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[理论方法] SPM技术的个人总结与心得体会(未完待续)

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发表于 2011-12-2 00:30 | 显示全部楼层 |阅读模式

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本帖最后由 wdhd 于 2016-4-14 09:50 编辑

  SPM的来历:1970年代,由于远洋航行对轮船的轴承使用寿命有很高的要求,必须保证轴承故障预警周期达到90天以上,世界最大的轴承制造商SKF研制出SPM冲击脉冲技术,随后该研发部门从SKF脱离,成立了SPM公司。其研发的dbm/dbc技术成为通用冲击脉冲技术,并没有申请成为专利。在国内的一些相关书籍也有介绍,同时也有一些公司生产过dbm/dbc的测试仪器。Dbm/dbc技术原理比较简单,测试方便,但抗干扰能力不强,在水泵、往复式等设备上检测时往往出现过高报警。1971年,SPM研发出LR/HR技术,其采样间隔远高于dbm/dbc,对于低转速、高干扰设备有了较完善的检测手段,同时也被专利保护。
  SPM技术的原理:判断轴承的状态,从轴承的冲击脉冲上提取信号比较理想。因为普通的旋转设备的振动频率一般都在0-1000Hz的低频段上,而轴承产生的冲击脉冲信号覆盖了从低频到高频的各个频段。因此,抽取高频信用比较容易排除别的振动信号的干扰,易于判断。
  SPM探头接触测试点进行测试时,SPM进行了如下处理过程:首先,将振动信号中的高频信号进行处理。由于SPM传感器探头的共振频率在32KHz,因此可以通过共振效应把32Khz处的信号放大7倍左右,然后经过带通滤波器截取出32khz处的信号,再经过整流和包络处理,得到这一频段的时域信号。然后经过FFT,变为对应在0-1000Hz上的频域信号,这就是dbm/dbc频谱图。其中通过对时域信号的处理,SPM可以直接根据输入的转速和轴承内径的数据来给定dbm和dbc的值。
  介绍dbm/dbc前先要对其中的参数进行了解。根据SPM公司的定义如下——Dbi:轴承全寿命状态尺度起始状态值。Dbsv:轴承全寿命状态尺度绝对冲击水平值。Dbn:轴承全寿命状态尺度绝对冲击水平值扣除轴承全寿命状态尺度起始状态值。Dbc:表面粗糙度引起的弱冲击脉冲最大值。Dbm:表面缺陷引起的强冲击脉冲最大值。可见,dbn=dbsv-dbi,而dbm和dbc都是dbn值,只不过是不同特征提取出的dbn值。所以在dbm/dbc的趋势图中,纵坐标是dbn,纵坐标基点是dbi,纵坐标顶点是dbsv。Dbi也可以通过计算得到,公式为:dbi=20*lg(转速*内径^0.6/2150)。
  Dbm代表了低发生率的强冲击脉冲的最大值,取得的是时域信号中的最大值,而dbc表示的是由于表面缺陷引起的弱脉冲的最大值,是以1000次/秒的频率出现的高发生率事件,代表了一般的冲击强度。因此,dbm永远大于dbc。一般来说,dbm代表了由于轴承缺陷(如腐蚀、磨损等)造成的脉冲,dbc代表了由于润滑不良带来的脉冲。因此可以根据dbm/dbc来判断轴承的损伤及润滑状态。
  但由于dbm只是取强冲击脉冲的最大值,因此如果存在除轴承外原因的冲击,如不对中、松动等等因素引起的,也会使dbm值变高,从而发生红区报警。因此对于用dbm/dbc来判断轴承状态,一定要结合现场实际情况和经验,通过综合使用dbm/dbc频谱图来分析,最终得出结论。
  例如:在实际测试中,经常遇到某电机的前轴承总是处于红区状态,dbm值很高,即使刚刚换过新轴承还是如此,而振动却并不大。这时我们通过分析dbm/dbc频谱,发现并没有轴承特征频率,因此我们判断轴承可以正常使用。而为了保证正常运行,我们只要注意观测此轴承的dbm/dbc的变换趋势,即可保证电机的正常运行。

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发表于 2011-12-4 16:23 | 显示全部楼层
大师等你的续,最好有图谱配合讲解就更完美了。
发表于 2011-12-7 11:11 | 显示全部楼层
楼主讲的很好,请问一下,楼主感觉那台仪器使用起来效果咋样?
发表于 2011-12-7 14:03 | 显示全部楼层
回复 1 # greenjay158 的帖子

受教了。
不过我想请问:
1.SKF公司的加速度包络解调与SPM公司的所谓DBM/DBC频谱图是否原理其实差不多?或者有什么渊源?如果二者完全没有瓜葛的话,那SPM不如包络解调的地方是什么?SPM强过包络解调的地方又是什么?
2.有个SPM的客户对我说:DBM值超限就是轴承早期故障导致,DBC值超限就是轴承润滑不好;从您的介绍中不难看出:DBM超限还需要结合DBM/DBC频谱来诊断轴承是否有早期故障,所以我姑且认为诊断轴承故障也不是那么容易的一件事;我主要关心的是:“Dbc:表面粗糙度引起的弱冲击脉冲最大值。Dbm:表面缺陷引起的强冲击脉冲最大值。”,DBC值超限就一定是润滑不好么?
3.您文中提到不对中、松动等因素亦会导致DBM值超限,由于SPM是专用的冲击脉冲传感器而不是我们通常所用的ICP探头,请问在对不平衡、不动中、松动等故障的判断上,SPM是否有额外的其他手段?
4.客户一般比较关心轴心轨迹图、伯德图等,SPM是否具备这样的功能?
5.对某些客户比较关心的现场动平衡、启停机分析、锤击测试、等功能,SPM是否也有相应的拓展?

我是做旋转机械振动检测与电气故障诊断类产品的销售的,产品和SPM有竞争也有互补;我没有销售过SPM的产品,不过对SPM的产品比较好奇,所以想更多的了解;如果不便回答的,也没关系的。

谢谢!祝好!
 楼主| 发表于 2011-12-7 20:43 | 显示全部楼层
本帖最后由 greenjay158 于 2011-12-7 22:47 编辑

        首先跟大家说声抱歉,这些天有些忙,迟迟没有把剩下的东西补起来。
        然后做一下澄清,我不是SPM公司的人,也不是做销售的。我仅仅是根据使用SPM公司的leonova infinity这台仪器近半年来的心得经验,加上一些资料得来的。本身我自己也是小菜鸟,不敢自称什么大师,有些结论可能下的有些武断,还请各位多多批评指正。
       leonova infinity这套仪器集成了冲击脉冲SPM,0-1000Hz的频谱从1600-12800线的检测,bump敲击测试,启停机瀑布图,轴心轨迹图谱,此外还有诸如测温、现场动平衡、不对中仪等等功能。我的仪器目前只能使用前面两个功能,敲击测试,启停机瀑布图两个功能我还没用过,别的功能没用开通。后面的那些测温什么的功能也不必要用,因为实在用不着用这个仪器去测温做动平衡。而伯德图,我还只在资料上看过,所以。。。。。。不过这个仪器上真没这个功能。
       SKF的仪器我也没用过,当然也没有研究过。
       因为总的冲击脉冲增大当然的也会引起dbc的增大,所以也不能肯定的说dbc大一定是缺油。轴承本身的故障,不对中等引起的冲击增大都会使总冲击量增大,进而导致dbm/dbc都增大。因此不能单单凭借dbc的数值来判断缺油的状态,要综合分析。一般如果dbm并不大,而dbc值却较高的话可以判断是缺油。
       再过一段时间把上面的那个帖子补充完整,我也会持续的上传一些我感觉比较好的案例,谢谢大家的关注。
发表于 2011-12-8 09:20 | 显示全部楼层
回复 5 # greenjay158 的帖子

谢谢郭工的耐心解答!
发表于 2011-12-8 11:50 | 显示全部楼层
我們也是在用SPM的儀器,不過對他們的LR/HR應用原理還是搞不明白,有時振動變大了,LR/HR趨勢穩定,有時LR/HR上下波動很大,振動卻也變化不大。
发表于 2011-12-20 14:01 | 显示全部楼层
关于冲击脉冲技术,首先它关注的是瞬间信号,像不平衡、不对中之类的周期信号不是其所研究的范围,因为其传感器的设计已经注定了如此,因为只有瞬间的冲击信号才能激起几万HZ带宽的频率成分,因此不平衡等不会激起这么宽频振动,32kHz是SPM的一种设计,还有36kHz的设计,目的都是激起传感器的共振,放大小能量信号。dBm和dBc都是统计的数据,前者表示在一段采集时间内,所有冲击值中最大的1个,后者表示在一段采集时间内,那些等于200次/秒冲击峰的平均值,什么情况下会有这般高频的冲击呢,金属接触面没有受到损伤,仅因粗糙度对接触面的影响可以带来这样的高频,因此当轴承缺油时,表面因为油膜形成困难或难以形成就会加大dBc值,但不是所有dBc值升高都会因缺油引起,比如测点感知到了其它高频冲击源,因此要有针对性的原因,另外dBm变大也不一定是轴承故障,也可能是其它冲击产生,所以方法理论上是讲的通,但应用时不能照搬,要灵活!
 楼主| 发表于 2011-12-21 19:58 | 显示全部楼层
为了是测量准确可靠,在使用冲击脉冲测试仪测量轴承时,必须注意一下几点:
1.测点选择。测点应该选在轴承的承载区,传感器对着轴的转向位置。传感器在轴承座的测量点不同,检测的灵敏度差别会很大。
2.测点尽可能的选在轴承外圈附近,并且越直越好。滚动轴承引起的冲击振动,由冲击点以半球面波的方式向外传递,通过轴承零件、轴承座传递到箱体。在测点选择时,必须考虑信号的传递通道,为了消除振动信号传递的非线性影响,应尽可能保证轴承和传感器之间振动信号传递路径为直线,距离一般不超过75mm。由于轴承冲击振动的频率很高,振动信号每通过一次零件界面,其能量损失达80%,测点与轴承外圈之间信号传递过程中通过的界面越多,信号的衰减和失真就越严重,因此应该尽量避开空腔、水套、填料、螺栓之类的中间介质或者机器零件。一般当后轴承座由风罩包裹时,在风罩螺栓处测得的数据最接近轴承座上的测量值。
3.保证传感器探头与测点间有良好的接触。首先,传感器探头的球面半径要小于测点所在设备的曲率半径,其次测点应该避免较厚的油漆层。
 楼主| 发表于 2011-12-21 21:18 | 显示全部楼层
回复 7 # chentonghao123 的帖子

其实LR/HR的原理跟dbm/dbc是一样的,只是取值的方式有差别,两个都有spm频谱可以分析的,所以我上面说的那些可以一同参考适用的。个人建议。
发表于 2012-2-1 18:28 | 显示全部楼层
那么SPM频谱代表的什么意思(是那个频段的)?能不能真实反映轴承的工况?
 楼主| 发表于 2012-2-1 20:33 | 显示全部楼层
回复 11 # LXF910 的帖子

SPM频谱图是SPM传感器探头通过共振效应将32KHz处的信号放大7倍左右,然后通过带通滤波器滤波,再经过整流、包络和FFT,转换成0-1000Hz上的频域图谱,也就是我在一楼中所说的dbm/dbc频谱图,官方的说法是SPM频谱图。这个频谱图,相当于取得了高频段振动频谱,通过0-1000Hz的低频段来说明,可以很好的说明轴承的运行情况。通常,SPM频谱图的横坐标是0-1000Hz,纵坐标是脉冲冲击分布单位SD,意为脉冲冲击的百分比。因此,当dbm高时,通过SPM频谱图的分析,可以准确的判断出轴承的问题故障。我也已经有了多次成功预报轴承失效的案例。因为我对SPM技术是十分信任的。
发表于 2012-2-2 10:29 | 显示全部楼层
回复 12 # greenjay158 的帖子

也就是说SPM频谱上面反映的是0-1000HZ轴承的特征,而不是32KHZ,这种理解不支对不对?
发表于 2012-2-2 10:43 | 显示全部楼层
也就是说,从SPM频谱上面只能反映轴承中后期故障,对于早期的故障不能完全显现出来?
 楼主| 发表于 2012-2-2 11:07 | 显示全部楼层
回复 14 # LXF910 的帖子

不对,是32KHz的频率,只是转化到了0到1000Hz用来帮助分析。轴承初期故障是反映在高频段上的,所以SPM可以反映轴承的各个阶段故障。
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