系統(tǒng)的聯(lián)系非常緊密，因而設(shè)備出現(xiàn)故障，哪怕是局部的失靈，都會造成整個設(shè)備的停頓，整個流水線、整個自動化車間的停產(chǎn)，直接影響著企業(yè)產(chǎn)品的數(shù)量和質(zhì)量。正因為這樣，世界各國，尤其是各工業(yè)發(fā)達國家都十分重視設(shè)備故障及其管理的研究。我國一些大中型企業(yè)，也在年代初就開始探索故障發(fā)生的規(guī)律，對故障進行記錄，對故障機理進行分析，以采取有效的措施

11、來控制故障的發(fā)生。（1）、設(shè)備故障分類 設(shè)備故障是多種多樣的，歸納起來可分為：漸發(fā)性故障和突發(fā)性故障兩大類。 漸發(fā)性故障：通過事先的測試或監(jiān)控可以預測到的故障。是由于設(shè)備初始參數(shù)逐漸劣化而產(chǎn)生的。這類故障與零部件的磨損、腐蝕、疲勞及蠕變等過程有密切的關(guān)系。 突發(fā)性故障：是各種不利因素以及偶然的外界影響共同作用而產(chǎn)生的。這種故障有：因潤滑油中斷而使零件產(chǎn)生熱變形裂紋；因機器使用不當或出現(xiàn)超負荷現(xiàn)象而引起零件折斷：因各項參數(shù)都達到極端值而引起變形和斷裂，突發(fā)性故障往往是突然發(fā)生的，一般事先無明顯征兆。 設(shè)備故障還可以按其性質(zhì)、影響、原因、特點等進行分類。（2）、設(shè)備故障原因分析 設(shè)備故障的原因主要

12、來自兩方面：一是固有可靠性方面，二是使用可靠性方面。 固有可靠性方面的原因有：設(shè)備結(jié)構(gòu)上的潛在缺陷：構(gòu)成設(shè)備零部件有缺陷；制造質(zhì)量低，材質(zhì)不佳；運輸、安裝不善，給設(shè)備帶來潛在缺陷。 使用可靠性方面的原因有：環(huán)境、條件不符合技術(shù)規(guī)范要求；人員素質(zhì)欠佳，責任心不強；規(guī)章制度不健全。（3）、設(shè)備故障機理分析 故障機理是指誘發(fā)零部件、設(shè)備系統(tǒng)發(fā)生故障的物理與化學過程、電學與機械學過程，也可以說是形成故障源的原因。在研究故障機理時，需要考察的基本因素至少有對象、原因、結(jié)果。因此，故障機理可寫成：對象的狀態(tài)內(nèi)因外因、誘因作為結(jié)果的故障模式，故障的發(fā)生受空間、時間、設(shè)備（故障件）的內(nèi)部和外部多方面因素的影響

13、，有的是某一種因素起主導作用，有的是幾種因素綜合作用的結(jié)果。為了搞清故障原因，必須搞清各種直接和間接影響故障產(chǎn)生的因素及其所起的作用。（4）、設(shè)備故障的規(guī)律 設(shè)備故障的發(fā)生發(fā)展過程都有其客觀規(guī)律，研究故障規(guī)律對制定維修對策，以至建立更加科學的維修體制都是十分有利的。設(shè)備在使用過程中，其性能或狀態(tài)隨著使用時間的推移而逐步下降。很多故障在發(fā)生前會有一些預兆，這就是所謂潛在故障，其可識別的物理參數(shù)表明一種功能性故障即將發(fā)生，功能性故障表明設(shè)備喪失了規(guī)定的性能標準。 設(shè)備的故障率隨時間的變化大致分為三個階段：早期故障期、偶發(fā)故障期和耗損故障期。三、運行監(jiān)測與故障診斷技術(shù)的應用與發(fā)展現(xiàn)狀（1）、國外運行

14、監(jiān)測與故障診斷技術(shù)的應用與發(fā)展現(xiàn)狀 一些工業(yè)發(fā)達國家相繼開發(fā)設(shè)備診斷技術(shù)始于年代。美國最初研究的是應用于軍用機械和飛機等領(lǐng)域的診斷技術(shù)，并于1962年成立了一個機械故障研究組，專門調(diào)查研究設(shè)備的診斷、檢測、設(shè)計和維修問題。1967年，在美國宇航局（NASA）和海軍研究所（ONR）的倡導和組織下成立了美國機械故障預防小組，開始有計劃地對診斷技術(shù)分專題進行研究。70年代開始普及到鋼鐵、化學、鐵路等所有領(lǐng)域，成為一門獨立的技術(shù)。在電工設(shè)備方面，美國的西屋公司是電力工業(yè)研究診斷技術(shù)的先驅(qū)。二十多年來，該公司開發(fā)了發(fā)電機、發(fā)動機系統(tǒng)的閥門、齒輪、密封件等診斷技術(shù)，并將人工智能和專家系統(tǒng)引入電廠在線診斷系

15、統(tǒng)，以提高電廠效率。在此期間很多學術(shù)機構(gòu)（如美國機械工程學會（ASME）、政府部門（如國家標準局（NBS）、國家鍋爐及高壓容器監(jiān)測中心（NBBI）以及一些高等院校和企業(yè)公司都參與或進行了一些專業(yè)性的診斷儀器和監(jiān)測系統(tǒng)制造廠商，對推進診斷技術(shù)的應用起了較大作用。目前美國診斷技術(shù)在航空航天、軍事、核能等尖端部門仍處于領(lǐng)先地位。 目前，日本、美國及歐洲一些國家正致力于以高溫設(shè)備壽命診斷為目的的劣化、損傷檢測技術(shù)，并在此基礎(chǔ)上進行關(guān)于剩余壽命評價技術(shù)的研究。同時，很多國家還把設(shè)備診斷技術(shù)作為一門新學科，在大、中院校開設(shè)專業(yè)。（2）、國內(nèi)運行監(jiān)測與故障診斷技術(shù)的應用與發(fā)展現(xiàn)狀我國的診斷技術(shù)起步較晚，19

16、79年機械工業(yè)部在長春舉辦了設(shè)備科長學習班，在學習日本的全員設(shè)備維修時才初步接觸到設(shè)備診斷技術(shù)的概念，引起大專院校、科研單位和工礦企業(yè)的注意。1983年南京召開的首屆設(shè)備診斷技術(shù)專題座談會和原國家經(jīng)委同年頒布的國營工業(yè)交通設(shè)備管理試行條例，標志著我國設(shè)備診斷技術(shù)的真正開始。我國工交企業(yè)的設(shè)備診斷技術(shù)自1983年起步以來，通過積極學習國外現(xiàn)代設(shè)備管理技術(shù)，研究和試驗日本的預知維修項目，引進和吸收美國的狀態(tài)監(jiān)測及故障診斷技術(shù)，取得了較大成就。尤其是近幾年來進步很快，不但在較短的時間里縮小了與世界先進水平的差距，在某些方面還有所突破，達到當代世界先進水平。 經(jīng)過全國數(shù)萬科技人員二十年的奮斗，設(shè)備診斷

17、技術(shù)在國內(nèi)工程界已取得了許多具有經(jīng)濟效益和社會效益的成果，并已開始形成了有自身特色的新的學科體系。 我國設(shè)備診斷技術(shù)的研究近年來雖有很大發(fā)展，但與國外相比還有相當距離。就是在國內(nèi)與環(huán)境保護方面的分析測量和醫(yī)學領(lǐng)域的診斷技術(shù)相比，設(shè)備診斷技術(shù)不但起步晚，在理論與技術(shù)上也還比較落后。四、球磨機運行監(jiān)測與故障診斷技術(shù)的發(fā)展及應用（1）、國內(nèi)外研制成功的部分計算機預測維修系統(tǒng) 恩泰克系統(tǒng)是美國恩泰克科學公司開發(fā)的機械設(shè)備預測維修系統(tǒng)，公司的預測維修技術(shù)在世界上處于領(lǐng)先地位。恩泰克的系統(tǒng)于年月進入我國市場，它對市場上出售的數(shù)據(jù)采集器和頻譜分析儀，都可以兼容，用戶可方便地選擇和增加硬件，而無需增加軟件的投

18、資。系統(tǒng)投入運行后，隨時可方便地了解所有被監(jiān)測設(shè)備的總體情況。同時也可了解特定設(shè)備的具體狀況。但價格對于一般中小型廠不易接受。美國新近推出的 微型振動分析儀，新穎小巧、功能齊全，是一臺比較理想的簡易振動測量儀。又具有一些故障診斷功能的精密診斷儀。 旋轉(zhuǎn)機械故障診斷系統(tǒng)系統(tǒng)是集數(shù)據(jù)采集、在線監(jiān)測和故障診斷功能為一體的大型旋轉(zhuǎn)機械如離心式壓縮機組、汽輪發(fā)動機組、大型機泵、大型球磨機等回轉(zhuǎn)設(shè)備運行保障系統(tǒng)，可有效提高機組故障診斷的效率和準確性。 南京航空航天大學開發(fā)的型診斷系統(tǒng)主要用于齒輪箱的故障診斷，該系統(tǒng)在以下幾個方面有突破和創(chuàng)新：首次將三階譜用于齒輪箱的故障診斷；首次提出頻域相關(guān)的概念，并將其

19、應用于齒輪膠合的識別：將包絡(luò)譜分析法擴展為細化復包絡(luò)譜，并應用于齒輪診斷；首次提出寬帶解調(diào)技術(shù)，它比年代以來在國內(nèi)外流行的共振解調(diào)技術(shù)更有效地提取齒輪故障特征信息；首次應用解調(diào)信號的最大熵估計，對齒輪裂紋進行了有效的診斷。它除了具有一般的信號分析處理功能外，尚有倒頻譜、三維譜、幅值解調(diào)、頻率解調(diào)、軸心軌跡等用于機械故障診斷的多種功能。 （2）、大型球磨機開發(fā)的故障診斷系統(tǒng) 球磨機常出故障或最需監(jiān)測部位有： （1）、球磨筒兩端滑動軸承。 （2）、減速箱的齒輪和滾動軸承。 （3）、藝信號（包括給礦量、溢流濃度、排礦濃度、聲音強度等）。 （4）、啟動、運行電流、電壓信號。 目前國內(nèi)開發(fā)應用的球磨機定

20、期監(jiān)側(cè)診斷系統(tǒng)與運行狀態(tài)監(jiān)測系統(tǒng)主要有如下幾類： （1）可編程序控制器在大型球磨機的應用。 北京工業(yè)自動化研究所研制的可編程序控制器可以替代繼電器控制，同時增加診斷功能與報警功能，減少故障查找時間。 河北冀北水泥有限公司水泥磨控系統(tǒng)采用了系列控制器，該系統(tǒng)功能穩(wěn)定可靠，調(diào)試和故障診斷方便、快捷，故障診斷功能使操作員能及時發(fā)現(xiàn)產(chǎn)生的故障并確定其位置，縮短了排除故障的時間。 此方案為全面改造大型球磨機的電控系統(tǒng)，投資稍大。 （）大型球磨機用單片機控制的故障診斷系統(tǒng)（此系統(tǒng)已被華峰瓷業(yè)有限公司采用）. 大型球磨機常出故障或最需監(jiān)測部位是減速箱齒輪和滾動軸承及球磨筒軸承。 本系統(tǒng)以單片機為核心，采用模

21、塊設(shè)計方法。開發(fā)設(shè)計成一種可靠性高、價廉與使用方便的齒輪、軸承故障診斷系統(tǒng)之一。 （）在球磨機過程控制系統(tǒng)中，丹東東方測控開發(fā)的球磨機自動控制系統(tǒng)，全面的實現(xiàn)了球磨機的自動控制，有效的避免了球瘞機“脹肚”、“吐球”等生產(chǎn)事故的發(fā)生。球磨機軸承故障診斷一、引言 在選礦工業(yè)中，球磨機的小正齒輪軸承的工作性能直接影響球磨機安全穩(wěn)定運行，因此對小正齒輪軸承的狀態(tài)監(jiān)控與故障診斷尤為重要。 滾動軸承是機械設(shè)備最常見和最易損壞的部件之一。在使用過程中的異常形式主要有以下幾種： （）疲勞剝落：在滾動軸承中，滾道和滾動體表面既承受載荷，又相對滾動。由于交變載荷的作用，首先在表面一定深度處形成裂紋，繼而擴展使表層

22、形成剝落坑。 （）磨損：軸承滾道、滾動體、保持架、座孔或安裝軸承的軸頸，由于機械原因及雜質(zhì)異物的侵入引起表面磨損。導致軸承游隙增大，表面粗糙，降低機器運行精度，增大振動和噪聲。 （）塑性變形：軸承因受到過大的沖擊載荷、靜載荷、經(jīng)過載荷積累或短時超載引起的軸承塑性變形。 （）腐蝕：潤滑油、水或空氣水分引起表面銹蝕、以及軸承套圈在軸孔中或軸頸上微小相對運動造成的微振腐蝕。 （）斷裂：載荷過大或疲勞引起軸承零件破裂。熱處理、裝配引起的殘余應力，運行時的熱應力過大也會引起軸承零件的裂紋或破裂。 （）膠合：主要是由于潤滑不良、高速、中載、高溫、起動加速度過大等造成摩擦發(fā)熱，使?jié)L道和滾動體表面局部融合在一

23、起。 軸承故障是球磨機常見的故障模式之一，由于軸承故障所引起的附加振動相對于球磨機的固有振動較弱，因而很難把故障信息從信號中分離開來。到目前為止，對球磨機軸承故障的故障診斷尚缺少十分有效的方法。本節(jié)提出在頻域和倒頻域進行特征提取，旨在解決軸承特征提取困難的問題。在分析滾動軸承故障診斷方法的基礎(chǔ)上，重點探討利用集成網(wǎng)絡(luò)解決軸承多故障診斷與識別和魯棒性問題。二、球磨機軸承故障特征 在工作過程中，滾動軸承的振動通常分為兩類：其一為與軸承的彈性有關(guān)的振動，其二為與軸承滾動表面的狀況（波紋、傷痕等）有關(guān)的振動。前者與軸承的異常狀態(tài)無關(guān)，而后者反映了軸承的損傷情況。 軸承的振動信號極其復雜，一般有四種：

24、（1）軸承構(gòu)造引起的振動（低頻）； （2）軸承的不同軸引起的振動（低頻）； （3）軸承精加工面的波紋引起的振動（低頻）：（4）軸承受損傷后引起的振動（高頻）。 對于機械系統(tǒng)而言，如有故障則一定會引起系統(tǒng)的附加振動。振動信號是動態(tài)信號，它包含的信息豐富，很適合進行故障診斷。但是如果附加振動信號由于固有信號或外界干擾對故障信號的干擾很大而淹沒，那么如何從振動信號中提取有用信號就顯得十分關(guān)鍵。 根據(jù)摩擦學理論，當軸承流動面的內(nèi)環(huán)、外環(huán)滾道及滾柱上出現(xiàn)一處損傷，滾道的表面平滑受到破壞，每當滾子滾過損傷點，都會產(chǎn)生一次振動。假設(shè)軸承零件為剛體，不考慮接觸變形的影響，滾子沿滾道為純滾，則有如下?lián)p傷振動頻率

25、： 當內(nèi)滾道有一處損傷時，其振動脈沖特征頻率為：當外滾道有一處損傷時，其振動脈沖頻率為：當滾柱上有一處損傷時，其振動脈沖特征頻率為： 為了克服軸承故障信號較弱且容易被球磨機固有振動淹沒的困難，選用以下抗干擾能力較強的特征作為故障診斷特征參數(shù)。（）振動的平均能量特征 設(shè)在小正齒輪軸承座上測得的振動加速信號為：它是故障信號以軸承座傳輸后的信號。根據(jù)統(tǒng)計學理論，振動的均方根反映振動的時域信息：特征參數(shù)有它代表振動信號的有效值，反映振動的平均能量。 （）振動信號的峰值特征它是反映振動信號中周期性脈動的特征量。（）倒譜包絡(luò)特征設(shè)（）為故障激勵信號，（）為傳輸通道的脈沖響應。它們相應的變換有如下關(guān)系： 式

26、中，稱為倒頻率；為倒頻譜。由上式可以看出故障激勵信號特性和傳遞通道的特性被分離開來了，而一般情況下故障激勵信號與傳遞通道信號占據(jù)不同的倒頻區(qū)段，這樣可以突出故障振動信號的特性。 變換用于信號分析中求時域信號的包絡(luò)，以達到對功率譜進行平滑從而突出故障信息。定義信號：為最佳包絡(luò)。倒譜包絡(luò)模型實質(zhì)是對從傳感器獲得的信號進行倒頻譜分析，然后對其倒頻譜信號進行包絡(luò)提取，從而雙重性地突出了故障信息，為信噪比小的故障特征的提取提供了依據(jù)。三、球磨機軸承監(jiān)測、診斷方法（1）、振動診斷法 滾動軸承在工作過程中會產(chǎn)生各種各樣的異常和損傷，多數(shù)故障都會使軸承的振動加劇，所以，振動信號就成為診斷軸承故障的主要信息。采

27、用振動診斷法主要有以下優(yōu)點： （）可以檢測出各種類型軸承的異?，F(xiàn)象； （）在故障初期就可以發(fā)現(xiàn)異常，并可在旋轉(zhuǎn)中測定； （）由于振動信號發(fā)自軸承本身，所以不需特別的信號源； （） 信號檢測和處理比較簡單； 在滾動軸承的振動診斷中，較常用的方法有以下幾種： （）有效值和峰值判斷法 有效值是振動幅值的均方根值，由于有效值是對時間的平均，所以對具有表面皺裂無規(guī)則振動波形的異常，其測定值的變化小，可給出恰當?shù)脑u價。但是不適用對表面剝落或傷痕等具有瞬變沖擊振動的異常。峰值是在某個時間內(nèi)振幅的最大值，它對瞬時現(xiàn)象可得出正確的指示值，特別對初期階段軸承表面剝落容易測量，由于它對由于外界干擾等原因引起的瞬時振

28、動比較敏感，它比有效值測定值的變化可能很大。 （） 峰值指標法 峰值指標是指峰值與有效值的比，該方法最大的特點是：由于峰值指標的值不受軸承尺寸、轉(zhuǎn)速及負荷的影響，所以正常異常的判斷可非常單純的進行；此外，峰值指標不受振動信號的絕對水平所左右，所以傳感器或放大器的靈敏度即使變動，也不會出現(xiàn)測定誤差。但是這種方法無法診斷表面皺裂或磨損之類的異常。 （）振幅概率密度分析法 這種方法主要是把軸承的異常程度進行量化，運用概率密度分布的陡度的大小來判斷軸承異常情況。因其與軸承尺寸、轉(zhuǎn)速及負荷等條件無關(guān)，因此使用比較單純，對軸承的好壞判定非常簡單。這種方法主要適用于軸承表面有傷痕的情況，但對軸承表面皺裂、磨

29、損等異常缺乏檢測能力。（） 時序模型參數(shù)分析法 時序模型參數(shù)分析法，是一種把軸承振動信號采樣值看作一個時間序列，并建立數(shù)學模型，然后利用模型的參數(shù)對軸承故障進行診斷的一種方法。這種方法只有在掌握滾動軸承在正常和異常是模型階次及殘差方差指標的變化規(guī)律的情況下，對軸承的狀態(tài)才能做出正確的診斷。（）沖擊脈沖法 如果滾動軸承的某些元件有損傷，軸承工作時，這些零件在接觸過程中就會產(chǎn)生沖擊脈沖。通過加速度傳感器測得此沖擊引起的高頻衰減振動波形，從而對滾動軸承的故障做出判斷。此方法可診斷滾動軸承表面?zhèn)?、皺裂缺陷，對滾動軸承磨損判定不明顯。（） 包絡(luò)法 包絡(luò)分析法是利用包絡(luò)檢波和對包絡(luò)譜的分析，根據(jù)包絡(luò)譜蜂

30、來識別故障。事實表明，當滾動軸承元件產(chǎn)生缺陷而在運行中引起脈動時，不但會引起軸承外圈及傳感器本身產(chǎn)生高頻固有振動，且此高頻振動的幅值還會受到上述脈動激發(fā)力的調(diào)制。在包絡(luò)法中，將經(jīng)調(diào)制的高頻分量拾取，經(jīng)放大、濾波后送入調(diào)制器，即可得到原來的低頻脈動信號，再經(jīng)譜分析即可獲得功率譜。 （） 高通絕對值頻率分析法。 將加速度計測得的振動加速度信號經(jīng)電荷放大器后，再經(jīng)過的高通濾波器，提取其高頻成分，然后將濾波后的波形作絕對值處理，再對經(jīng)絕對值處理后的波形進行頻率分析，去判斷軸承故障原因。（2）、光纖監(jiān)測技術(shù) 上述的振動監(jiān)測方法，通常是在軸承座上安裝傳感器，即用傳感器測量軸承蓋的振動信號，這樣所檢測的信號

31、中完全接收了外界干擾，軸承的故障信號可能會因為較弱而被淹沒。而光纖監(jiān)測技術(shù)，則直接從軸承套圈的表面提取信號。它是用光導纖維束制成的位移傳感器，其包含有發(fā)送光纖束和接收光纖束，光線由發(fā)送光纖束經(jīng)過傳感器端面與軸承套圈表面的間隙反射回來，再由接收光纖束接收，經(jīng)過光電元件轉(zhuǎn)換為電壓輸出，得出有效值、峰值有效值比和軸承速率比等軸承運行性能的診斷指標，判定軸承異常。（3）、接觸電阻法 接觸電阻法所依據(jù)的基本原理和振動測量完全不同，它是與振動監(jiān)測法相互補充的一種監(jiān)測技術(shù)。 軸承在運轉(zhuǎn)過程中，滾道面與滾動體之間便會形成油膜，這樣在內(nèi)外圈之間就有很大的電阻。正常軸承，其油膜厚度至少是表面租糙度的四倍，由于潤滑

32、劑是有機碳氫化合物，軸承內(nèi)外圈之間的平均電阻很高，一般在之間變化，而當軸承零件出現(xiàn)剝落、腐蝕、損傷等缺陷時，缺陷處油膜厚度減小，軸承內(nèi)外圈之間的電阻值降低，以此監(jiān)測軸承異常捌。四、小結(jié) 本節(jié)主要根據(jù)球磨機軸承的故障特征，對軸承監(jiān)測、診斷的各種方法進行分析探討。由于軸承故障所引起的附加振動相對于球磨機的固有振動較弱，因而很難把故障信息從信號中分離開來。到目前為止，對球磨機軸承故障的故障診斷尚缺少十分有效的方法。本節(jié)提出在頻域和倒頻域進行特征提取，旨在解決軸承特征提取困難的問題，并根據(jù)一診斷實例，利用集成網(wǎng)絡(luò)解決軸承多故障診斷與識別和魯棒性問題。根據(jù)此實例結(jié)果表明，該方法具有很高的成功率和魯棒性。

33、3球磨機齒輪傳動系統(tǒng)狀態(tài)檢測與故障診斷一、齒輪異常的基本形式及振動特點（1）、齒輪異常的基本形式 齒輪由于制造、操作、維護以及齒輪材質(zhì)、熱處理、運行狀態(tài)等因素不同，產(chǎn)生異常的形式也不同，常見的齒輪異常有以下幾種形式： （）齒面磨損； （）齒面膠合和擦傷； （）齒面接觸疲勞； （）彎曲疲勞與斷齒。 齒輪異常還可分為局部的和分布的。前者集中于某個或幾個齒上，后者分布在齒輪各輪齒上。（2）、齒輪振動及其特點 一、齒輪的振動頻率 齒輪的振動類型：齒輪在運行過程中產(chǎn)生的振動是比較復雜的，由于齒輪所受的激勵不同，從而使齒輪產(chǎn)生的振動類型也不同。下面分別介紹各種類型振動產(chǎn)生的原因及其特征； （）齒輪嚙合過程

34、中由于周節(jié)誤差、齒形誤差獲均勻磨損等都會使齒于齒之間發(fā)生撞擊，撞擊的頻率就是它的嚙合頻率。齒輪再次周期撞擊力的激勵下產(chǎn)生了以嚙合頻率為振動頻率的強迫振動，頻率范圍一般在幾百到幾千赫內(nèi)。 （）由于齒輪嚙合過程中齒輪發(fā)生彈性變形，使剛剛進入嚙合的齒輪發(fā)生撞擊，因而產(chǎn)生沿著嚙合線方向作用的脈動力，于是也會產(chǎn)生以嚙合頻率為頻率的振動。對于齒廓為漸開線的齒輪，在節(jié)點附近為單齒嚙合，而在節(jié)點兩側(cè)為雙齒嚙合，故其剛度是非常簡諧的周期函數(shù)，所以產(chǎn)生的強迫振動與上述第一種情況不同，不僅有以嚙合頻率為頻率的基頻振動，而且還有嚙合頻率的高次諧波振動。 （）齒與齒之間的摩擦在一定的條件下會誘發(fā)自激振動，主要與齒面加工

35、質(zhì)量及潤滑條件有關(guān)，自激振動的頻率接近齒輪的固有頻率。 （）齒與齒之間的撞擊是一種瞬態(tài)激勵，它使齒輪產(chǎn)生衰減自由振動，振動頻率就是齒輪的固有頻率，通常固有頻率在內(nèi)。 （）齒輪、軸、軸承等元件由于不同心、不對稱、材料不均勻等會產(chǎn)生偏心、不平衡，其離心慣性力使齒輪軸系統(tǒng)產(chǎn)生強迫振動，振動的頻率等于軸的轉(zhuǎn)動頻率（一般在嘰王以內(nèi)）及其諧頻。 （）由于齒面的局部損傷而產(chǎn)生的激勵，其相應的強迫振動頻率等于損傷的齒數(shù)乘以軸的轉(zhuǎn)動頻率。齒輪箱各不同部件故障的振動特征，如下表所示。 綜上所述，齒輪的振動頻率基本上可歸納為三類：即軸的轉(zhuǎn)動頻率及其諧頻，齒輪的嚙合頻率及其諧頻，齒輪自身的各階固有頻率。而齒輪的實際振

36、動往往是上述各類振動的某種組合。 二、齒輪振動頻譜的特點 （）齒輪振動的邊頻帶譜 齒輪在運行中無論齒輪發(fā)生異常與否，齒的嚙合都會發(fā)生沖擊嚙合振動，其振動波形表現(xiàn)出振幅受到調(diào)制的特點，即調(diào)幅又調(diào)頻。齒輪振動的頻譜圖是非常復雜的，除了有明顯表示嚙合頻率的譜線和嚙合頻率的高階諧頻的譜線、外，還有許多按一定規(guī)律分布的小譜線，這就是在齒輪振動的頻譜圖中常見的邊頻帶譜。它是由于幾種動載同時作用在齒輪上，使其同時產(chǎn)生幾種振動，它們相互疊加產(chǎn)生調(diào)制的結(jié)果。通常載頻為嚙合頻率及其高階諧頻或其他高頻成分，而軸的轉(zhuǎn)動頻率及其高階諧頻則為調(diào)制頻率。齒輪發(fā)生故障時，嚙合頻率的振動成分或軸的轉(zhuǎn)動頻率及諧頻的振動成分隨之發(fā)

37、生顯著的變化。因此，相對故障齒輪，從齒輪振動的邊頻帶譜中分析出載頻或調(diào)制信號的頻率對故障分析十分必要。（）振動信號的調(diào)制 齒輪振動信號既有幅值調(diào)制又有頻率調(diào)制，這兩種調(diào)制在頻譜圖中均表現(xiàn)為在嚙合頻率及其諧頻的兩側(cè)各有一簇邊頻帶，各邊頻帶的間隔既是調(diào)制信號的頻率。（）齒輪振動頻譜圖的組成成分 齒輪振動頻譜圖的譜線一般有下列幾種： 一是齒輪的轉(zhuǎn)動頻率及其低階諧頻。它主要是由于轉(zhuǎn)軸對中不良、軸變形、零部件松動等原因引起，使齒輪在運轉(zhuǎn)過程中產(chǎn)生附加脈沖。 二是齒輪的嚙合頻率及其諧頻、邊頻帶。這些振動成分是由齒形誤差、齒面磨損等原因引起的。 三是齒輪副的各階固有頻率。它是由于齒輪嚙合時齒間撞擊（往往是由

38、故障所致）而引起的齒輪自由衰減。 四是齒輪加工機床分度齒輪的嚙合頻率及其諧頻。其譜線往往在嚙合頻率的附近。二、齒輪傳動系統(tǒng)故障診斷方法（1）、振動分析法 在齒輪系統(tǒng)故障診斷的眾多方法中，如振動診斷、噪聲分析、油液分析、聲發(fā)射和溫度及能耗檢測等，振動診斷是目前使用最廣泛且行之有效的方法。因此，對齒輪系統(tǒng)的故障進行振動診斷是一個重要的課題。傳統(tǒng)振動診斷的基本方法是用安裝在箱體上的加速度傳感器測量振動響應信號，提取特征參量，再考慮傳感器與各零部件的接近程度和特征參量與某種部件的相關(guān)特性進行故障診斷。為了充分利用信息，目前一般采用多參數(shù)診斷法（如模糊診斷法和灰色系統(tǒng)關(guān)聯(lián)診斷法等），這種方法廣泛使用時域

39、、幅域、頻域的各種分析方法，提取盡可能多的有效特征參量，然后結(jié)合模式識別進行工作狀態(tài)的判斷。（2）、頻譜分析法 從齒輪嚙合動力學出發(fā)，在齒輪故障檢測中，基于邊頻帶理論的有各種頻域和倒頻域的定性分析方法，如頻譜細化分析，倒頻譜分析方法等。由于故障齒輪的振動頻譜具有的邊頻帶是具有等間隔（故障頻率）的結(jié)構(gòu)，所以倒頻譜可以將原來譜上成族的邊頻帶譜線簡化為單根譜線，能精確地辨識頻譜中的周期特性倒頻譜分析方法對于齒輪故障診斷是一種有效的方法。當頻率分辨率不夠時，將頻率細化分析與倒頻譜分析結(jié)合起來，則可得到滿意的結(jié)果。（3）、小波診斷方法 小波變換是具有“變焦”功能的時一頻分析方法。它在時域和頻域同時具有良

40、好的局部化性質(zhì)，還有放大、縮小、平移等功能，可以把分析的重點聚焦到任意的細節(jié)，從而可顯著地改善信號提取能力和狀態(tài)識別靈敏度及準確性同時，小波變換實質(zhì)上是一種濾波運算，具有良好的濾噪效果，特別適合于強背景噪聲下信號的分析。目前，小波分析的理論正日趨完善，其應用也不斷擴大和深入。在齒輪傳動系統(tǒng)故障診斷中，一般多為定性研究，定量研究較為困難，而且研究還不夠深入。（4）、基于載荷識別和信息融合的齒輪傳動系統(tǒng)診斷方法 齒輪傳動系統(tǒng)在運轉(zhuǎn)過程中，各個軸系的作用力在軸承座處對箱體產(chǎn)生動態(tài)激勵，使齒輪系統(tǒng)的箱體發(fā)生振動。當齒輪系統(tǒng)零部件齒輪、軸承和軸發(fā)生故障時，箱體受到的動態(tài)激勵會發(fā)生變化，造成箱體的振動響應

41、也發(fā)生變化。根據(jù)這種關(guān)系，利用子系統(tǒng)方法對齒輪系統(tǒng)進行整體力學建模。通過測試齒輪系統(tǒng)箱體的振動響應，應用多載荷識別技術(shù)、多傳感器優(yōu)化配置和多傳感器信息融合技術(shù)精確求得箱體在各個軸承座處受到的動態(tài)激勵，然后直接分析這些激勵信號，建立基于激勵分析的特征參量體系，進行特征級和決策級的信息融合與故障診斷。評價標準： 國際標準化組織（）年制定了大型旋轉(zhuǎn)機械的機械振動現(xiàn)場測量與評價標準。該標準適用于功率大于的大型旋轉(zhuǎn)機械，并規(guī)定了在軸承外殼上測量振動烈度。三、球磨機齒輪傳動系統(tǒng)故障診斷實驗（1）、球磨機振動標準的確定 1、球磨機的結(jié)構(gòu)特點 溢流型球磨機，由同步電動機，開式齒輪傳動裝置，動、靜壓軸承支承，筒

42、體和聯(lián)合給料器五大部分組成，同步電機功率TZ215/32/400KW、轉(zhuǎn)速187.5r/min，小齒輪轉(zhuǎn)速Z1=23，大齒圈齒數(shù)Z2=198，轉(zhuǎn)速21.9r/min。振動測點見圖所示。球磨機齒輪傳動簡圖球磨機主傳動電機功率為，齒輪座的測點均選在軸承座的外殼上，因此，標準適用于球磨機的主傳動系統(tǒng)。振動速度有效值的檢查界限值為，修理界限值為。這可以作為評價齒輪傳動沖擊振動的參考。 通過對球磨機的振動測試，發(fā)現(xiàn)振動能量一般集中在10Hz和100Hz兩個頻段，屬于低頻振動，用振動位移和速度兩個參數(shù)綜合評價較為科學。在小齒輪兩端軸承分別測得振動位移、速度、加速度三個參數(shù)值見下表。從表中可以看出小齒輪自由端軸承H（水平）向振動位移、速度值均較大，小齒輪的振動已接近不允許狀態(tài)。首先，根據(jù)加速度低頻段振動值大于高頻段的情況，可以確定小齒輪振動故障主要在低頻范圍，而且加速度值較小說明軸承及輪齒的狀況良好（沖擊?。?。因此，在頻譜分析時可將分析頻率范圍定在以下。 1、頻譜分析。小齒輪的旋轉(zhuǎn)頻率大齒圈與小齒輪的嚙合頻率對照以上表可以得到如下信息：點水平方向振動位移譜點垂直方向振動位移譜水平方向振動以嚙合頻率（）為主導，且出現(xiàn)豐富的邊頻族。 垂直方向振動以（）為主導，且幅值較大。上述現(xiàn)