時域分析

1. 時域特征參數(shù)

通過對時域信號進行統(tǒng)計分析，得出時域特征參數(shù)，是進行故障診斷的有效方法。時域特征參數(shù)分為有量綱特征參數(shù)和無量綱特征參數(shù)。

時域振動信號在機組發(fā)生故障時會顯著變化，相應(yīng)的時域特征參數(shù)也會發(fā)生變化。采用有量綱指標進行故障分析時，得到的結(jié)果不僅與被測對象的運行狀態(tài)（是否發(fā)生故障）有關(guān)，而且與被測對象的運行工況（轉(zhuǎn)速、負載）有關(guān)。無量綱特征參數(shù)只與被測對象的狀態(tài)相關(guān)，對轉(zhuǎn)速、負載等運行參數(shù)的變化不敏感。

圖1 時域特征參數(shù)

2. 時域分析方法

通過時域特征參數(shù)可以進行初步的故障識別，但如果要對故障進一步定位和判斷故障的類型，需要對時域波形進行分析。

對時域信號進行分析，主要是觀察信號的周期成分。例如，當(dāng)齒輪出現(xiàn)局部故障時，在時域波形中表現(xiàn)為出現(xiàn)周期性的沖擊信號，且周期為齒輪的旋轉(zhuǎn)周期，通過振動分析軟件提供的邊頻游標，可以查看沖擊信號的周期，從而判斷發(fā)生異常的部件，如下圖所示：

圖2 時域波形圖

以某齒輪箱高速端軸向振動時域波形為例：

通過時域特征參數(shù)判斷：振動信號的能量（即加速度均方根）為5.209m/s²，數(shù)值偏高，峰值為27.413m/s²，處于較高的水平，可以初步判斷該部件異常。通過時域分析方法判斷：在時域波形中，可以觀察到很多等間隔的沖擊信號，通過振動分析軟件中提供的邊頻游標，可測得沖擊信號的間隔周期為0.033s，而0.033s為齒輪箱高速端齒輪的旋轉(zhuǎn)周期，因此可判斷為齒輪箱高速端齒輪出現(xiàn)異常狀況。

圖3 時域波形圖

頻譜分析

通過時域特征參數(shù)可以進行初步的故障識別，進一步對時域信號進行頻譜分析，可以了解信號頻率結(jié)構(gòu)組成及變化，以此來定位故障部位和判別故障類型。信號的每個特征頻率都有相應(yīng)的旋轉(zhuǎn)部件與之對應(yīng)，通過分析信號各頻率的幅值和相位信息，可以判斷設(shè)備運行情況。

設(shè)備故障診斷中，通過頻譜分析能獲得各軸轉(zhuǎn)頻，各齒輪副嚙合頻率及其高次諧波等頻率成分的幅值、相位大小，分析比較同一頻率成分下幅值的變化或者有無新頻率成分出現(xiàn)，可以判斷設(shè)備故障類型、產(chǎn)生原因及故障的劣化程度。頻譜分析是應(yīng)用最廣的旋轉(zhuǎn)機械故障診斷技術(shù)，很多故障診斷方法都是基于頻譜分析。在頻譜圖中可以通過分析頻率成分以及峰值大小找出引起部件振動的原因。例如對于低頻部分，主要與軸的轉(zhuǎn)頻相關(guān)。例如不平衡會引起所在軸1X轉(zhuǎn)頻幅值增加，不對中故障易導(dǎo)致所在軸2X轉(zhuǎn)頻的變化。

對于中頻部分，主要與齒輪的嚙合有關(guān)。一般來講，嚙合頻率占主導(dǎo)，同時會出現(xiàn)齒輪轉(zhuǎn)頻的邊頻。當(dāng)齒輪出現(xiàn)故障時，相應(yīng)的轉(zhuǎn)頻邊頻會出現(xiàn)邊頻次數(shù)增加和邊頻幅值的變化。

對于高頻部分，主要與軸承信號相關(guān)，由于軸承早期故障會激起高頻固有頻率，在信號中表現(xiàn)為軸承故障信號調(diào)制到高頻固有頻率，通過高頻解調(diào)分析可以解調(diào)出低頻故障信號。

以某齒輪箱振動測試為例：

在時域波形中出現(xiàn)明顯的沖擊，通過邊頻游標進行測量，發(fā)現(xiàn)沖擊信號的周期為高速軸旋轉(zhuǎn)周期。

圖4 時域波形圖

圖5 頻譜圖

進一步對頻譜進行分析，發(fā)現(xiàn)在1600Hz附近存在較多邊頻，邊頻間隔為高速軸轉(zhuǎn)頻18.752Hz。此時可以基本判斷出齒輪箱高速軸振動異常，可能出現(xiàn)高速軸齒輪局部損傷。