基于包络解调技术冶金装备轴承故障诊断实例分析.pdf

第 2 期基于包络解调技术冶金装备轴承故障诊断实例分析李红卫（济钢集团国际工程技术有限公司，山东 济南250101）冶 金 与 材 料Metallurgy and materials第 44 卷 第 2 期2024 年 2 月Vol.44 No.2Feb.2024摘要：轴承作为冶金装备中不可或缺的重要部件，承担着传递力量、支撑旋转部件的重要任务。然而，由于长期负荷工作和环境因素的影响，轴承常常会出现故障，进而影响整个设备的正常运行，并可能导致重大事故的发生。因此，准确、快速地进行轴承故障诊断具有重要的现实意义。包络解调技术作为一种常用的信号处理方法，已经在轴承故障诊断中得到广泛应用。该技术通过提取信号中的包络信息，能够有效分离出轴承故障所产生的特征频率成分，从而实现对轴承故障的诊断和预测。本研究将基于包络解调技术，对冶金装备中的轴承故障进行详细分析，旨在探索准确、可靠的轴承故障诊断方法，为冶金装备的安全运行提供技术支持。关键词：轴承故障诊断；包络解调技术；冶金装备；特征分析；信号提取作者简介：李红卫（1986），男，山东济南人，主要研究方向：冶金及焦化机械设备。冶金装备在工作过程中，轴承作为重要的运动部件，具有负荷大、旋转快的特点。但由于工作环境的复杂性以及长期的运行磨损，轴承故障频繁发生，不仅会导致设备停止运行和大修，还会对生产效率和工作安全产生严重影响。因此，准确快速地进行轴承故障诊断和预警，对于提高设备运行的可靠性和安全性具有积极作用。1冶金装备轴承故障的特征冶金装备轴承在工业生产过程中起着重要的作用，其压力和任务十分繁重，恶劣的工作环境和高强度的使用需求，使轴承寿命也受到一定的影响。当轴承发生故障时，将严重威胁整个冶金装备的安全和正常运行。因此，了解和掌握轴承的故障特点就显得尤为重要。第一，声音异常。正常工作的轴承应该是平稳沉默的，但是当发生故障时会有一些声音变化，比如嘈杂刺耳，或有摩擦的声音。这是因为轴承摩擦表面接触异常，导致摩擦系数增大，从而产生异常声响咱1暂。第二，振动异常和温升异常。正常工作的轴承要振动平稳、温度适度。但是当轴承发生故障时，振动和温升就会发生相应的变化。异常振动表现为轴承的摆动或晃动，而异常温升可能表现为轴承表面的热量集中。利用专业的振动和温度传感器可以监测和记录轴承的振动和温升情况，并及时检测有无故障发生。第三，润滑油的污染和颜色的变化。正常工作的轴承需要一定的润滑油来保持正常的摩擦和较好的冷却效果。但是当轴承发生故障时，摩擦表面所产生的金属屑和杂质会污染润滑油。通过检测润滑油清洁度和颜色变化，可以初步判断轴承是否发生了故障，以便进一步分析故障的程度和类型。第四，运行不正常，可视损伤。当轴承发生故障时，该装置的运行状况会出现明显的异常现象，具体表现为轴承的卡滞、空转或停止转动。此外，肉眼观察检查还可以发现轴承的外观有可视损伤，如磨损、裂纹或脱落等。这些异常运行和可视损伤都是轴承故障呈现的明显特征，这使得工作人员能够对故障的成因和程度进行准确地判断和诊断。冶金装备在工作中，轴承故障是常见的，也是很难避免的。因此，了解和掌握冶金设备轴承故障的特征，对于保证设备的安全运行，延长设备的使用寿命有着十分重要的作用。针对异常声响、振动和温升、润滑油污染和颜色变化以及运行和可视损伤等特征做出准确判断和诊断，可以及时采取有效的维修和保养措施。认识冶金装备轴承故障的特征，不仅需要专业知识和经验的支持，更需要用心去观察和感受。只有掌握了这些特性，才能更好地保护和维护冶金装备，为工业生产顺利进行提供有力保障。2包络解调技术理论在现代通信领域中，包络解调技术是一种重要的调制解调技术，其原理是从调制信号中提取包络信息。通过解调包络信息，可恢复原始信号，实现信息传递和加工。包络解调技术在无线通信、音频信号处理、图像处理等领域有着广泛的应用前景。包络解调技术的原理是根据信号的调制特性，最常用的调制方式有幅度调制（AM）和频率调制（FM）。包络解调技术可以分为包络提取和信号恢复这两个关键的步骤。其中，包络提取可以通过多种方式实现，其中一种常见的方法是利用包络检测器，对调制信号进行滤波处理，只保留信号的幅度变化部分。通过包络提取，可得到调制信号的包络73冶金与材料第 44 卷信息。信号恢复是指利用包络信息对原始信号进行还原。利用包络信息，可还原出原始信号的幅度或频率咱2暂。实际上，包络解调技术常常和其他技术相结合，以满足不同的需要。以无线通信为例，包络解调技术可以与信道编码技术结合起来提高抗干扰性；在音频信号处理方面，包络解调技术可以与音频信号增强算法结合起来对音质进行增强。包络解调技术的原理是上述应用的基础。包络解调技术的基本原理是提取调制信号中的包络信息，恢复出原来的信号。这一技术在通信和信号处理领域有着重要的用途。深入理解包络解调技术的原理，可以更好地应用和创新这一技术，为信息传输和处理领域带来更大可能。3冶金装备轴承故障诊断实例轴承是否能正常运行对于保证冶金装备的安全平稳运行至关重要。由于各种原因，轴承往往容易出现故障，如磨损、破裂、脱位等。为了及时发现和解决以上问题，相关人员采用包络解调技术对轴承进行故障诊断。包络解调技术是在信号处理的基础上，通过对轴承振动信号中特征频率和倍频的提取进行轴承故障诊断的技术。本技术具有效率高、准确性好等特点，能够实现对轴承故障进行精确定位和判断。实例如下：冶金企业的生产线上，一台连铸机的轴承频繁出现异常，工作人员装上振动传感器，使其与采集设备相连接，并收集一段振动信号。然后记录连铸机运行时发出的振动信号，存入计算机。同时，利用专业信号处理软件解调出采集振动信号包络。通过该软件，能够清晰地看出振动信号包络频谱，并进一步分析和解释相关特征频率咱3暂。工作人员经多次试验和比较分析，在连铸机上发现轴承的振动信号中存在特征频率集中的区域，这表明轴承已经出现了磨损，并伴有程度不一的断裂。为找出轴承的具体故障位置，工作人员对连铸机进行了检查，发现在一组轴承的内环和外环之间出现了明显裂纹，这正是引起振动信号异常的根本原因。工作人员根据包络解调技术的分析，及时更换受损轴承等相关维护，连铸机恢复正常工作，生产线也恢复了稳定。该实例充分展示了包络解调技术在冶金装备轴承故障诊断中的应用价值。通过该技术，工作人员能够准确地判断轴承故障的类型和位置，提高了诊断的精确性和诊断效率，也为冶金装备的安全运行提供了有力保障。包络解调技术在轴承故障诊断中的实际应用，为冶金设备的检修和维护提供了重要的技术支持。4以包络解调技术为基础的冶金装备轴承故障诊断方法4.1提取轴承故障信号在冶金装备领域，轴承是关键机械元件，其正常运行对于设备运行的稳定性和可靠性有着至关重要的影响。但是由于长时间工作在高速旋转和重负荷工况下，轴承经常容易出现故障。因此，如何准确提取和有效诊断轴承故障信号，成为冶金装备大修运行管理中的关键问题。传统的轴承故障诊断方法一般是利用频谱分析的方法。但伴随着科技的不断进步和创新，以包络解调为核心的轴承故障诊断方法逐渐受到了重视。包络解调技术是一种先进的信号处理方法，它通过提取原始信号中的高频振动分量，有效地将轴承故障信号与背景干扰信号分离，从而实现准确的故障诊断。这种方法必须先将原始信号进行时域分析，得到振动信号的包络谱。然后，利用包络谱峭度、峰值因子等特征参数实现了轴承故障的识别和分类。提取轴承故障信号的过程并不简单，需要经过许多步骤。首先，应合理选择传感器布设位置，确保能够完整捕获轴承故障振动信号。接着，将采集的原始信号经过去噪、滤波等预处理来改善其质量与精度。然后利用包络解调算法对预处理后的信号进行解调，得到振动信号的包络谱。最后，通过对包络谱特征的提取和分析，得到了轴承故障的特征和诊断结果。与传统频谱分析方法相比，基于包络解调轴承故障诊断方法具有诸多优势，比如包络解调技术可以有效地去除背景干扰信号，提高故障信号的可辨识性。其次，该方法对于各种类型的轴承故障都具有很高的敏感性和准确性，在故障诊断的效果上具有明显的优势。此外，基于包络解调技术的轴承故障诊断方法具有实时性强、易于自动化、适应性广等特点，为冶金设备的运行和管理提供了新的思路和方法。基于包络解调技术的轴承故障诊断方法在冶金装备维护和运行管理中得到了广泛地应用。通过准确提取轴承故障信号和包络谱特征参数进行诊断分析，可以及时发现并解决轴承故障问题，提高了设备的工作效率和运行可靠性。4.2包络解调处理包络解调处理是信号处理中最重要的技术之一，被广泛应用于冶金设备轴承故障诊断中。它通过提取信号的包络特征，将高频成分和低频成分进行分离，从而实现对轴承故障的有效诊断。包络解调处理的基本原理是将原始信号经过包络检测技术，从包络信号中提取出来。具体而言，包络解调处理过程可以分为信号采集、包络检测和特征提取三个关键环节。冶金装备中的轴承故障诊断首先要对轴承的振动信号进行采集。常用的采集方式包括加速度传感器和振动传感器等。这些传感器能够精确测量轴承在工作过程中的震动情况，为后续的信号处理提供基础数据。其次，通过包络检测技术对采集到的振动信号进行包络提取。包络检测是通过分析信号幅度的74第 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期变化，能够捕捉信号的低频成分，将其与高频成分分离。它对于轴承故障诊断非常关键，因为轴承故障通常表现为低频振动。最后，通过包络信号的特征提取，提取出有用的特征参数，从而判断轴承是否失效。常见的特征参数包括包络峰值、包络均方根和包络峭度等。这些特征参数能够反映轴承振动信号的频谱特征，从而达到诊断轴承故障的目的。以包络解调处理技术为基础的冶金设备轴承故障诊断方法具有很多优势。其一是可以有效地将高频成分和低频成分分开，降低信号干扰的影响。另一种是因为包络解调处理可以提取振动信号的有用特征信息，因此可以更准确地判断轴承是否发生故障。此外，所提出方法实时性强、可靠性高，能够满足冶金装备轴承故障诊断的实际需求。基于包络解调技术的冶金设备轴承故障诊断方法是可行且高效的。它通过信号采集、包络检测和特征提取等手段实现对轴承故障的准确诊断。4.3分析故障频率成分分析故障频率成分是一种常用的故障诊断方法，它基于包络解调技术对冶金装备轴承的振动信号进行分析。轴承振动信号时域复杂，包含多个频率成分，且每个频率成分对应着不同的故障模式。通过对振动信号进行频谱分析，可以分析出故障频率成分，从而准确地判断出轴承故障类型。对故障频率成分进行分析时需要对轴承振动信号进行采样和预处理，包括去噪和滤波等。之后要通过傅里叶变换将时域信号转换为频域信号，得到频谱图。频谱图中峰值表示振动信号中频率成分，每个峰值对应故障频率。对于轴承故障的频率成分分析，需要一定的知识和经验。常见的轴承故障包括滚动体、内圈和外圈。每种故障类型均具有特定频率成分，如滚动体失效频率成分集中表现为滚动体自转频率及其倍频，内圈失效频率成分表现为内圈自转频率及倍频。通过对故障频率成分的分析，可以判断轴承故障的类型，并对故障的严重性做出进一步的判断。如果频谱图上出现明显的高幅值峰值，且频率接近轴承的特征频率，就可以判断轴承存在故障。另外，通过分析峰值形状和幅值的变化，可以初步判断故障的严重程度，包括故障的大小和发展趋势。4.4故障均值处理基于包络解调技术的冶金装备轴承故障诊断方法的一个关键就是对故障均值进行处理。故障诊断时，将获取的传感器数据处理，并提取有效特征信息对轴承故障的精确判断具有关键作用。故障均值处理方法是一种对传感器数据进行预处理的技术，通过对数据进行加工处理，可以提取出故障信号的有用特征，进而帮助工程师们更准确地判断设备的健康状态。冶金装备轴承故障诊断时故障均值处理至关重要，由于实际工作时轴承承受的载荷十分复杂且变化较大，含有各种故障信号，而包络解调技术正是将这些故障信号分离出来，并对其作进一步处理的有效手段。在故障均值处理过程中，需先将原始数据滤波，消除其高频噪声及无关信号，再通过包络分析方法可把信号变换成包络谱从包络谱中提取有用特征信息。这些特征信息主要有振动频率和振幅，能够反映轴承故障发生的具体情况。在处理故障均值时也可利用相关分析和小波分析来进一步提取有用特征，故障信号经处理后可获得故障均值集合，它们可为后续故障诊断与分析提供依据。故障均值处理并不单纯是技术手段，它更要求工程师必须具有丰富的工作经验与专业知识。对冶金装备轴承故障诊断而言，必须根据实际情况在故障均值处理中选取适当的方法与参数才能提取最精确的特征信息。处理故障均值的意义不可忽略，通过轴承故障信号的处理能够极大提高故障诊断的准确性与可靠性，有利于工程师及时地发现问题并采取适当的维修措施以确保冶金装备正常工作。5结束语文章以包络解调技术为背景，对冶金装备中的轴承故障进行了实例分析。研究证明，包络解调技术在轴承故障诊断中具有良好的应用前景和实际应用价值。通过准确地诊断故障，能够及时采取措施进行检修和维护，提高冶金装备工作的安全性和可靠性。在未来的研究中，还可以结合机器学习和人工智能等技术进一步完善和优化轴承故障诊断方法，从而实现智能化的装备健康管理。参考文献1 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