矿用旋转机械两类故障的诊断与振动机理分析摘要：酋次将机械精密故障诊断技术应川于国内煤炭行业。指出矿川旋转机械常见故障主要为基础弱和轴系不対中，并对此两类故障机理进行了深入的阐述。实践证明，该精密故障诊断技术口J以有效地诊断出矿用旋转机械的常见故障隐患。关键词：振动机理；旋转机械；基础弱；不对中；精密故障诊断中图分类号：TH222.07文献标志码：B文章编号：0253-2336(2006)07-0056-04AnalysisondiagnosisandvibrationmechanismoftwokindfailuresforminerotarymachineryWANGZhan-hongl,ZHENGJi-guangl,XUANLiang-zhu2(1.ResearchInstituteofAutomaticControl,Xi'anJiaotongUniversity,Xilan/710049China;2.EquipmentmanagementCentre,ShendongCoalCompany,ShenhuaGroup,Shenmu719315,China)对现场机械设备进行故障诊断，口前较成熟的手段是振动分析，即通过采集设备运行时的振动信号，经FFT等信号处理后，再从时、频、幅、相域进行综合分析比较，得出故障部位和原因。现场采集的人量信号频谱图显示，多是以工频为主，其次是工频和2倍频共存现象。经过实践证明，出现这种频谱是由于设备基础弱和轴系间不对中所至，这在以前(没有使丿IJ精密诊断之前)是不容易识别的故障。木文对矿用旋转机械这两类常见但乂容易被忽视的故障机理进行阐述，对整个楮密诊断系统进行简单介绍，并结合工程实例对两类故障进行分析诊断。1基础弱和不对中故障振动机理1.1基础弱故障振动机理矿用现场设备一般都要女装在由水泥地板和钢板支架构成的专用基础上，基础弱是指该基础的刚度不足。基础弱的设备其振动频谱一般仅出现工频(设备的工作频率)。这是因为，从振动机理分析，任何转子系统总会有少量的质量不平衡，该不平衡会引起振动，基础刚度不足只是加剧了该不平衡所引起的振动幅度，而其本身并不会引起任何振动。转子系统简单力学模型如图1所示。整个系统可简化为质量为M的柱状转子放在无质量的弹性转轴上，转轴中心为0,转子儿何中心为O,不平衡质量为m,集中于P点，偏心距为e=PO',由于转子质量使转轴弯曲变形产生的扰度为r=00(,C为系统阻尼系数，K为支承刚度系数。当转子旋转时产生离心力F=meu>2分别为：Ft=meu)2(a)t-90°).=meoi'sin31由于此离心力的作川，使由转子和整个支承组成的系统发生强迫振动。其在水平和垂直方向的振动微分方程分别为：Mx+C,x+KjX=me(o2sin(-90°)水平My+C2y+K2y=mea/^sin垂氏式中，X,y分别为水平和垂直方向的振动位移，Cl,C2分别为水平、垂直方向阻尼系数,K1,K2分别为水平、垂直方向刚度系数。以上两式的特解分别为:x=(少■+90°)y-人尹in(-<f>)式中.倂为初相位.振細儿.沧分別为:___________________________丿+(g/My(1)(2)⑶_____________丿(K/M-+(aC/M)，从式⑴、(2)可以看出,振动频率为工频(U)/2TI)。从振幅的表达式(3)、(4)可以看出，支承刚度K越小，振幅越人。可见，在同等条件下，基础等支承物的刚度K不同，设备振动幅度会出现很大的差异。因此，当基础刚度不足时，工频振动的幅值就会很大，这便是基础弱的故障振动机理。1.2不对中故障振动机理各个机器转子Z间要协同工作，就必需将它们通过联轴器联结起来。在安装联结过程中，各转子轴线之间产生平行、角度或综合位移，即所谓的转子不对中⑵。绝对消除不对中是不可能的，但当不对中程度超过一定的量，会引起剧烈的振动，严車影响设备的运行寿命。下面主要分析齿式联轴器存在平行不对中时的振动机理。当转子轴线之间存在平行位移时，联轴器的中间齿套和半联轴器组成移动副，不能相对转动,但是中间齿套却与半联轴器产生滑动而作平而圆周运动，中间齿套的质心便以轴线间的位移量d为直径作恻周运动，如图2所示。(a)平廿不对中不慝K2不对中故障撮动机厚示意在图2b中，01,02分别为主从动转子的轴心投影，。为齿套质心。在转子转动过程中，由于两半联轴器均绕口己的轴心01,02转动，且分别和中间齿套啮合在一起，则两半联轴器在运动的同吋必然要求中间齿套的质心0迪绕其轴心01,02转动，因此，同吋要满足两个冋转中心要求的齿套质心0*便以d=0102为直径作平而圆周运动。由图2b很容易得出o'绕0的运动轨迹：x=^-sin...