魏李翔

摘 要 現(xiàn)代社會(huì)的發(fā)展過程中，機(jī)械作為其中改革生產(chǎn)力的關(guān)鍵一環(huán)，越來越多地融入到當(dāng)今世界的各個(gè)領(lǐng)域中。而作為機(jī)械故障分析的主要手段，信號(hào)分析技術(shù)的發(fā)展也變得格外重要。因此了解并推廣信號(hào)分析技術(shù)，為今后信號(hào)分析理論的研究發(fā)展做出鋪墊，具有十分深刻的意義。本文先對(duì)信號(hào)分析的應(yīng)用現(xiàn)狀進(jìn)行簡(jiǎn)析，然后在信號(hào)時(shí)域分析和頻譜分析相關(guān)基礎(chǔ)上，對(duì)機(jī)械設(shè)備中信號(hào)分析的實(shí)際應(yīng)用進(jìn)行詳細(xì)闡述。

關(guān)鍵詞 信號(hào)分析；機(jī)械設(shè)備；故障

最近幾年中隨著鋼鐵工業(yè)的迅速發(fā)展，很多企業(yè)都開始使用大型機(jī)械設(shè)備，這些設(shè)備能夠提升企業(yè)工作生產(chǎn)的效率，提升企業(yè)產(chǎn)品的質(zhì)量，為企業(yè)帶去更多的經(jīng)濟(jì)效益。在這種情況下就需要維護(hù)好機(jī)械系統(tǒng)，保障其工作過程中的可靠性，降低故障發(fā)生的頻率。故障診斷是維護(hù)機(jī)械設(shè)備的有效方式，而經(jīng)過對(duì)信號(hào)分析技術(shù)的使用，可以讓機(jī)械設(shè)備故障診斷工作更加有效，通過對(duì)專業(yè)技術(shù)的使用精準(zhǔn)地找到故障發(fā)生的位置，在此基礎(chǔ)上做好機(jī)械設(shè)備的維修和保養(yǎng)工作。

1 信號(hào)分析應(yīng)用現(xiàn)狀

將信號(hào)分析技術(shù)使用在機(jī)械設(shè)備中，主要是對(duì)機(jī)械故障進(jìn)行診斷，信號(hào)分析對(duì)于機(jī)械設(shè)備而言有著極大的意義。在最近幾年中，信號(hào)分析技術(shù)使用在機(jī)械故障診斷中愈加廣泛。在以后的發(fā)展中，信號(hào)分析的應(yīng)用會(huì)逐漸推廣到一些大型設(shè)備中，比如汽輪機(jī)、離心式壓縮機(jī)以及水輪機(jī)中，或者是一些加工機(jī)械中。機(jī)械設(shè)備能夠作為狀態(tài)監(jiān)測(cè)和診斷的信息源，在當(dāng)前的機(jī)械設(shè)備診斷中，使用比較多的是機(jī)械的振動(dòng)信號(hào)，通過對(duì)振動(dòng)信號(hào)的分析能夠診斷出機(jī)械的故障。依據(jù)相關(guān)的統(tǒng)計(jì)表明，因?yàn)檎駝?dòng)形成的機(jī)械故障率高達(dá)60%，比較典型的就是在機(jī)組容量不斷擴(kuò)大的情況下，很多機(jī)組軸系會(huì)加長(zhǎng)。因?yàn)檎駝?dòng)信息中包含了十分豐富的信息，很多機(jī)械故障都能夠在振動(dòng)狀態(tài)異常中了解機(jī)械的真實(shí)情況。通過對(duì)信號(hào)分析技術(shù)的使用來診斷機(jī)械設(shè)備的故障，其主要就是將機(jī)器振動(dòng)作為信息源，在機(jī)器設(shè)備工作運(yùn)行時(shí)，經(jīng)過振動(dòng)參數(shù)的變化趨勢(shì)來對(duì)機(jī)械設(shè)備的運(yùn)行情況進(jìn)行判別，進(jìn)而找出故障發(fā)生的位置，在此基礎(chǔ)上做好相關(guān)的維修工作[1]。

2 信號(hào)分析在機(jī)械設(shè)備中的實(shí)際應(yīng)用

在對(duì)機(jī)械設(shè)備進(jìn)行診斷的時(shí)候，機(jī)器狀態(tài)的評(píng)價(jià)是一個(gè)關(guān)鍵的環(huán)節(jié)，主要是依據(jù)振動(dòng)標(biāo)準(zhǔn)或者是方式對(duì)機(jī)器的狀態(tài)進(jìn)行判斷，這樣能夠?yàn)樵O(shè)備的正常運(yùn)行和維修提供可靠的依據(jù)。因?yàn)闄C(jī)器振動(dòng)特性之間有很大差異，在相似運(yùn)行狀態(tài)下機(jī)器振動(dòng)水平會(huì)有很大差距。而經(jīng)過對(duì)振動(dòng)信號(hào)分析，能夠精準(zhǔn)有效的檢查出機(jī)械設(shè)的故障位置，進(jìn)而做好針對(duì)性的維修工作。

2.1 信號(hào)時(shí)域分析

信號(hào)波形是一種物理量隨著時(shí)間變化的關(guān)系，信號(hào)在時(shí)域中的變化或者是分析就被稱為時(shí)域分析，例如一些信號(hào)波形的最大值或者是最小值等。為了精準(zhǔn)地判斷機(jī)械設(shè)備的狀況，對(duì)其故障進(jìn)行有效的診斷，必須要對(duì)設(shè)備狀態(tài)相關(guān)的物理量進(jìn)行了解，要掌握其中物理量隨著時(shí)間變化的規(guī)律。時(shí)域分析法采用的是直接在時(shí)間域中對(duì)系統(tǒng)進(jìn)行分析的方法，具有直觀和準(zhǔn)確的優(yōu)點(diǎn)。傳遞函數(shù)和微分方程都能求出系統(tǒng)輸出量的時(shí)域解析式。其中初值為零時(shí)一般采用傳遞函數(shù)法，其根據(jù)閉環(huán)系統(tǒng)傳遞函數(shù)的極點(diǎn)和零點(diǎn)間接的評(píng)價(jià)系統(tǒng)的性能指標(biāo)，同時(shí)也被稱為復(fù)頻域分析。這種方式的優(yōu)勢(shì)在于信息量比較大，可以直接看出波形的變化規(guī)律。

2.2 信號(hào)頻域分析

我們通過對(duì)幅頻特性的評(píng)價(jià)，來推導(dǎo)系統(tǒng)性能的思路叫作信號(hào)頻域分析，通過用傳遞函數(shù)或微分方程以及實(shí)驗(yàn)測(cè)定來求得控制系統(tǒng)于不同頻率的正弦函數(shù)作用中輸入信號(hào)和輸出信號(hào)間的關(guān)系，這種關(guān)系描述出的數(shù)學(xué)模型能夠反映出正弦信號(hào)作用下系統(tǒng)響應(yīng)的性能，因而被稱為頻率特性。頻率特性和傳遞函數(shù)一樣，可以用來表示線性系統(tǒng)或線性環(huán)節(jié)的動(dòng)態(tài)特性。由于整個(gè)方法建立在頻率特性分析的基礎(chǔ)上，可間接地揭示系統(tǒng)的時(shí)域性能，因此這種方法能夠方便地顯示出系統(tǒng)參數(shù)對(duì)系統(tǒng)性能的影響，利用頻域方面的特征對(duì)系統(tǒng)進(jìn)行分析，因此獲得了廣泛的應(yīng)用。頻譜分析也是機(jī)械設(shè)備故障診斷中使用最多的一個(gè)信號(hào)處理方式，在這其中使用最廣泛的就是傅里葉變換，其能夠把復(fù)雜的信號(hào)分解成為有限或者是無限個(gè)頻率的簡(jiǎn)諧分量。動(dòng)態(tài)信號(hào)頻率中的幅值、相位以及功率和頻率的關(guān)系表達(dá)就是頻譜。頻譜圖形有離散和連續(xù)兩種類型，經(jīng)過頻域分析還能夠?qū)ο到y(tǒng)傳遞性進(jìn)行研究，還能夠?qū)ο到y(tǒng)輸出和輸入的關(guān)系進(jìn)行分析。

2.3 趨勢(shì)分析

趨勢(shì)分析也就是對(duì)機(jī)械設(shè)備關(guān)鍵位置的量級(jí)進(jìn)行定期巡查或者是實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)，在這之后對(duì)其中一段頻率或者是幾個(gè)頻率分量做出趨勢(shì)曲線，這其中最關(guān)鍵的就是極值和時(shí)間。在曲線做出之后，要把此曲線在時(shí)間的基礎(chǔ)上往外推，這樣能夠計(jì)算出機(jī)械設(shè)備在什么時(shí)間會(huì)達(dá)到危險(xiǎn)極限，或者是對(duì)機(jī)械的壽命進(jìn)行估計(jì)。經(jīng)過這種監(jiān)測(cè)和診斷方式，可以讓工作人員決定在什么時(shí)候停機(jī)，以及在什么時(shí)間進(jìn)行檢修。趨勢(shì)分析主要是對(duì)機(jī)械設(shè)備的振動(dòng)監(jiān)測(cè)，在振動(dòng)監(jiān)測(cè)中經(jīng)常使用的有振動(dòng)電平值、轉(zhuǎn)速振平圖以及響應(yīng)譜等相關(guān)的檢測(cè)方式。在各種不同的趨勢(shì)分析方式中，振動(dòng)時(shí)域信號(hào)峰值是最為常用的一種，同時(shí)也是最方便的一個(gè)指標(biāo)。在實(shí)際工作中，只需要使用簡(jiǎn)單的硬件就能夠?qū)Ψ逯颠M(jìn)行連續(xù)性的在線監(jiān)測(cè)，對(duì)機(jī)械設(shè)備的狀況進(jìn)行實(shí)時(shí)觀測(cè)與控制，為后續(xù)的診斷、維修和保養(yǎng)等相關(guān)工作打好堅(jiān)實(shí)的基礎(chǔ)[2]。

3 結(jié)束語

隨著科學(xué)技術(shù)的不斷提高，“機(jī)械工程化”、“人工智能化”等大發(fā)展趨勢(shì)已經(jīng)變得越來越明顯，機(jī)械技術(shù)正與我們的生活變得息息相關(guān)。對(duì)機(jī)械設(shè)備進(jìn)行分析的信號(hào)分析技術(shù)的發(fā)展成為了今后機(jī)械工程領(lǐng)域中必不可少的一環(huán)。通過對(duì)信號(hào)分析的理論解釋及趨勢(shì)研究，本文初步總結(jié)了信號(hào)分析理論的發(fā)展現(xiàn)狀，也積累下了一定的基礎(chǔ)認(rèn)知，然后介紹了時(shí)域分析與頻域分析在機(jī)械設(shè)備中的應(yīng)用情況。本文將信號(hào)分析技術(shù)在機(jī)械設(shè)備中的應(yīng)用進(jìn)行了歸納，為研究者進(jìn)行深入研究奠定了基礎(chǔ)。

參考文獻(xiàn)

[1] 史偉峰.振動(dòng)信號(hào)分析在冷軋廠常見設(shè)備故障診斷中的應(yīng)用[J].工程技術(shù)：引文版，2016，（5）：00147-00147.

[2] 趙宣銘.機(jī)械故障診斷的信號(hào)處理方法：頻域分析[J].時(shí)代農(nóng)機(jī)，2017，（10）：96-96.