徐素江

摘要：介紹SPM檢測(cè)儀的原理、應(yīng)用、SPM對(duì)不同測(cè)試結(jié)果的原因分析及測(cè)試程序。

關(guān)鍵詞：SPM；沖擊脈沖；dBm/dBc；地毯值/最大值

1概述

為提升對(duì)動(dòng)設(shè)備的預(yù)防性維護(hù)管理水平，監(jiān)測(cè)動(dòng)設(shè)備尤其是滾動(dòng)軸承運(yùn)行狀態(tài)，避免重大的設(shè)備損壞，引進(jìn)了SPM沖擊脈沖測(cè)試儀-T30，利用該儀器可以對(duì)現(xiàn)場(chǎng)指定設(shè)備定點(diǎn)進(jìn)行定期測(cè)量，將數(shù)據(jù)通過(guò)通訊傳入電腦軟件，形成趨勢(shì)，掌握設(shè)備運(yùn)行狀態(tài)。

2 SPM沖擊脈沖dBm/dBc技術(shù)應(yīng)用于T30儀器原理

沖擊脈沖傳感器在一定測(cè)試周期內(nèi)，產(chǎn)生一連串不同幅值的電脈沖，這個(gè)測(cè)試周期約為2秒鐘。測(cè)試結(jié)果以分貝值dB度量，包含兩個(gè)測(cè)試值：

dBm（分貝，最大值）：一個(gè)測(cè)試周期內(nèi)的最大沖擊峰值。

dBc（分貝，地毯值）：大量弱沖擊信號(hào)的多次平均值，定義為地毯值。

最大值dBm及地毯值dBc值的測(cè)試單位是dBn（歸一化沖擊值）。

歸一化沖擊值dBn可直接評(píng)估軸承的故障狀態(tài)，因?yàn)閐Bn值是由軸承幾何尺寸和轉(zhuǎn)速進(jìn)行相關(guān)歸一化計(jì)算后得出的評(píng)估值。歸一化沖擊值dBn坐標(biāo)分成3個(gè)軸承狀態(tài)區(qū)：

0‐20綠良好狀態(tài)；

21‐34黃報(bào)警狀態(tài)；

35以上紅故障狀態(tài)；

以上兩個(gè)報(bào)警限值21dBn及35dBn，都是針對(duì)最大值dBm設(shè)置的。詳見(jiàn)下圖：

2.1地毯值dBc

沖擊脈沖產(chǎn)生于承載載荷的滾動(dòng)體與軸承滾道之間的接觸面。軸承表面在微觀下是凹凸不平的。軸承運(yùn)動(dòng)部件表面有油膜，軸承表面的凹凸不平會(huì)產(chǎn)生油壓的變化。同時(shí)，軸承表面的凹凸的尖峰會(huì)相互撞擊。以上兩種情況都會(huì)在軸承中產(chǎn)生壓力波‐即沖擊脈沖，其在軸承‐軸承座‐臨近機(jī)械部件等材質(zhì)中向外傳輸。

軸承的沖擊脈沖產(chǎn)生模式，及沖擊脈沖傳感器產(chǎn)生的沖擊信號(hào)，包含較弱的和較強(qiáng)的沖擊。

沖擊脈沖的強(qiáng)弱以分貝進(jìn)行度量。測(cè)試單位為dBsv（分貝沖擊絕對(duì)值）。

沖擊檢測(cè)儀器對(duì)沖擊信號(hào)進(jìn)行取樣采集并顯示兩個(gè)參數(shù)進(jìn)行度量，dBm及dBc。

2.2最大值dBm

dBm是在一個(gè)檢測(cè)周期內(nèi)所測(cè)到的最強(qiáng)沖擊值。

若軸承表面沒(méi)有損傷，則dBm和dBc的差值較小。

若dBm值較大，同時(shí)dBm和dBc的差值較大，則為軸承表面有損傷，或滾動(dòng)體與滾道之間有異物。

3 SPM軸承沖擊脈沖的應(yīng)用

3.1軸承壽命發(fā)展的三個(gè)階段

定期進(jìn)行沖擊脈沖測(cè)試，從安裝好到損壞，在軸承的整個(gè)壽命周期中，可以跟蹤監(jiān)測(cè)軸承的運(yùn)行健康狀態(tài)。趨勢(shì)圖展示了一個(gè)軸承壽命周期中dBm的發(fā)展變化（軸承正確安裝、良好潤(rùn)滑條件下）。

沖擊值dBm的持續(xù)變化反映出軸承金屬疲勞磨損狀態(tài)。

0‐20綠運(yùn)行良好；

21‐34黃運(yùn)行狀態(tài)變差；

35以上紅故障運(yùn)行狀態(tài)；

3.2軸承壽命曲線

沖擊測(cè)試值的的微小波動(dòng)是正常的，原因可能是溫度及載荷的變動(dòng)、加油潤(rùn)滑、設(shè)備及軸承的工況改變等。

對(duì)于損傷的軸承，新剝落的金屬顆粒會(huì)產(chǎn)生沖擊值的大幅增加，而當(dāng)缺陷（麻坑等）被磨平后，沖擊值又會(huì)回落。

沖擊脈沖的趨勢(shì)跟蹤及其變化水平是軸承更換的重要依據(jù)。沖擊值處于黃區(qū)及紅區(qū)的軸承，其測(cè)試周期應(yīng)比處于綠區(qū)的軸承縮短。

4 SPM技術(shù)維護(hù)方法

4.1測(cè)試周期

0‐20綠運(yùn)行良好軸承：1‐3月；

21‐34黃運(yùn)行狀態(tài)變差軸承：幾天或一周（當(dāng)沖擊值處于穩(wěn)定狀態(tài)，測(cè)試周期可延長(zhǎng)）；

35以上紅故障運(yùn)行狀態(tài)軸承：頻繁監(jiān)測(cè)，計(jì)劃更換軸承。若沖擊值突然大幅增長(zhǎng)，應(yīng)立即停機(jī)檢查更換軸承。

4.2初始值dBi

軸承狀態(tài)中級(jí)脈沖評(píng)估坐標(biāo)以為初始值dBi基準(zhǔn)，直接針對(duì)軸承的工況進(jìn)行狀態(tài)評(píng)估。

初始值dBi根據(jù)軸承的轉(zhuǎn)速及軸承內(nèi)環(huán)的內(nèi)徑計(jì)算得出。

測(cè)試單位是歸一化沖擊值dBn，其可直接評(píng)估軸承的運(yùn)行狀態(tài)，

綠-黃-紅

dBi：初始值；

dBc：地毯值（若脈沖）；

dBm：最大值（強(qiáng)脈沖）；

dBn：沖擊歸一化值；

dBsv：沖擊絕對(duì)值；

4.3 SPM的測(cè)試方法

在軸承座上測(cè)試沖擊脈沖：越靠近沖擊源檢測(cè)到的沖擊脈沖信號(hào)越強(qiáng)。沖擊信號(hào)通過(guò)所有的機(jī)械材質(zhì)進(jìn)行傳播，但是，隨著傳輸距離的擴(kuò)大及經(jīng)過(guò)各部件的接觸面，用沖擊脈沖傳感器在軸承座上或其附近進(jìn)行測(cè)試，找到最強(qiáng)的沖擊信號(hào)來(lái)源。

相鄰軸承的測(cè)量：相鄰軸承的沖擊信號(hào)可能會(huì)互相干擾，特別是當(dāng)兩個(gè)軸承在一個(gè)軸承室，如齒輪箱，可以比較每個(gè)軸承的沖擊脈沖讀數(shù)，找出最強(qiáng)的沖擊來(lái)源。

5通過(guò)SPM測(cè)試對(duì)不同結(jié)果的原因分析

一旦被測(cè)軸承的沖擊測(cè)試值確認(rèn)為軸承故障狀態(tài)，仍然不能肯定就是軸承本身的故障。

軸承損壞只是其中的一個(gè)可能的因素。其他引起強(qiáng)沖擊的因素還有：軸系不對(duì)中、軸承潤(rùn)滑不良、潤(rùn)滑油液污染等，這種情況下進(jìn)行軸承更換就是一個(gè)錯(cuò)誤。

5.1 SPM測(cè)試完好軸承形態(tài)

沖擊脈沖測(cè)試形態(tài)就是在地毯形態(tài)的弱沖擊（地毯值dBc）之上，有一連串的隨機(jī)或有節(jié)奏的強(qiáng)沖擊信號(hào)（最大值dBm）。

沖擊脈沖測(cè)試形態(tài)有三個(gè)特征：首先是最大值dBm；其次是最大值dBm與地毯值dBc之間的差值；再次是強(qiáng)沖擊信號(hào)的節(jié)奏韻律。

可以在沖擊測(cè)試儀器上設(shè)置略低于最大值dBm幾分貝的門檻值，通過(guò)耳機(jī)進(jìn)行監(jiān)聽(tīng)沖擊脈沖的聲音信號(hào)，這是辨別沖擊信號(hào)節(jié)律的最好方法。好軸承的典型沖擊脈沖形態(tài)是有較低的地毯值dBc，最大值dBm小于20，沖擊節(jié)律是一連串的隨機(jī)強(qiáng)脈沖信號(hào)。

5.2 SPM測(cè)試損傷軸承形態(tài)

有損傷的軸承或潤(rùn)滑液中有污染顆粒的軸承，沖擊脈沖形態(tài)是dBm較高（大于35），最大值dBm與地毯值dBc之間的差值較大，沖擊節(jié)律是一連串的隨機(jī)強(qiáng)脈沖信號(hào)。這種情況下，最大值dBm與地毯值dBc之間的差值總是很大，最大值dBm的大小與軸承表面的損傷程度有關(guān)。

5.3 SPM測(cè)試軸承潤(rùn)滑不良形態(tài)

潤(rùn)滑不良軸承有高的地毯值dBc，并非常接近最大值dBm。軸承加潤(rùn)滑油后，沖擊值會(huì)大幅下落。

5.4 SPM測(cè)試泵汽蝕形態(tài)

泵的汽蝕或運(yùn)動(dòng)部件的磨碰產(chǎn)生的沖擊脈沖形態(tài)與軸承潤(rùn)滑不良的沖擊形態(tài)一樣。這種情況下產(chǎn)生的沖擊信號(hào)不受加潤(rùn)滑的影響，并且軸承座外面的沖擊信號(hào)通常比在軸承座上的信號(hào)更強(qiáng)。見(jiàn)

5.5 SPM測(cè)試磨碰形態(tài)

有節(jié)律的沖擊峰值是干擾信號(hào)的標(biāo)志。運(yùn)動(dòng)部件的磨碰產(chǎn)生周期性的連串沖擊峰值，如旋轉(zhuǎn)軸與軸承室或油封的磨碰。沖擊峰值的頻率與軸轉(zhuǎn)速頻率相關(guān)。

5.6 SPM測(cè)試載荷沖擊形態(tài)

設(shè)備正常運(yùn)行中載荷或壓力沖擊可能會(huì)產(chǎn)生單一的沖擊峰值。如破碎機(jī)、沖壓機(jī)等設(shè)備上都會(huì)測(cè)試到這類沖擊形態(tài)。其他會(huì)產(chǎn)生單一沖擊峰值的原因有：閥門的開(kāi)閉、松動(dòng)部件的敲擊等。

5.7 SPM測(cè)試正常的沖擊值突然減小形態(tài)

連續(xù)測(cè)試中沖擊脈沖有較大的波動(dòng)是一個(gè)危險(xiǎn)信號(hào)。

如果在正常的沖擊測(cè)試讀數(shù)后，沖擊值突然下落至非常低的值，原因可能是儀器故障或傳感器故障。如果儀器是正常的，那原因可能是軸承滑套。

5.8SPM測(cè)試較高沖擊值突然減小形態(tài)

如果沖擊讀數(shù)是從較高的狀態(tài)下突然下落，甚至至0，則是軸承損壞。滾動(dòng)體不再滾動(dòng)，而是在滾動(dòng)上滑動(dòng)了。

5.9 SPM測(cè)試沖擊值不穩(wěn)定形態(tài)

若沖擊值在不同的時(shí)間測(cè)試時(shí)有較大的波動(dòng)，則軸承是在重載工況下并軸承表面已有損傷。其中，較高的測(cè)試值是由軸承表面剝落的金屬顆粒及新的麻坑造成的。等金屬顆粒及麻坑磨平后，沖擊測(cè)試值又會(huì)回落。

結(jié)束語(yǔ)

隨著SPM沖擊脈沖測(cè)試技術(shù)在現(xiàn)代工業(yè)生產(chǎn)中的應(yīng)用，提高了對(duì)動(dòng)設(shè)備檢測(cè)的預(yù)防性維護(hù)管理水平，對(duì)設(shè)備異常狀態(tài)能盡快發(fā)現(xiàn)，并進(jìn)行及時(shí)有效處理，極大的提高了裝置運(yùn)行的可靠性。

（作者單位：林德大化（大連）氣體有限公司）