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低速重型設(shè)備作為現(xiàn)代工業(yè)的關(guān)鍵設(shè)備，一旦發(fā)生事故將嚴(yán)重影響企業(yè)經(jīng)濟(jì)效益。針對(duì)目前國(guó)內(nèi)外以振動(dòng)監(jiān)測(cè)為手段來識(shí)別重載設(shè)備的早期故障，成功案例很少。本文結(jié)合聲發(fā)射檢測(cè)手段，研究聲發(fā)射信號(hào)在低速重載設(shè)備油液中的傳播和衰減特性，在低速重載設(shè)備故障診斷中的應(yīng)用方法。煉鋼轉(zhuǎn)爐屬于多柔動(dòng)低速重載設(shè)備，其早期的振動(dòng)信號(hào)十分微弱，轉(zhuǎn)動(dòng)頻率比較低，因此很容易被周圍相對(duì)幅度較大的低頻環(huán)境噪聲淹沒，無法獲得真正的故障信息。聲發(fā)射信號(hào)是發(fā)生故障結(jié)構(gòu)本身發(fā)出的高頻應(yīng)力波信號(hào)，頻率一般在20KHz以上，不受機(jī)械振動(dòng)和噪聲的干擾，因此，聲發(fā)射儀器能很好的獲得故障信息。目前聲發(fā)射檢測(cè)技術(shù)在大型故障診斷中的應(yīng)用還不是很成熟，相關(guān)文獻(xiàn)也較少，就目前的研究看聲發(fā)射檢測(cè)是振動(dòng)檢測(cè)較好的補(bǔ)充。將聲發(fā)射傳感器放置于油液中進(jìn)行聲發(fā)射的測(cè)量，主要是為了減少聲發(fā)射信號(hào)受到干擾，該研究尚處于起步階段，國(guó)內(nèi)外少有相關(guān)文獻(xiàn)、報(bào)道，本次的測(cè)試也是為基于聲發(fā)射在油液中傳輸下低速重載設(shè)備故障診斷起到鋪墊。

1聲發(fā)射原理

聲發(fā)射檢測(cè)技術(shù)是指用儀器檢測(cè)、記錄、分析聲發(fā)射信號(hào)和利用聲發(fā)射信號(hào)判斷聲發(fā)射源狀況是否正常的技術(shù)，其原理如圖1所示，從聲發(fā)射源發(fā)出的彈性波通過傳輸介質(zhì)（金屬、油液、空氣等）傳播到材料表面，傳感器將彈性波轉(zhuǎn)換為電信號(hào)，然后再經(jīng)放大、處理并被記錄下來。通過對(duì)采集到的信號(hào)進(jìn)行分析和處理，即可知道材料內(nèi)部的缺陷情況。聲發(fā)射信號(hào)主要處理方法有參數(shù)分析法、波形分析法，參數(shù)分析法為以基本的振鈴、能量、幅值等參數(shù)分析法為主，但是這些參數(shù)與原始信號(hào)比已經(jīng)損失了大量的信息，難以表征缺陷的本質(zhì)特性。在波形分析方面國(guó)內(nèi)外研究人員做了大量工作。I.Bashir通過建立理論模型模擬了直升機(jī)齒輪箱中滾動(dòng)軸承部件細(xì)微裂紋擴(kuò)展時(shí)發(fā)出的聲發(fā)射能量，可以實(shí)時(shí)檢測(cè)裂紋的擴(kuò)展過程，在軸承出現(xiàn)表面材料剝落前檢測(cè)出軸承故障。McFaddenP.D利用聲發(fā)射傳感器檢測(cè)低速運(yùn)轉(zhuǎn)狀態(tài)下的角接觸滾動(dòng)軸承信號(hào)，發(fā)現(xiàn)在低速運(yùn)轉(zhuǎn)時(shí)，聲發(fā)射傳感器能夠檢測(cè)到滾動(dòng)體集中載荷引起的聲發(fā)射信號(hào)。D.Mba等利用聲發(fā)射技術(shù)結(jié)合自回歸系數(shù)對(duì)軸承故障類型進(jìn)行辨別，取得了實(shí)效，但未見實(shí)例佐證。

2聲發(fā)射裝置的安裝

一般進(jìn)行聲發(fā)射檢測(cè)是將聲發(fā)射傳感器吸附于減速箱的表面，由于聲發(fā)射信號(hào)容易受到干擾，為盡量減少干擾應(yīng)該將聲發(fā)射傳感器放置于減速箱內(nèi)部，如有條件最好能放置于油液內(nèi)。想完成聲發(fā)射在油液中的檢測(cè)需要設(shè)計(jì)一種用于油箱內(nèi)部聲發(fā)射傳感器連接裝置，解決聲發(fā)射傳感器難以放置于設(shè)備齒輪內(nèi)部油液中進(jìn)行檢測(cè)的難題。該連接裝置需滿足不影響設(shè)備結(jié)構(gòu)及正常運(yùn)行，可以短時(shí)間將探頭從齒輪箱內(nèi)取出，而且在不影響正常的生產(chǎn)的基礎(chǔ)上滿足將聲發(fā)射探頭放入齒輪箱內(nèi)部，同時(shí)傳感器引線引出處用密封膠密封，可以防止設(shè)備周邊粉塵進(jìn)入，另外連接裝置的引線槽向下，還可以防止膠體及雜質(zhì)進(jìn)入齒輪箱中，具體結(jié)構(gòu)如圖2所示。

3設(shè)備參數(shù)

某鋼廠50噸轉(zhuǎn)爐在日常點(diǎn)檢中曾經(jīng)發(fā)現(xiàn)振動(dòng)值偏大的現(xiàn)象，該設(shè)備的一次、二次傳動(dòng)圖見圖3：該廠轉(zhuǎn)爐傾動(dòng)機(jī)構(gòu)1個(gè)二次減速箱以及4個(gè)一次減速箱組成，4個(gè)一次減速箱在二次減速箱四周呈對(duì)稱布置，圖2顯示了1個(gè)一次減速箱及二次減速箱的簡(jiǎn)圖。

4測(cè)點(diǎn)的選擇

為了對(duì)比聲發(fā)射信號(hào)在油液中與在減速箱外測(cè)試的區(qū)別選擇1#轉(zhuǎn)爐在兩個(gè)位置進(jìn)行檢測(cè)。2#、3#轉(zhuǎn)爐僅在減速箱外進(jìn)行測(cè)試。聲發(fā)射裝置放置于減速箱內(nèi)的現(xiàn)場(chǎng)如圖4所示。聲發(fā)射裝置放置于減速箱外的現(xiàn)場(chǎng)如圖5所示。

5數(shù)據(jù)波形分析

5.11#轉(zhuǎn)爐圖6顯示在軸承座進(jìn)行聲發(fā)射測(cè)量時(shí)沒有明顯的特征。圖7為在油液中進(jìn)行測(cè)量時(shí)的波形，幅值相對(duì)軸承座檢測(cè)比較大，分別出現(xiàn)了26.2ms和17.48ms的周期，即38.17Hz和57.2Hz（與Z3/Z4的嚙合頻率47.53H接近），說明1#煉鋼轉(zhuǎn)爐左下方一次減速機(jī)可能有隱患。

5.22#轉(zhuǎn)爐從時(shí)域波形可以看出具有明顯的周期性，周期為19.662ms，即50.85Hz，與Z3/Z4的嚙合頻率47.53H接近，說明2#煉鋼轉(zhuǎn)爐左下方一次減速機(jī)可能有隱患。

5.33#轉(zhuǎn)爐從時(shí)域波形可以看出具有明顯的沖擊性，幅值較大，并且前面周期性明顯，周期為21.847ms，即45.8Hz，與Z3/Z4的嚙合頻率47.53H接近，所以3#轉(zhuǎn)爐一次減速機(jī)右下方可能會(huì)有隱患故障。

6分析結(jié)論

1#轉(zhuǎn)爐左下方一次減速箱分別出現(xiàn)了26.2ms和17.48ms的周期，即38.17Hz和57.2Hz，與Z3/Z4的嚙合頻率47.53H接近，可能存在隱患故障。2#轉(zhuǎn)爐左下方一次減速箱出現(xiàn)了周期為19.662ms，即50.85Hz的周期信號(hào)，與Z3/Z4的嚙合頻率47.53H接近，說明可能有隱患。3#煉鋼轉(zhuǎn)爐右下方一次減速機(jī)出現(xiàn)了周期為21.847ms，即45.8Hz，與Z3/Z4的嚙合頻率47.53Hz接近，可能存在隱患故障。在1#轉(zhuǎn)爐上分別測(cè)試了聲發(fā)射傳感器在油液中與在減速箱外測(cè)試，可以看出在油液中的信號(hào)較為明顯，然而在減速箱外側(cè)的信號(hào)收到一定干擾故障特征不明顯。

作者：李海穎 單位：邢臺(tái)學(xué)院