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機械設備振動的應急處理探析

  隨著社會經濟的發展與科學技術的不斷提高，機械產品已經廣泛應用于人們的生產生活中。科技的進步推動了各行業的機械化程度的進步，在機械產品的生產中，機械設備的質量、性能、使用壽命等也日益得到了關注。

  機械振動是指物體或質點在其平衡位置附近所做得往返運動，機械設備振動是由于機械設備反復而有規律的動作所產生的。機械設備產生振動后，會造成一定的危害，使機械設備工作性能降低。一般只要機械的振動量（如位移、速度及加速度等）沒有超過允許標準范圍，那么其所受的傷害可以忽略。但是一旦機械設備出現不正常的振動或者振動幅度超過了允許范圍，機械設備將會產生較大的動載荷和噪聲。某些零部件由于受到附加載荷，磨損、疲勞、破裂等問題會加劇，對機械設備的工作壽命與工作性能產生了影響，嚴重的還會導致機械設備零部件出現故障或者提前失效，此時必須對振動信號進行采集。根據振動信號進行故障診斷，準確判斷出故障發生的原因與故障發生部位，采取應急措施處理機械設備的不正常振動 ，從而確保機械設備的正常運行，提高機械設備的工作質量與工作性能，延長其使用壽命，實現其經濟價值的最大化。

  1 機械設備振動產生的原因

  在實際的機械生產過程中，機械設備發生振動故障不盡相同。一般來說，常見的機械設備振動都與旋轉相關。本文對機械設備產生振動故障的原因進行分析：

  1.1 轉子的異常振動故障

  機械設備中的轉子由于受形狀不對稱、所用材料密度不均勻、加工或安裝時產生誤差等影響，導致其產生了徑向截面上的不平衡以及質量的分布不均勻問題，導致了轉子和轉軸之間的松動分離。當轉子轉動時，徑向各截面上存在的不平衡量就會產生離心力，且離心力的方向也會隨著轉子的旋轉而不斷進行周期性的改變，從而引發了異常振動，使轉子的旋轉中心位置不斷發生變化，產生振動故障，極易對支撐轉子轉動的軸承造成極大的磨損變形。

  1.2 電機的振動故障

  通常來說，發生電機振動故障的原因主要是電機在組裝時，轉子安裝的不對稱，或者轉子與定子之間的電壓不均勻、不穩定。當電機超長時間運行后，轉子鐵心與軸配合容易發生松動。轉子在磁拉力的作用下，二者之間容易開裂，導致轉子在高速旋轉的摩擦過程中，軸系出現松動，電機產生振動故障。當電機運行時振動強度值超出允許范圍，電機會發生強烈震動，且伴隨著較大的噪聲。此時如果任其發展，會導致電機的線圈燒毀、電機短路、軸承磨損嚴重等問題。

  1.3 齒輪傳動中的振動故障

  齒輪傳動是機械設備中最常使用的傳動機構。在齒輪的傳動過程中，由于齒輪的高速旋轉，一旦其波動幅度超過了允許范圍負載，就會導致齒輪在短時間內加速磨損。齒輪的磨損變形會導致齒輪發生異常振動，誘發振動故障。嚴重時會導致齒根的斷裂，影響機械設備的正常運行。

  1.4 滾動軸承的振動故障

  滾動軸承是機械設備中較常使用的傳動零件。滾動軸承在運作時，其內外圈的通過頻率必須要保持與標準值一致。一旦內外圈的通過頻率與標準值有差異，就會帶來滾動軸承的異常振動，加劇滾動軸承在短時間內的磨損變形程度。最終誘發機械設備故障，影響機械設備的安全使用。

  2 機械振動故障的診斷流程

  在長時間、高負荷運行下，機械設備極易出現各類故障，機械振動故障的診斷是利用檢測儀器對機械設備的原始振動信號進行采集，對檢測到的數據進行分析，對振動信號進行降噪處理，去除信號中夾雜的噪音雜質，提取關鍵的故障信息。然后參考機械振動故障的判斷標準，并與正常振動數據相互對比，最終形成數據報告，診斷出機械設備的故障發生原因。只有對故障進行清晰明確的判斷，才能提高機械振動故障判斷的準確性。應針對故障原因采取相應的處理措施，對機械設備進行科學合理的維修與維護，避免發生故障誤判問題，減少機械設備在使用過程中對機械產品生產帶來的損失。

  在實際的機械設備使用過程中，設備的管理人員和操作人員在面對設備工作狀態、檢測裝置、實際運轉、軸承類型等問題時，通常需要根據機械設備的工況，結合自己的工作經驗與專業技能，參考以往機械設備的維修標準，制定出適合自身工廠的故障判斷標準。該標準包括機械設備振動故障的頻率、幅度等物理參數標準，可作為后續故障診斷的標準參考。

  3 常見的故障振動診斷方法

  機械設備的振動伴隨著機械設備的運行而產生。可以說，只要機械設備在運行，就會產生機械振動。一般只要機械振動量（位移、速度及加速度）符合標準，未超過允許范圍，機械設備所受傷害可以忽略。但是一旦機械設備出現不正常的振動或者振動的幅度超過了允許范圍，機械設備將會產生較大的動載荷和噪聲。某些零部件由于受到附加載荷，磨損、疲勞、破裂等問題會加劇，會對機械設備的工作壽命和工作性能產生影響，嚴重的會導致機械設備零部件出現故障或者提前失效。因此需要對機械振動信號中蘊藏的故障信息進行深挖掘，及時診斷并準確判別出故障發生的原因，降低以振動加劇為征兆的故障事件發生的概率。

  機械設備振動診斷實際上是通過對采集的振動信號在三維圖上的時域、幅域、頻域進行信號處理與分析，以判斷出故障發生的原因，并找到故障發生的部位。目前，在國際上普遍使用的振動診斷方法主要包括[3]：

  3.1 波形分析法

  波形分析法是在時域與幅域上對振動信號進行分析，通過對信號波譜曲線的形態進行分析，提取表征曲線形態的參量，并以這些參量的相似性作為波譜相似性的測度。將這些參量與機械振動故障的判斷標準進行比照，從而判別出振動信號中隱含的故障原因，并對故障發生部位進行定位。

  波形分析法在振動診斷中的使用流程如下：（1）利用檢測儀器對機械設備的原始振動信號進行采集。（2）確定振動信號波形參量在時間域與幅值域上的分布，找到最大幅值。（3）分析并確定各諧波分量的頻率值。（4）計算振動信號波形的相位滯后與時間滯后。（5）根據波形的畸變狀況進行反演，計算得到真實的波形。（6）計算自由振動波形衰減系數與振動系統的阻尼值。（7）構建波形與實際物理現象二者之間的關聯關系網，構建機械設備在正常作用狀態的振動波與波形特征的關聯關系網。（8）通過相關分析，計算振動波形與機械設備在正常作用狀態的振動波形二者之間的相似度。

  3.2 頻譜分析法

  頻譜分析法是將時域信號變換至頻域，在頻率域內對動態信號加以分析的方法。其通過將復雜的時間歷程波形，經過傅里葉變換分解為若干單一的諧波分量，以獲得信號的頻率結構以及各諧波和相位信息，其分析的結果是以頻率為坐標的各物理量的譜線與曲線。目的是為解決消振、幅振等問題提供條件，幫助判別出振動信號中隱含的故障原因，并對故障發生部位進行定位。

  頻譜分析法在振動診斷中的使用流程如下：（1）計算動態振動信號中的各個頻率分布范圍。（2）計算動態振動信號的各個頻率在幅域上的分布情況與能力分布情況，獲得主要幅度與能量分布的頻率值。（3）對測試波形進行分析，計算其頻率成分與幅值，以校正測試波形。（4）頻譜分析得到頻率值、幅值、相位角以及各種譜密度，作為參數，以解決消振、幅振等問題。