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频谱细化在电机振动故障诊断中的应用50HZ


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频谱细化在 电机振动故 障诊 断 中的应用 
王祖珍 
摘要 在 日常机械故障诊断中, 采用 常规谱就能对设备的故 障进行分析诊 断, 但是 某些 电气故 障在常规 谱里无法识别, 易跟机  容 分析诊 断 
B  

械故障相混淆。介绍如何运用频谱 细化谱

对 电气故障进行识别诊 断, 以及 实际应用情况。  

关键词  电机故 障 频谱细化谱
中 图分 类 号 T 4  M3 6

文献标识码





电机 振 动 故 障 形 式 

6 /0 = 5 08 0 1 0转, 条谱线数 , 这样 的频谱 分辨率较 低 , 这就需要利  用 频谱 细化来进 行分析。 显然 , 需要对 电源频率 、 转子条通过频  率、 转速频率 的谐 波频率或极通过频率 的基频等本身作细化分 

电机振动故障主要有 以下 7种形 式。   () 1定子异常产生的电磁振动 ;   ( ) 隙不均匀引起 的电磁振 动( 隙不均匀 又分为两种 : 2气 气  
静 态 不 均 匀 和 动态 不 均 匀 ) ;  

析 。而且 在对 任何 电气故 障问题 进行频谱细化分析 时 , 都应该 、   采 用对 数幅值 , 这样才不会 丢失 环绕在诸 如 1 转速频率 、 × 电源  频率 或 2 电源频率尖锋两侧 的极通过 频率边带 ,而这 些极通  ×
过频率边带 的幅值虽然很小 , 但仍然是表示潜 在电气故 障问题  的信号 。  
三 、 规谱 和细 化 谱 的分 析 对 比  常 在 巡 检一 台机 泵 时 , 现 该泵 在 运转 时 电机 比较 响, 且 电机  发 而

() 3 转子导体异常引起 的电磁振动 ;   () 4 转子不平衡 产生的机械振动 ;   () 5 滚动轴 承异常产生 的机 械振动 ( 中包括滚 动轴 承的  其 损坏 、 加工 和装配不 良引起 振动 、 承非线性 特性引起 振动 力  轴 等等 ) ;   () 6 滑动轴承振动( 包括油膜 涡动 产生 的异常振动和油膜 振  荡产生的异常振动 ) ;   () 7 安装 、 调整不 良引起 的机 械振动 。   以上 7种形式的振动故 障中前 3种振动属于 电气 故障 , 后  4 种属于机械故障。  
二 、 如何 利 用 频 谱 细化 识别 电机 电气 故 障 和 机 械 故 障 


端的振动值也 比较大 , 4 6 m s振动损坏界限值 71 m s , 达 "m / 3 ( ,m /)得 

到如 图 1 所示频谱 图。该 机泵的有关参数如下 :  
6  

4  

般来说 , 在设 备 的 E常巡检 和故障诊 断 中 , 设备 的振  l 对

{  
宣  

动数据 采集 时 ,按 常规采 集定义 设置频 谱 的频带 宽 2 0 H , 0 0 z  8 0条谱 线数 就可 以了。对于所 需要 了解的转 速半倍频 、 0 1倍 

2  

频、 2倍频 、多倍频 以及滚动 轴承机械故 障特征频率 都能在 常 
规频谱图上反映出来 。但对于 电机来说 , 部分电气故 障的频  大 率成分反映在 电源频率 的 2倍频 即 10 z 而厂里绝 大部分 电  0H , 机的额定转 速在 2 7 r i 90/ n左右 ,它 的转速 2倍频 为 9 H 左  m 9z 右 , 电源 2倍频非常接近 , 和 只相差 1 z H 左右 , 所以在常规频谱  图上 , 很难分辨 出是转速 2 频还是 电源 2倍频 。而且 电气故  倍
0  

0  

10   O 0
H2  

2 o  o0

图 1 常规谱 图 
电源 频 率 f 0 z  ̄5 H   极对数 P 2 - =  电 机 转 速 n= 9 8/ i  M 2 7r n m

障的精密诊 断还要通过 转速 的倍 频及其 他特征 频率 的边 带来  分析故障 , 要求 频率分辨率 达到 2 — 2 0 10转/ 条谱线数 。而常规 
谱图( 频带 宽 20 H 、0 0 0 z8 0条谱 线数 ) 的频 率分辨率 只有 2 0 x 00  4Nls 司的 Z 4 0成形砂轮磨齿机  .i 公 e E0 Z E系列成形砂轮磨齿机是一种经济 型磨齿机 , 机床 的性价  比高。Z 4 0是该系列 中规格最小的一种 , E0 机床为立式 布局 , 安  装了磨削 内齿轮的磨头 , 并带有在机测量 系统 , 内齿磨头与测量  头 9。 0安装。该 机床的主要特 点有 : 将尾架立柱 与纵 向导轨 9 。 0 

转速频率_ 96   /  4 . Hz
不 同材 料 的 磨 削 。 在 SE E S 8 0 控 系统 上 集 成 了 Nls IM N  4 数 i 会  e

话式编程软件。以机床 坐标修整砂轮 , 机床结构更为简化。  
W 0 0 -2   7.7 2

作者通 联 :陕西秦 川机 械发 展股份 有 限公 司技术研 究 院 
7 0   21 09

放置, 打开圆弧 防护 门, 以方便地接近台面和磨头 。采用高精  可 度的电镀 C N砂轮 , B 获得高生产效率 ; 采用可修整砂轮 , 可适应 

E ma : iere2 0 @16cr - i m kgen o 5 2 . n l o 

[ 辑 编



其]  

一 . 筮 越 一 一。       至 .  

设 冒 与 修 27o 圆  置 理 维 0 7 0N 

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同步转速 n 10d = 00/ n s 2f P 3 0 r   = - mi 滑差频率 =  n ) 0 03 H   ( M/ = .7 z 6 极通过频率 f- .5 z  ̄o7 H   -

为极通 过频率 。 从而可以知道该电机故 障主要在电气方面 , 为进 


步给电机作精密诊断提供了依据 。  
四、 细化谱在电机故 障诊断 中的应 用实例  1乙二醇装置 P 0 A泵 电机故障诊断  . 7I

从图 1 可以看到 , 频谱反映的能量主要集中在 1 1 z , 0 H 处 达  到 3 6 m s同时还有 1 . m /, 2 倍频 、 3倍频 、 多倍频等频率分量。该 电 
机 的 转 速 为 2 7r i,转 频 为 4 .8 z 9 5/ n m 95 H ,转 速 的 2倍 频 是 

20 0 5年 1 6日, 月 乙二醇装置 P 0 A泵 ( O装载 泵 ) 7I E 电机 
异响 , 怀疑电机与泵之间的联轴器对中不良, 但经重新对 中异 响 

9. H , 电源的 2 97z 1 而 倍频是 10 z如果把该频谱 的能量作为转  0H 。
速2 倍频 的能量来考虑 , 该振源就应该是联轴器 的对 中不好 、 电 

并未消除。经过监测 , 发现泵 的两个轴承座 的振动幅值较小 , 而  电机轴承的振动 幅值较大 ,图 4 电机轴承测点垂直方 向的细  为 化谱 , 5为 图 4中 10 z 图 0 H 处放大图。  
6  

机轴承安装偏心等。而如果把该频谱的能量作为 电源 2 倍频 的   能量来考 虑 , 那振 源就 是来 自电气方 面 的 , 从转 子 、 子偏  要 定 心和气隙不均 匀等 电气故 障来分 析。所 以必 须要知 道这个频  率是转速 的 2 倍频 还是 电源 的 2倍频 ,两种 频率结论 能作 出  两种完全不同 的诊断结论 。如前所述 , 常规谱 图的频率分辨率 
只 有 10转/ 谱 线 数 ,无 法 分 辨 出 1 1 5 条 0 Hz的 能 量 成 分 中 

4  

鼍  
E  

9 .7 z与 10 z的频率 分量各 占多少 , 91H 0H 也就 无法作 出正确 的 
诊断结论 。  

2  

为 了能够准确地找出电机故障, 有必要对振动频谱进行细化 
分析。 因此, 对该电机 的采集定义修改为频带宽为 2 0 z 30   0H 和 20
0   0  
4   3   2   ∞、 E   基

1 0  0
1 Hz     0  

条谱 线 数 ,这就 使 细化 谱 的频率 分 辨率 达到 2 0 6/2 0   0 x 03 0 = 3 55 .   0转/ 71 条谱线数。 用细化谱采集的频谱图如图 2 图 3 图 2 。 为  
在 1 1 z 的局部放大图。 0H 处  
8  

图 4 7I  P 0 A电机轴承垂 直测点 的细化频谱 图 

6  

2 

90   0  0   50   1   00 1   50

1   00

11 0 

Hz   Hz  

图5  2倍频(0 H ) 10 z处放 大图 

图 2 细化谱图 

从 图 4 图 5上 可以看出振动 总幅值 达 46 m s没有超 标  、 . /, m ( . /)但电源的 2 ≤71 s , mm 倍频 (0 H ) 10 z分量值达 3 5 m s 已超  . m /, 8
标( 电源二倍频分量 ≤25 m /)而转速的 1 . ms。 4 倍频( 95 z和 2 4. )   H

6  

or 2 ,58m / ou(A) . ms 7  

倍频 (9 ) 9 Hz的值都较小 , 电源 2倍频两侧 出现边带。因此排除 
了联轴器不对中的可能 , 出了设备故障为电气原因 , 作 要求检修 

电机 。 检修 电机后重新开机 , 电机振 动幅值较小 , 无异响 , 运转正 
2  

9 . Hz2 ) . m / 9  ̄ ( x ,1 4 m s   7  
9  8 10 0 7 Hz 5  


常。  

0  

^  .   一 ^.
10 0  Hz   15 0  10 1 

2乙二醇装置 P 0 A泵电机故障诊断  . 4I

20 0 6年 6月 1 9日, 测得 乙二醇装置 P 0A泵振 动值较大 。 41   该 泵是 E O反应器 进料 泵 ,所 输送 的介 质 是 E H 0,转 速  O、  
27r n 功 率  9 8/ , mi

图3  2倍频处放大图 

15 W。测 点布  2k 置见 图 6 ,振 动  值见表 1  。 由表 1 可以 

从 图 2和图 3中可 以看出 ,总能量分布和 图 1 的常规图谱 

是一致 的,但可以从细化谱图 中 到常规谱 图中不能看到的频  得
谱边带 。以图 3为例说 明, 2倍电源频率( 0 H ) 10 z分量 58 m / . ms 7  

为主 , 转速频 率 (92 H ) 2倍 9 .5 z 分量 1 4 r s以及 两侧 9 .H   . mr 7 d 8 z 5 和 107  成 分的边带 , 0 .5Hz 它们之 间的频率差都是 0 5 , . Hz 7 正好 

看 出,电机前轴 
承 水 平 方 向 1  H 图 6 - 0 A泵测点布置   P 4 1

田 设 一 与 售 27o _ 理 维 0 7 0N 

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机械 故 障诊 断 中的信息处理 与误诊 关 系研 究 
赵 中敏 
摘要 机械故障诊断是人通过各种信息对机械状态实现正确判断和识别, 并作出决策的过程 。 机械状态的信 息特性对机械故障诊 

断起 重要作用 , 信息提取 不可靠、 信息处理不准确 、 信息的不完美都会导致误诊 , 究信 息特性对提 高故 障确诊率 , 高故障诊断  ̄-  研 提 s- q - 靠性具有 实际意义。   关键 词 故 障诊断
中 图 分类 号

信息特性 误诊
文献标识码

措施 
B  

T 86 G 0 

机械故 障诊断是应机器设备的不断完善 、复杂和 自动化 的  趋势而发展起来 的一 门学科 。 从方法学 的角度来讲, 机械故 障诊  断过程就是诊 断人员或系统对诊断对象的认识过程,是经过调 

用间接诊 断, 即通 过二次诊 断信息来 间接判断设 备 中关键零部 

件 的状 态变化 。而诊 断测试便 是获 取二次诊 断信 息必备 的关  键环节 。最 常见的是振 动测试 ( 位移 、 速度 、 加速 度 ) 和声音 测 
试。  
5   4   ∞、 量   E 3   2  

查研究 、 资料收集, 然后进行 分析综合 、 象概括 、 抽 逻辑推理判断,  
最后给出诊断决策结论的过程。 为一个复杂 的推理过程, 作 机械  故障诊断不可避免地存 在着诊 断决策结论 正确与否 的问题 , 即 
误 诊 的发 生总 是 难 免 的 。  


~  
1   0  

然而 , 由于各种原 因, 获取 的数据可能发生偏差。体现在 三 

方面 : ①数 据没有正确反 映客观存在 , ②数据 的信 噪 比低 , ③数 
据的不完备性。 如果把这些不准确的数据当成有效数据来分析 ,   则误诊 就很 可能发生 。   下 面就诊 断测试 系统 的一般组成 ,分析引起数据偏 差的几  个主要 因素。  



信 息 处 理 与误 诊 分 析 

1 . 信息提取不可靠与误诊 

机械故障诊断虽 分为直接 诊断和 间接诊 断, 由于受 到设  但
备结构和工作条件 的限制, 直接诊 断往 往难 以进行 。因而 , 多采 

() 1传感器 。 传感器是测试 系统 的第一道 “ 工序 ” 传感器安  。

的振 动数值达 到 
610 n s 振 动  . md ( 5
测 点 方 向 
1  

表 1  

mr s r  d

A  
2. 3   34 61 O .5   55 9 .9  

标 准 71 n s , . d) m  
从 图 7和 图 8  
测 点 

2  

10 6 .6  

2.4   60

16 9 .1  

的 频 谱 细 化 谱  上 看 ,在 电 机 1 和 1 H V测 点 处 ,电 源 的 2倍 频 分 量 达 到  4 6 d 和 42 m d ( . mns 5 .5 n s 电源 2 倍频 分量 振动标准是 2 4 d ) . mns , 5   都已经超标 ,同时两侧伴有边带 。而且 电源 2倍频 占了主要 成 
6  0 8  0 10 0 
H2  

1o 2 

10 4 

分, 其他频谱分量值较小 。 在数据 的采集过程 中看至 此点 的振动  0
幅值变化在 42 65 ns . . d 之间波动 , ~ r e 振幅 的波形是 正弦波形 , 仔  细听该电机发 出忽强忽弱的声响。 因此可得 出结论 :4 1 P 0 A泵电 

图 8 P 41   1   一 0 A V测点细化频谱 图  当时候检修 电机 。   频谱 细化谱在 电机故 障诊断 中具有非常重要的地位 ,是一  种 比较容易掌握 的振动分析法 ,该振动分析法在电机故 障诊断 

机振动值偏 大 , 电气故 障 , 动源主要 是 电磁振 动 , 是 振 要求在 适 
6  

中具有较强 的针对性及准确性 ,在设备故障诊 断中能够 比较快 
4 

速地找 出问题所在 ,有效地避免了在电机振 动诊断 中出现盲 目  

性及不 准确性 。该诊断方法是一种成熟可行 的电机振动故障诊 
断方 法 。  
2  

W0 . —3 70 2   7

作 者通 联 :广 东深圳 市福 田区景 田北 开元 大厦 2 0 4 4房 
0   0   5  0 10 0 
H2  

1o 5 

51 0   8 34

E- i: ma lmmwz 2 2 2 1 a o .o .a z 8 8 7 @y h oc r c   n

图 7 P 4 1  1   一0A H测点细化频谱 图 

[ 辑 编



其]  

~ 盏  釜  

  .

.兰 盐 

。 .  

设 管 与 值 27o 田  置 理 维 0 7 0N 


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