一、PeakVue 技术原理
Peakvue 技术是艾默生的专利技术(美***专利号:6889553),PeakVue 是捕捉给定时间间隔里时域波形峰值的振动信号分析方法。当出现金属之间发生摩擦或撞击时,就会产生应力波。早期的疲劳剥落、齿轮和轴承缺陷、摩擦磨损和冲击等等都会产生应力波。高级专利技术 PeakVue 正是采集和监测这些短暂的应力波,获得应力波的峰值及其出现的频率,并转换为频谱进行分析。对于一般的采样过程,采样时间间隔通常由分析带宽决定,遵循采样定理。对绝大多数分析仪或数据采集器来说该时间为(2.56×fmax)的倒数。然而,PeakVue 采用了高速采样技术,对于高通滤波后的信号每秒钟的采样点数量固定为 10 万个。之后再对这些峰值(波形)进行采样和处理,得到 PeakVue 波形和频谱。
二、PeakVue 技术的优点
相对于其他诊断技术如调制解调等,PeakVue 技术具有以下优点:
1、PeakVue 的时域波形真实反映了设备的冲击,从时域波形的幅值就可以判断出故障的严重程度;
2、跟踪 Peakvue 趋势就可以准确判断设备的故障是否严重,何时需要维修;
3、PeakVue 技术并不限于中频范围,它可以监测高速和极低转速(如每分钟几转的滚动轴承)的冲击故障,因此对于分析低速设备的轴承故障来说极为准确有效。
三、典型案例分析
该搅拌器是生产线上的关键设备,每天 24 小时连续运转。它的故障将导致生产中断一周以上,会给企业造成巨大损失。搅拌器由变频电机通过齿轮箱传动,齿轮箱 3 级变速,供应商提供了图纸,但没有标明齿轮箱的齿数与轴承型号。见下图 1:
图1设备结构图
2004 年 7 月 6 日在日常巡检时发现该齿轮箱和马达的噪音上升很大,于是通过 CSI2130 振动分析仪采集振动数据对其进行分析。图 2 为电机联轴器端振动频谱与波形,在该轴承的时域波形上可以明显的看到冲击存在,幅值约 4.4g,频谱上没有发现电机轴承的故障频率。图 3 为齿轮箱输入轴的振动频谱与波形,时域波形的冲击略低,约 1.9g 左右,由于没有齿轮与轴承的信息,我们在频谱上很难发现有价值的东西,除了在频谱的 2500HZ 左右有底部隆起外,这来自于齿轮啮合还是轴承缺陷?无从判断。
图 2,电机联轴器端普通振动频谱与波形
图 3,齿轮箱输入端普通振动频谱与波形
为了更准确地分析,我们再采集了 Peakvue 数据,见图 4 与图 5。图 4 为电机的 Peakvue 频谱与波形,从 Peakvue 波形看电机的冲击很低,约 0.9g,说明电机没有明显的轴承故障。图 5 为齿轮箱输入轴的 Peakvue 频谱与波形,从 Peakvue波形看,齿轮箱运转时存在着一定的冲击,约 6g 左右,在 Peakvue 频谱上发现102HZ 及其谐波,该 102HZ 是转速的 4.12 倍,并且在这些频率成分边上有转速的边带。那么这 102HZ 来自于哪里呢?基本可以排除齿轮啮合引起的振动,因为齿轮啮合频率肯定是转速的整数倍,而不是现在的 4.12 倍。轴承故障吗?由于幅值不是很高,所以我们决定继续跟踪。
图 4,电机的 Peakvue 频谱与波形
图 5,齿轮箱输入轴的 Peakvue 频谱与波形
2004 年 9 月 13,齿轮箱与电机的振动和噪音继续上升。我们继续采集了普通振动分析与 Peakvue 的频谱与波形,见图 6 与图 7。图 6 为普通振动频谱与波形,从加速度时域波形看齿轮箱的冲击很大,达 11g 以上,但频谱上没有明显的信息提示我们哪个设备出现问题。图 7 为齿轮箱的 Peakvue 频谱与波形,在Peakvue 波形上可以很明显地看出幅值调制现象,通常这种幅值调制现象是由于轴承内圈有缺陷引起的。
图 6,齿轮箱输入轴的普通振动频谱与波形
图 7,齿轮箱输入轴的 Peakvue 频谱与波形
2004 年 9 月 23 利用停机时间我们对齿轮箱输入轴进行检查,齿轮箱输入轴上的齿轮侧轴承已经明显损坏,转不太动。见图 8。
图 8,齿轮箱输入轴轴承照片
PeakVue 也是诊断齿轮箱故障的极好工具。使用 PeakVue 技术可以监测齿从正常到破裂的过程。齿的弯曲、变形会伴生应力波,PeakVue 可以采集到应力波。例如,PeakVue 曾防止了某罐头板生产线几天的生产停顿。事实上,PeakVue数据显示了齿轮箱的振动特征与常规方法采集的振动特征巨大不同。图 9 为齿轮箱的常规振动波谱。由于测试位置的限制,只能在输入轴的轴承处采集振动数据。图上显示了输入啮合频率及其谐波。因此建议检查输入齿轮啮合情况,如有没有磨损,但由于振动值很小,没有进行检查。但是 PeakVue 测量显示问题比较严重。图 10 为输入轴轴承处的 PeakVue 波谱。波形和频谱都显示齿轮箱输出轴振动占主导特征。波形振幅很令人震惊,特别是采集点位置距离输出轴有 3英尺!分析人员建议输出齿轮组应该立即检查。周末该齿轮组被更换,检查发现有两个齿的齿根部位有裂纹,见图 11,输入轴齿轮存在磨损和不对中现象。根据图 9 很难认为输出齿轮存在故障,更谈不上问题严重不严重。
图 9,齿轮箱输入轴的普通振动频谱与波形
图 10,齿轮箱输入轴的 Peakvue 频谱与波形
图 11,齿轮箱输出轴齿轮照片
四、结论
限于篇幅,其它案例就不再一一介绍了。总的来说,PeakVue 技术存在以下优点:
1、它能发现常规频谱不能发现的滚动轴承和齿轮故障;
2、能够发现早期滚动轴承和齿轮故障,并且对于故障的严重程度可以准确跟踪;
3、对监测和诊断的设备转速没有限制,可以准确诊断 10rpm 以下的极低速设备的滚动轴承故障。