時(shí)域分析

1. 時(shí)域特征參數(shù)

通過對(duì)時(shí)域信號(hào)進(jìn)行統(tǒng)計(jì)分析，得出時(shí)域特征參數(shù)，是進(jìn)行故障診斷的有效方法。時(shí)域特征參數(shù)分為有量綱特征參數(shù)和無量綱特征參數(shù)。

時(shí)域振動(dòng)信號(hào)在機(jī)組發(fā)生故障時(shí)會(huì)顯著變化，相應(yīng)的時(shí)域特征參數(shù)也會(huì)發(fā)生變化。采用有量綱指標(biāo)進(jìn)行故障分析時(shí)，得到的結(jié)果不僅與被測對(duì)象的運(yùn)行狀態(tài)（是否發(fā)生故障）有關(guān)，而且與被測對(duì)象的運(yùn)行工況（轉(zhuǎn)速、負(fù)載）有關(guān)。無量綱特征參數(shù)只與被測對(duì)象的狀態(tài)相關(guān)，對(duì)轉(zhuǎn)速、負(fù)載等運(yùn)行參數(shù)的變化不敏感。

圖1 時(shí)域特征參數(shù)

2. 時(shí)域分析方法

通過時(shí)域特征參數(shù)可以進(jìn)行初步的故障識(shí)別，但如果要對(duì)故障進(jìn)一步定位和判斷故障的類型，需要對(duì)時(shí)域波形進(jìn)行分析。

對(duì)時(shí)域信號(hào)進(jìn)行分析，主要是觀察信號(hào)的周期成分。例如，當(dāng)齒輪出現(xiàn)局部故障時(shí)，在時(shí)域波形中表現(xiàn)為出現(xiàn)周期性的沖擊信號(hào)，且周期為齒輪的旋轉(zhuǎn)周期，通過振動(dòng)分析軟件提供的邊頻游標(biāo)，可以查看沖擊信號(hào)的周期，從而判斷發(fā)生異常的部件，如下圖所示：

圖2 時(shí)域波形圖

以某齒輪箱高速端軸向振動(dòng)時(shí)域波形為例：

通過時(shí)域特征參數(shù)判斷：振動(dòng)信號(hào)的能量（即加速度均方根）為5.209m/s²，數(shù)值偏高，峰值為27.413m/s²，處于較高的水平，可以初步判斷該部件異常。通過時(shí)域分析方法判斷：在時(shí)域波形中，可以觀察到很多等間隔的沖擊信號(hào)，通過振動(dòng)分析軟件中提供的邊頻游標(biāo)，可測得沖擊信號(hào)的間隔周期為0.033s，而0.033s為齒輪箱高速端齒輪的旋轉(zhuǎn)周期，因此可判斷為齒輪箱高速端齒輪出現(xiàn)異常狀況。

圖3 時(shí)域波形圖

頻譜分析

通過時(shí)域特征參數(shù)可以進(jìn)行初步的故障識(shí)別，進(jìn)一步對(duì)時(shí)域信號(hào)進(jìn)行頻譜分析，可以了解信號(hào)頻率結(jié)構(gòu)組成及變化，以此來定位故障部位和判別故障類型。信號(hào)的每個(gè)特征頻率都有相應(yīng)的旋轉(zhuǎn)部件與之對(duì)應(yīng)，通過分析信號(hào)各頻率的幅值和相位信息，可以判斷設(shè)備運(yùn)行情況。

設(shè)備故障診斷中，通過頻譜分析能獲得各軸轉(zhuǎn)頻，各齒輪副嚙合頻率及其高次諧波等頻率成分的幅值、相位大小，分析比較同一頻率成分下幅值的變化或者有無新頻率成分出現(xiàn)，可以判斷設(shè)備故障類型、產(chǎn)生原因及故障的劣化程度。頻譜分析是應(yīng)用最廣的旋轉(zhuǎn)機(jī)械故障診斷技術(shù)，很多故障診斷方法都是基于頻譜分析。在頻譜圖中可以通過分析頻率成分以及峰值大小找出引起部件振動(dòng)的原因。例如對(duì)于低頻部分，主要與軸的轉(zhuǎn)頻相關(guān)。例如不平衡會(huì)引起所在軸1X轉(zhuǎn)頻幅值增加，不對(duì)中故障易導(dǎo)致所在軸2X轉(zhuǎn)頻的變化。

對(duì)于中頻部分，主要與齒輪的嚙合有關(guān)。一般來講，嚙合頻率占主導(dǎo)，同時(shí)會(huì)出現(xiàn)齒輪轉(zhuǎn)頻的邊頻。當(dāng)齒輪出現(xiàn)故障時(shí)，相應(yīng)的轉(zhuǎn)頻邊頻會(huì)出現(xiàn)邊頻次數(shù)增加和邊頻幅值的變化。

對(duì)于高頻部分，主要與軸承信號(hào)相關(guān)，由于軸承早期故障會(huì)激起高頻固有頻率，在信號(hào)中表現(xiàn)為軸承故障信號(hào)調(diào)制到高頻固有頻率，通過高頻解調(diào)分析可以解調(diào)出低頻故障信號(hào)。

以某齒輪箱振動(dòng)測試為例：

在時(shí)域波形中出現(xiàn)明顯的沖擊，通過邊頻游標(biāo)進(jìn)行測量，發(fā)現(xiàn)沖擊信號(hào)的周期為高速軸旋轉(zhuǎn)周期。

圖4 時(shí)域波形圖

圖5 頻譜圖

進(jìn)一步對(duì)頻譜進(jìn)行分析，發(fā)現(xiàn)在1600Hz附近存在較多邊頻，邊頻間隔為高速軸轉(zhuǎn)頻18.752Hz。此時(shí)可以基本判斷出齒輪箱高速軸振動(dòng)異常，可能出現(xiàn)高速軸齒輪局部損傷。