軸承機(jī)械故障聽診器校準(zhǔn)方法研究

韋家揮

（廣州廣電計(jì)量檢測(cè)股份有限公司，廣州 510656）

        摘  要：采用標(biāo)準(zhǔn)振動(dòng)臺(tái)激勵(lì)軸承故障聽診器的振動(dòng)傳感器的方式來向軸承故障聽診器發(fā)送校準(zhǔn)信號(hào)，同時(shí)在耳機(jī)輸入端接入頻率計(jì)來測(cè)量實(shí)際頻率示值使得主觀測(cè)聽的聲音信號(hào)客觀定量化，提高了故障聽診器的檢測(cè)準(zhǔn)確度。

        關(guān)鍵詞：校準(zhǔn)方法；振動(dòng)激勵(lì)；軸承故障診斷；振動(dòng)比較法

0 引言

        軸承機(jī)械故障聽診器（簡(jiǎn)稱故障聽診器）是根據(jù)國(guó)外先進(jìn)技術(shù)開發(fā)的一種新穎的高性能維修工具,特別適用于噪聲中使用,可輕易地查探設(shè)備早期隱患,便于對(duì)設(shè)備及早進(jìn)行維修,從而保證各設(shè)備的正常運(yùn)轉(zhuǎn),避免由于設(shè)備損壞而造成巨大經(jīng)濟(jì)損失。機(jī)械軸承結(jié)構(gòu)缺陷通?？梢苑从吃谄湔駝?dòng)特性上。原因是機(jī)械軸承結(jié)構(gòu)在完好狀態(tài)下和出現(xiàn)故障狀態(tài)下，其振動(dòng)特性會(huì)有明顯差異。通過對(duì)其振動(dòng)信號(hào)進(jìn)行處理轉(zhuǎn)換成可測(cè)聽的聲音信號(hào)，可以得到對(duì)發(fā)動(dòng)機(jī)工作狀態(tài)進(jìn)行判斷的有利信息。機(jī)械軸承故障的準(zhǔn)確診斷可提高設(shè)備安全性和可靠性，避免在運(yùn)行過程中出現(xiàn)重大事故。然而，目前國(guó)內(nèi)尚未有相關(guān)的檢測(cè)標(biāo)準(zhǔn)和校準(zhǔn)規(guī)范來檢測(cè)或校準(zhǔn)軸承機(jī)械機(jī)械故障聽診器的準(zhǔn)確性和測(cè)量精度，所以如何確保軸承機(jī)械故障聽診器的測(cè)量精度成為當(dāng)務(wù)之急。

1 簡(jiǎn)述軸承機(jī)械故障聽診器

        故障聽診器通常由振動(dòng)傳感器、鏈接電纜、主機(jī)和耳機(jī)組成，該類儀器主要用于定性、定位檢查，通常無數(shù)值顯示。工作時(shí)，將振動(dòng)傳感器通過磁鐵吸附在需要檢測(cè)的部位，檢查人員佩戴耳機(jī)監(jiān)聽，確定機(jī)械設(shè)備在工作過程中是否有刺耳或異常的聲音信號(hào)出現(xiàn)，從而快捷地確定機(jī)械工作狀態(tài)。本文主要研究如何確定故障聽診器的準(zhǔn)確性，通過大量的文獻(xiàn)查詢和實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)，本文總結(jié)了影響故障聽診器準(zhǔn)確性的關(guān)鍵技術(shù)指標(biāo)有：①可測(cè)聽頻率范圍及可鑒別最小振動(dòng)加速度幅值；②測(cè)量靈敏度調(diào)節(jié)功能。

2 校準(zhǔn)方法和校準(zhǔn)裝置

        由于故障聽診器的沒有具體的數(shù)值顯示，因此無法根據(jù)《JJG 676-2019測(cè)振儀檢定規(guī)程》進(jìn)行檢查和校準(zhǔn)。本文主要通過振動(dòng)激勵(lì)的方法來校準(zhǔn)故障聽診器的準(zhǔn)確性，校準(zhǔn)設(shè)備主要是由振動(dòng)標(biāo)準(zhǔn)裝置完成，振動(dòng)標(biāo)準(zhǔn)裝置由標(biāo)準(zhǔn)振動(dòng)臺(tái)、功率放大器、信號(hào)發(fā)生器和數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)組成。具體方法如下：

圖 1 校準(zhǔn)裝置示意圖

2.1 可測(cè)聽頻率范圍及可鑒別最小振動(dòng)加速度幅值校準(zhǔn)

        如圖1,將故障聽診器的振動(dòng)傳感器與參考加速度計(jì)背靠背剛性地安裝在振動(dòng)臺(tái)臺(tái)面中心位置，或?qū)⑵渑c振動(dòng)臺(tái)內(nèi)裝傳感器同軸安裝，或與裝在振動(dòng)臺(tái)臺(tái)面上附加固定裝置內(nèi)的參考加速度計(jì)同軸安裝。傳感器的輸出電纜應(yīng)固定合適，防止檢測(cè)時(shí)產(chǎn)生劇烈抖動(dòng)、碰撞和摩擦現(xiàn)象，以免影響檢測(cè)結(jié)果。同時(shí)，在耳機(jī)輸入端接入頻率計(jì)，用來測(cè)量輸入耳機(jī)端的實(shí)際頻率。將振動(dòng)臺(tái)振動(dòng)信號(hào)頻率設(shè)置為100Hz，故障聽診器的靈敏度檔調(diào)節(jié)到最高檔位，調(diào)節(jié)振動(dòng)加速度幅值，直至在耳機(jī)上能清晰地分辨出特征聲音信號(hào)（簡(jiǎn)稱特征信號(hào)），記錄頻率計(jì)的頻率示值和數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)上的振動(dòng)加速度幅值，若振動(dòng)加速度幅值調(diào)整到故障聽診器的振動(dòng)傳感器最大可測(cè)量加速度值仍無法聽到聲音，說明故障聽診器在該頻率點(diǎn)無法工作。保持振動(dòng)加速度幅值不變，改變振動(dòng)信號(hào)頻率，以1/3倍頻程點(diǎn)從100Hz開始直至10000Hz，記錄各個(gè)頻率點(diǎn)的頻率計(jì)示值，最小可測(cè)聽振動(dòng)加速度幅值和耳機(jī)監(jiān)聽情況。這樣檢查人員通過耳機(jī)監(jiān)聽可以直觀獲得故障聽診器的工作情況，通過頻率計(jì)測(cè)得的頻率示值，可測(cè)聽的最小振動(dòng)加速度幅值值和故障聽診器的工作情況，可以準(zhǔn)確確定故障聽診器的測(cè)聽頻率范圍以及各頻率點(diǎn)的最小鑒別振動(dòng)加速度幅值。若有需要，可對(duì)所有靈敏度檔進(jìn)行以上校準(zhǔn)步驟，測(cè)出各個(gè)靈敏度黨的可測(cè)聽頻率范圍。

2.2 靈敏度調(diào)節(jié)功能校準(zhǔn)

        設(shè)備連接按照2.1進(jìn)行，將振動(dòng)臺(tái)振動(dòng)信號(hào)頻率設(shè)置為1000Hz，緩慢增加振動(dòng)臺(tái)加速度幅值，直至在耳機(jī)上能清晰地分辨出特征聲音信號(hào)，記錄數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)上的振動(dòng)加速度幅值，然后繼續(xù)增加振動(dòng)加速度幅值，確認(rèn)特征聲音信號(hào)是不是隨著振動(dòng)加速度幅值的增加而由弱變強(qiáng)。按照以上步驟，分別測(cè)出所有靈敏度檔能鑒別的最小加速度幅值以及確認(rèn)聲音的線性增強(qiáng)能力。

3 校準(zhǔn)注意事項(xiàng)

        使用振動(dòng)比較法進(jìn)行校準(zhǔn)時(shí)，為確保校準(zhǔn)結(jié)果的可靠性和更優(yōu)的不確定度，應(yīng)注意以下幾點(diǎn)。

（1）故障聽診器的振動(dòng)傳感器和參考加速度計(jì)必須沿其靈敏度軸背靠背或同軸安裝，以保證兩個(gè)傳感器可以承受相同的振動(dòng)加速度信號(hào)。

（2）為了防止兩個(gè)傳感器的安裝表面之間發(fā)生相對(duì)運(yùn)動(dòng)，安裝支架的板必須具有足夠的彈性形變能力和剛性，安裝表面應(yīng)光滑平整，并且兩個(gè)安裝表面應(yīng)嚴(yán)格平行 。

（3）使用的振動(dòng)臺(tái)標(biāo)準(zhǔn)裝置應(yīng)滿足《JJG 298-2015 標(biāo)準(zhǔn)振動(dòng)臺(tái)檢定規(guī)程》的相關(guān)要求。

4 校準(zhǔn)結(jié)果的不確定度來源分析

        通過多次實(shí)驗(yàn)結(jié)果發(fā)現(xiàn)，使用振動(dòng)比較法校準(zhǔn)故障 聽診器的測(cè)量不確定度來源主要有以下幾點(diǎn)：（1）振動(dòng)標(biāo)準(zhǔn)裝置本身引入的不確定度；（2）環(huán)境因素以及傳感器安裝引入的不確定；（3）實(shí)驗(yàn)人員辨別聲音大小能力引入的不確定度。

5 結(jié)語

        通過實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證可見，本文采用的振動(dòng)標(biāo)準(zhǔn)裝置激勵(lì)校準(zhǔn)方法能夠從故障聽診器的探測(cè)端到采集分析測(cè)聽端，進(jìn)行整體校準(zhǔn)確認(rèn)故障聽診器的檢測(cè)準(zhǔn)確性。同時(shí)，還能通過校準(zhǔn)各頻率值下的振動(dòng)加速度鑒別值來確定故 障聽診器在各個(gè)頻率段下的檢測(cè)能力，此加速度值越小 檢測(cè)能力越強(qiáng)。該方法對(duì)故障聽診器的校準(zhǔn)完全適用， 且使用的標(biāo)準(zhǔn)設(shè)備都為常用儀器，易于實(shí)施，具有極強(qiáng)的可操作性。

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