軸承機械故障聽診器校準(zhǔn)方法研究

韋家揮

（廣州廣電計量檢測股份有限公司，廣州 510656）

        摘  要：采用標(biāo)準(zhǔn)振動臺激勵軸承故障聽診器的振動傳感器的方式來向軸承故障聽診器發(fā)送校準(zhǔn)信號，同時在耳機輸入端接入頻率計來測量實際頻率示值使得主觀測聽的聲音信號客觀定量化，提高了故障聽診器的檢測準(zhǔn)確度。

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

0 引言

        軸承機械故障聽診器（簡稱故障聽診器）是根據(jù)國外先進(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,便于對設(shè)備及早進(jìn)行維修,從而保證各設(shè)備的正常運轉(zhuǎn),避免由于設(shè)備損壞而造成巨大經(jīng)濟(jì)損失。機械軸承結(jié)構(gòu)缺陷通?？梢苑从吃谄湔駝犹匦陨稀Ｔ蚴菣C械軸承結(jié)構(gòu)在完好狀態(tài)下和出現(xiàn)故障狀態(tài)下，其振動特性會有明顯差異。通過對其振動信號進(jìn)行處理轉(zhuǎn)換成可測聽的聲音信號，可以得到對發(fā)動機工作狀態(tài)進(jìn)行判斷的有利信息。機械軸承故障的準(zhǔn)確診斷可提高設(shè)備安全性和可靠性，避免在運行過程中出現(xiàn)重大事故。然而，目前國內(nèi)尚未有相關(guān)的檢測標(biāo)準(zhǔn)和校準(zhǔn)規(guī)范來檢測或校準(zhǔn)軸承機械機械故障聽診器的準(zhǔn)確性和測量精度，所以如何確保軸承機械故障聽診器的測量精度成為當(dāng)務(wù)之急。

1 簡述軸承機械故障聽診器

        故障聽診器通常由振動傳感器、鏈接電纜、主機和耳機組成，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，將振動傳感器通過磁鐵吸附在需要檢測的部位，檢查人員佩戴耳機監(jiān)聽，確定機械設(shè)備在工作過程中是否有刺耳或異常的聲音信號出現(xiàn)，從而快捷地確定機械工作狀態(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)查詢和實驗數(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可測聽頻率范圍及可鑒別最小振動加速度幅值；②測量靈敏度調(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測振儀檢定規(guī)程》進(jìn)行檢查和校準(zhǔn)。本文主要通過振動激勵的方法來校準(zhǔn)故障聽診器的準(zhǔn)確性，校準(zhǔn)設(shè)備主要是由振動標(biāo)準(zhǔn)裝置完成，振動標(biāo)準(zhǔn)裝置由標(biāo)準(zhǔn)振動臺、功率放大器、信號發(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 可測聽頻率范圍及可鑒別最小振動加速度幅值校準(zhǔn)

        如圖1,將故障聽診器的振動傳感器與參考加速度計背靠背剛性地安裝在振動臺臺面中心位置，或?qū)⑵渑c振動臺內(nèi)裝傳感器同軸安裝，或與裝在振動臺臺面上附加固定裝置內(nèi)的參考加速度計同軸安裝。傳感器的輸出電纜應(yīng)固定合適，防止檢測時產(chǎn)生劇烈抖動、碰撞和摩擦現(xiàn)象，以免影響檢測結(jié)果。同時，在耳機輸入端接入頻率計，用來測量輸入耳機端的實際頻率。將振動臺振動信號頻率設(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)振動加速度幅值，直至在耳機上能清晰地分辨出特征聲音信號（簡稱特征信號），記錄頻率計的頻率示值和數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)上的振動加速度幅值，若振動加速度幅值調(diào)整到故障聽診器的振動傳感器最大可測量加速度值仍無法聽到聲音，說明故障聽診器在該頻率點無法工作。保持振動加速度幅值不變，改變振動信號頻率，以1/3倍頻程點從100Hz開始直至10000Hz，記錄各個頻率點的頻率計示值，最小可測聽振動加速度幅值和耳機監(jiān)聽情況。這樣檢查人員通過耳機監(jiān)聽可以直觀獲得故障聽診器的工作情況，通過頻率計測得的頻率示值，可測聽的最小振動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聽頻率范圍以及各頻率點的最小鑒別振動加速度幅值。若有需要，可對所有靈敏度檔進(jìn)行以上校準(zhǔn)步驟，測出各個靈敏度黨的可測聽頻率范圍。

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，將振動臺振動信號頻率設(shè)置為1000Hz，緩慢增加振動臺加速度幅值，直至在耳機上能清晰地分辨出特征聲音信號，記錄數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)上的振動加速度幅值，然后繼續(xù)增加振動加速度幅值，確認(rèn)特征聲音信號是不是隨著振動加速度幅值的增加而由弱變強。按照以上步驟，分別測出所有靈敏度檔能鑒別的最小加速度幅值以及確認(rèn)聲音的線性增強能力。

3 校準(zhǔn)注意事項

        使用振動比較法進(jìn)行校準(zhǔn)時，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。

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

（2）為了防止兩個傳感器的安裝表面之間發(fā)生相對運動，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，并且兩個安裝表面應(yīng)嚴(yán)格平行 。

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

4 校準(zhǔn)結(jié)果的不確定度來源分析

        通過多次實驗結(jié)果發(fā)現(xiàn)，使用振動比較法校準(zhǔn)故障 聽診器的測量不確定度來源主要有以下幾點：（1）振動標(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）實驗人員辨別聲音大小能力引入的不確定度。

5 結(jié)語

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

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