什么是振動監(jiān)測？振動監(jiān)測對工業(yè)設(shè)備有什么意義？

2023-04-17 15:39:17

振動是一種普遍存在的現(xiàn)象，對旋轉(zhuǎn)類設(shè)備①而言，絕大多數(shù)故障都與機械運動或振動密切相關(guān)。一臺設(shè)計合理、運轉(zhuǎn)健康的機械設(shè)備常規(guī)振動烈度也較低，但當其內(nèi)部零部件發(fā)生磨損、錯位、松動、密封不嚴等細微變化時，振動的能量就會隨之產(chǎn)生不同的變化，因此振動加劇是設(shè)備即將發(fā)生故障的重要標志之一，也是設(shè)備運維過程中判斷設(shè)備運轉(zhuǎn)健康與否的重要條件之一。

最早期的傳統(tǒng)工業(yè)設(shè)備運維，常常采用人工巡檢。手摸、耳聽，經(jīng)驗豐富的檢修師傅可以經(jīng)由聽音棒、壓力儀表等工具的輔助對設(shè)備運行情況進行判斷。后來，電子檢測輔助工具如筆式測振儀等，開始廣泛應(yīng)用在日常設(shè)備巡檢工作中，離線點檢成為工業(yè)維護的主流方式。用戶對振動的理解不再局限于人工判斷中簡單的“震感大、噪聲大、升溫高”，高頻振動監(jiān)測數(shù)據(jù)的挖掘在設(shè)備維護領(lǐng)域逐漸被人們熟知。

振動監(jiān)測是指應(yīng)用振動傳感器對機械設(shè)備振動信號進行采集、處理，并結(jié)合被監(jiān)測對象的歷史狀況，定位故障點位、分析故障原因的一種預(yù)測性維護手段，具有診斷直接、監(jiān)測實時和故障類型覆蓋范圍廣的特點。

可以理解為振動監(jiān)測為機械設(shè)備提供了一個反饋記錄，它可以捕捉并記錄設(shè)備的每一次微小振動數(shù)據(jù)。至今，振動診斷的理論和測量方法都已經(jīng)較為成熟，成為無損檢測技術(shù)②中最為常見、便捷、有效的機械故障的診斷技術(shù)手段之一。

近年來，隨著芯片技術(shù)及AI智能領(lǐng)域的快速發(fā)展，工業(yè)設(shè)備智能化也在傳統(tǒng)制造業(yè)遍地開花，智能振動傳感器的問世讓振動數(shù)據(jù)得到了更加深度、有效的挖掘利用，原始振動波形數(shù)據(jù)的采集分析為設(shè)備的故障預(yù)測帶來更多信息，讓振動監(jiān)測更為精密。

在深入了解振動監(jiān)測前，我們先來關(guān)注基礎(chǔ)核心名詞——振動。

振動是指物體相對于平衡位置所作的往復(fù)運動。機械振動是復(fù)雜的，而所有的復(fù)雜振動都可以看做是若干個不同特征值的簡諧振動的組合。

也就是說，利用頻譜分解的手段，我們可以將復(fù)雜振動分解為各個簡諧振動，此時的簡諧分量及其各自的振幅、頻率和初相位就叫作復(fù)雜振動的頻譜。

在物理學(xué)的定義中，振動三要素分別為振幅、頻率、相位。

△ 振動三要素間關(guān)系

1、振幅A（Amplitude）

在機械振動中，振幅是物體振動時離開平衡位置最大位移的絕對值，描述了物體振動幅度的大小和振動的強弱，分別可以用振動位移、振動速度、振動加速度值加以描述和計量。振動位移具體地反映了間隙的大小，振動速度反映了能量的大小，振動加速度反映了沖擊力的大小。

2、頻率f（Frequency）

頻率f是物體每秒鐘內(nèi)振動循環(huán)的次數(shù)，單位是赫茲（Hz）。振動按頻率范圍分，可以分為低頻振動f<10Hz、中頻振動f=10~1000Hz和高頻振動f>1000Hz。較為早期的故障特征通常也在較高頻率范圍內(nèi)發(fā)生。

頻率是振動特性的標志，是分析振動原因的重要依據(jù)。對旋轉(zhuǎn)機械來說，轉(zhuǎn)子每旋轉(zhuǎn)一周就是完成了一個振動過程，為一個周期，或者說振動循環(huán)變化了一次。在振動信號分析中，常將振動頻率與設(shè)備轉(zhuǎn)速做比較：1X表示與轉(zhuǎn)速頻率相等的頻率，稱之為工頻或基頻；0.5X表示半頻；2X表示二倍頻；3X表示三倍頻，依次后推。

△ 某電機軸系松動故障倍頻顯示

頻率分析是振動故障診斷領(lǐng)域最基本的工具之一，不同故障往往所對應(yīng)的頻率不同，所以故障特征頻率也是判斷故障的必要條件之一。

3、相位（Initial phase）

相位是在給定時刻振動體被測點相對于固定參考點的位置，單位是度（°）。

相位是振動在時間先后關(guān)系上或空間位置關(guān)系上相互差異的標志，例如同一部件不同位置處的振動或不同部件之間的振動。對于單通道的振動信號來說，相位僅僅反映了時間為零時的初始狀態(tài)；如果是多通道同步采集到的振動信號，相位就變得很有意義。相位的時序（即：信號先后的時序關(guān)系）反映了各路振動信號的傳遞路徑遠近，可以以此來確定振源。在復(fù)雜周期信號合成中，每一簡諧振動的初相位直接影響合成后振動信號的形態(tài)。

△ 一體式設(shè)備云盒，提供多通道同步采集

在上文我們提到，振動監(jiān)測的核心原理是通過分析振動圖譜來定位故障點位及原因。那么振動頻圖譜都有哪些？

速度、加速度作為振動的基礎(chǔ)要素，速度/加速度頻譜圖、速度/加速度波形圖則是振動分析的基礎(chǔ)圖譜。除此之外，還有趨勢圖、包絡(luò)譜圖等用以輔助判斷故障。下面我們來看一個軸承早期故障及潤滑不良案例中的實際圖譜匯總。

△ 常用圖譜

△ 加速度包絡(luò)譜圖，常用于軸承故障判斷

上述圖譜可以看出，在故障發(fā)生早期，振動便會產(chǎn)生變化，依賴于采集振動數(shù)據(jù)的準確性及完整性，再通過對圖譜的綜合分析，即可完成設(shè)備故障點位及原因的判斷，故障超前預(yù)警也就可以輕松實現(xiàn)了。先進的設(shè)備預(yù)測性維護解決方案提供商還會開發(fā)智能分析及診斷輔助工具等，為用戶提供更加直觀、便捷的振動監(jiān)測體驗。

工業(yè)設(shè)備智能運維的舞臺已經(jīng)隨著人工智能化及芯片技術(shù)的發(fā)展?jié)u漸拉開帷幕，振動監(jiān)測作為一種技術(shù)手段，其精準性及便捷性也在發(fā)生著日新月異的變化。無線技術(shù)、多軸振動采集、高防護等級、邊緣計算功能、私有化部署等等，用戶的需求也在不斷升級與更新，唯一不變的，是工業(yè)數(shù)智化變革的決心與方向。

釋義：

②無損檢測技術(shù)：是指在檢查機械材料內(nèi)部不損害或不影響被檢測對象使用性能,不傷害被檢測對象內(nèi)部組織的前提下，利用材料內(nèi)部結(jié)構(gòu)異?；蛉毕荽嬖谝鸬臒帷⒙?、光、電、磁等反應(yīng)的變化，以物理或化學(xué)方法為手段，借助現(xiàn)代化的技術(shù)和設(shè)備器材，對試件內(nèi)部及表面的結(jié)構(gòu)、狀態(tài)及缺陷的類型、數(shù)量、形狀、性質(zhì)、位置、尺寸、分布及其變化進行檢查和測試的方法。

編　　輯丨毛 娜

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