現(xiàn)代化生產(chǎn)對(duì)設(shè)備的依賴程度越來(lái)越高，實(shí)現(xiàn)設(shè)備安全、可靠、高效、低耗的運(yùn)行是產(chǎn)品質(zhì)量、生產(chǎn)安全和環(huán)境保護(hù)的重要保證。因此，加強(qiáng)對(duì)現(xiàn)代設(shè)備的管理具有 重大意義。設(shè)備檢修方式可以分為故障檢修、預(yù)防性檢修和預(yù)知性維修３類。

故障檢修是在設(shè)備故障后進(jìn)行的被動(dòng)檢修，已經(jīng)造成停產(chǎn)損失甚至生產(chǎn)事故，且由于缺乏設(shè)備運(yùn)行歷史數(shù)據(jù)，使維修具有盲目和不準(zhǔn)確性。

預(yù)防性檢修是按規(guī)定周期進(jìn)行的檢修方式，是目前避免障礙和事故的主要手段，但可能在設(shè)備還處于良好狀態(tài)時(shí)停機(jī)檢修，造成維護(hù)過(guò)度和資源浪費(fèi)。

從設(shè)備管理的發(fā)展趨勢(shì)看，采用設(shè)備狀態(tài)監(jiān)測(cè)與故障診斷技術(shù)作為重要手段的預(yù)知性維修已成必然。其主要目的是降低保障費(fèi)用，提高設(shè)備安全性、可靠性，以較少的維修投入，實(shí)現(xiàn)基于狀態(tài)的維修。隨著的儀器測(cè)量與分析技術(shù)、物聯(lián)網(wǎng)、云計(jì)算、 數(shù)據(jù)挖掘、人工智能等科學(xué)技術(shù)的發(fā)展，儀器系統(tǒng)的數(shù)字化、自動(dòng)化、集成化和網(wǎng)絡(luò)化水平不斷提升，近年來(lái)設(shè)備 狀態(tài)監(jiān)測(cè)和故障診斷技術(shù)的有效性和可靠性不斷提高， 獲得了廣泛工程應(yīng)用，在現(xiàn)代企業(yè)設(shè)備健康管理和預(yù)知 維修中起到越來(lái)越重要的作用。狀態(tài)監(jiān)測(cè)與故障診斷一般采用基于振動(dòng)的測(cè)量與分析，油液分析、紅外熱像、超聲探傷以及溫度、壓力析等 多種技術(shù)。其中，利用各種振動(dòng)傳感器和分析儀器獲得 振動(dòng)信號(hào)來(lái)獲取機(jī)械設(shè)備的運(yùn)行狀態(tài)并進(jìn)行故障診斷由于具有方便性、在線性和無(wú)損性等特點(diǎn)，成為目前比較常 用的方法。但是，在對(duì)低速旋轉(zhuǎn)設(shè)備診斷時(shí)，故障特征頻率被設(shè)備的共振和背景噪聲所覆蓋，傳統(tǒng)的振動(dòng)方法檢測(cè)不到 設(shè)備的工作頻率，而且低速旋轉(zhuǎn)設(shè)備有組件失效時(shí)對(duì)振 動(dòng)信號(hào)也影響不大。目前對(duì)應(yīng)力波理論的研究主要集中在土木建筑和交通施工領(lǐng)域?qū)Σ牧虾徒Y(jié)構(gòu)的應(yīng)用，雖然近年來(lái)也 有少量文獻(xiàn)表明有研究齒輪中應(yīng)力波傳播機(jī)理的成果， 但只限于測(cè)試技術(shù)探討及把結(jié)果用于算法驗(yàn)證，真正將應(yīng)力波檢測(cè)和分析研究成果應(yīng)用于工業(yè)設(shè)備狀態(tài)監(jiān)控和故障預(yù)測(cè)的還幾乎是空白。本文研究了一種基于應(yīng)力波分析的狀態(tài)監(jiān)控與故障預(yù)測(cè)技術(shù)，它實(shí)時(shí)測(cè)量運(yùn)行設(shè)備摩擦、沖擊和動(dòng)態(tài)載荷的 電子信號(hào)，這種高頻聲波傳感技術(shù)濾除了振動(dòng)和可聽噪聲的背景，通過(guò)時(shí)域和頻域特征提取軟件，采用基于神經(jīng) 網(wǎng)絡(luò)的數(shù)據(jù)融合技術(shù)，可以對(duì)設(shè)備狀態(tài)進(jìn)行定量分析和故障預(yù)測(cè)，定期提供設(shè)備健康診斷分析報(bào)告，為企業(yè)建立預(yù)知性檢維修體系。

應(yīng)力波技術(shù)是受到材料在外載荷作用下產(chǎn)生聲發(fā)射現(xiàn)象的啟發(fā)而開展研究。其基本思想是，采用驅(qū)動(dòng)器在復(fù)合材料表面激發(fā)應(yīng)力波，與此同時(shí)，傳感器在同一表面的其他一個(gè)或多個(gè)地方接收應(yīng)力波信號(hào)，并對(duì)應(yīng)力波信號(hào)進(jìn)行分析，據(jù)此對(duì)結(jié)構(gòu)中的損傷進(jìn)行監(jiān)測(cè)。結(jié)構(gòu)內(nèi)部的各種損傷會(huì)引起應(yīng)力集中、裂紋進(jìn)一步擴(kuò)展，這一過(guò)程伴隨著應(yīng)力波的散射和能量的吸收。

應(yīng)力波監(jiān)測(cè)原理

應(yīng)力波是指由失效組件之間的摩擦作用引起的表面波。金屬間的摩擦和磨損引起的組件表面不規(guī)則變形和斷裂都能夠產(chǎn)生應(yīng)力波，其頻率范圍在38kHz左右。測(cè)量使用的加速度傳感器經(jīng)過(guò)特殊處理后在32kHz至43kHz頻帶內(nèi)的信號(hào)將被放大數(shù)十倍，經(jīng)高精度采集儀采集后進(jìn)行數(shù)據(jù)處理即可獲得信息，從而進(jìn)行故障診斷和趨勢(shì)預(yù)測(cè)。

應(yīng)力波技術(shù)特點(diǎn)

1、診斷軸承的早中期故障,延長(zhǎng)預(yù)警時(shí)間。由于沖擊信號(hào)能量低,尤其是軸承早中期故障時(shí)期的信號(hào),常常被淹沒(méi)在背景噪聲中,采用普通振動(dòng)傳感器檢測(cè)到當(dāng)前沖擊信號(hào)的難度非常大。本方案采用應(yīng)力波傳感器,通過(guò)硬件和軟件的配合,保證傳感器在38kHz頻帶附近靈敏。與最初的應(yīng)力波信號(hào)相比,所獲得的信號(hào)被放大了近100倍。針對(duì)接收到的應(yīng)力波信號(hào)進(jìn)行分析,可得到含有故障信息的信號(hào)的周期和相應(yīng)的幅值，比照軸承的特征頻率,即可確定故障源。

2、使用應(yīng)力波傳感器測(cè)試軸承時(shí),不受其他振動(dòng)信號(hào)的影響。軸承一旦有故障發(fā)生,就會(huì)產(chǎn)生沖擊信號(hào),激勵(lì)起固有頻率的振動(dòng),沖擊脈沖過(guò)程如圖2-1所示，振動(dòng)響應(yīng)過(guò)程如圖2-2所示。一般情況下，軸承固有頻率頻率多在30kHz~40kHz之間。應(yīng)力波傳感器經(jīng)過(guò)特殊的機(jī)械和電路方面的處理,使其在傳感器的固有頻率處發(fā)生共振,將低頻振動(dòng)信號(hào)濾除,只保留高頻的信號(hào),即只對(duì)高頻的沖擊信號(hào)有響應(yīng)。因此,應(yīng)用應(yīng)力波傳感器對(duì)軸承進(jìn)行測(cè)試時(shí),可不受其他振動(dòng)信號(hào)的影響。

圖2-1脈沖響應(yīng)過(guò)程

圖2-2振動(dòng)響應(yīng)過(guò)程

3、基于研究表明，基于應(yīng)力波分析的低速故障診斷方法是一種比較有效的診斷低速滾動(dòng)軸承故障的分析方法，由于進(jìn)行多尺度分析和提取特征頻率時(shí)剔除了其它信號(hào)和噪聲的干擾，從而進(jìn)一步提高了信噪比

4、應(yīng)力波技術(shù)基于超聲波技術(shù)，可以檢測(cè)到故障早期的輕微損傷跡象。而此時(shí)溫度或振動(dòng)信號(hào)幅度尚小，因此采用溫度檢測(cè)或者振動(dòng)檢測(cè)技術(shù)還不能檢測(cè)到。

5、對(duì)應(yīng)力波數(shù)據(jù)進(jìn)行分析可以獲得設(shè)備趨勢(shì)化參數(shù)，使運(yùn)行人員了解設(shè)備損傷程度和惡化速度，預(yù)知故障將造成停機(jī)的時(shí)間。

6、應(yīng)力波技術(shù)不僅可以檢測(cè)設(shè)備故障，還可以確定此故障是否與生產(chǎn)流程有關(guān)，以及是否受操作過(guò)程影響。因此還可以為優(yōu)質(zhì)高效的生產(chǎn)控制流程提供有效的設(shè)備運(yùn)行基礎(chǔ)數(shù)據(jù)，為優(yōu)化生產(chǎn)作業(yè)提供數(shù)據(jù)支持。

應(yīng)力波技術(shù)發(fā)展前景

對(duì)于低速重載變槳軸承的故障診斷與監(jiān)測(cè)，暫無(wú)有效便捷的技術(shù)。應(yīng)力波技術(shù)在軋鋼機(jī)等重型機(jī)械上已有有效應(yīng)用，應(yīng)用此技術(shù)對(duì)風(fēng)機(jī)變槳軸承進(jìn)行監(jiān)測(cè)，為風(fēng)機(jī)健康監(jiān)測(cè)開辟了一條新的道路。對(duì)后續(xù)大型風(fēng)機(jī)尤其是海上風(fēng)機(jī)的故障預(yù)測(cè)、維修維護(hù)計(jì)劃制定提供數(shù)據(jù)支持。逐步積累監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)對(duì)后續(xù)大數(shù)據(jù)分析，加快智慧風(fēng)機(jī)的發(fā)展有巨大推動(dòng)作用。

森瑟科技應(yīng)力波傳感器產(chǎn)品

370A應(yīng)力波傳感器產(chǎn)品是一款測(cè)量高頻應(yīng)力波的IEPE加速度傳感器, 其特點(diǎn)是采用環(huán)形剪切模式的陶瓷晶體為敏感元件，具有長(zhǎng)期保持輸出穩(wěn)定的特性。此應(yīng)力波傳感器的內(nèi)部電路是在IEPE的兩線制系統(tǒng)上同時(shí)提供恒流源激勵(lì)和傳輸?shù)妥杩闺妷狠敵鲂盘?hào)，信號(hào)地內(nèi)部屏蔽，并與外殼隔離；同時(shí)信號(hào)放大電路設(shè)計(jì)考慮了極性反向保護(hù)。外殼采用激光焊接工藝以保 證產(chǎn)品的密封性；輸出連接頭采用標(biāo)準(zhǔn)的MIL-C-5015玻璃絕緣連接器以滿足不同環(huán)境下使用時(shí)輸出的穩(wěn)定性；370A應(yīng)力波傳感器通過(guò)1/4-28螺紋孔實(shí)現(xiàn)與被測(cè)對(duì)象的牢固連接和安裝。370A應(yīng)力波傳感器的主要特性在于高頻響應(yīng)(>10KHz)，通過(guò)放大諧振點(diǎn)的振動(dòng)信號(hào)捕捉機(jī)械設(shè)備磨損產(chǎn)生的應(yīng)力波信號(hào)，因此適合應(yīng)用于齒輪箱和軸承的早期磨損監(jiān)測(cè)。

特點(diǎn)：

? 高頻響應(yīng) ? 堅(jiān)固耐用 ? 高靈敏度 ? 金屬焊接密封 ? 外殼隔離 ? ESD防護(hù) ? 極性反向防護(hù)

? EMI/RFI屏蔽 ? 高分辨性

應(yīng)用：

? 設(shè)備監(jiān)控 ? 設(shè)備應(yīng)力波檢測(cè) ? 失效分析 ? 耐磨試驗(yàn)