SPM軸承沖擊脈沖技術的應用

徐素江

摘要：介紹SPM檢測儀的原理、應用、SPM對不同測試結果的原因分析及測試程序。

關鍵詞：SPM；沖擊脈沖；dBm/dBc；地毯值/最大值

1概述

為提升對動設備的預防性維護管理水平，監測動設備尤其是滾動軸承運行狀態，避免重大的設備損壞，引進了SPM沖擊脈沖測試儀-T30，利用該儀器可以對現場指定設備定點進行定期測量，將數據通過通訊傳入電腦軟件，形成趨勢，掌握設備運行狀態。

2 SPM沖擊脈沖dBm/dBc技術應用于T30儀器原理

沖擊脈沖傳感器在一定測試周期內，產生一連串不同幅值的電脈沖，這個測試周期約為2秒鐘。測試結果以分貝值dB度量，包含兩個測試值：

dBm（分貝，最大值）：一個測試周期內的最大沖擊峰值。

dBc（分貝，地毯值）：大量弱沖擊信號的多次平均值，定義為地毯值。

最大值dBm及地毯值dBc值的測試單位是dBn（歸一化沖擊值）。

歸一化沖擊值dBn可直接評估軸承的故障狀態，因為dBn值是由軸承幾何尺寸和轉速進行相關歸一化計算后得出的評估值。歸一化沖擊值dBn坐標分成3個軸承狀態區：

0‐20綠良好狀態；

21‐34黃報警狀態；

35以上紅故障狀態；

以上兩個報警限值21dBn及35dBn，都是針對最大值dBm設置的。詳見下圖：

2.1地毯值dBc

沖擊脈沖產生于承載載荷的滾動體與軸承滾道之間的接觸面。軸承表面在微觀下是凹凸不平的。軸承運動部件表面有油膜，軸承表面的凹凸不平會產生油壓的變化。同時，軸承表面的凹凸的尖峰會相互撞擊。以上兩種情況都會在軸承中產生壓力波‐即沖擊脈沖，其在軸承‐軸承座‐臨近機械部件等材質中向外傳輸。

軸承的沖擊脈沖產生模式，及沖擊脈沖傳感器產生的沖擊信號，包含較弱的和較強的沖擊。

沖擊脈沖的強弱以分貝進行度量。測試單位為dBsv（分貝沖擊絕對值）。

沖擊檢測儀器對沖擊信號進行取樣采集并顯示兩個參數進行度量，dBm及dBc。

2.2最大值dBm

dBm是在一個檢測周期內所測到的最強沖擊值。

若軸承表面沒有損傷，則dBm和dBc的差值較小。

若dBm值較大，同時dBm和dBc的差值較大，則為軸承表面有損傷，或滾動體與滾道之間有異物。

3 SPM軸承沖擊脈沖的應用

3.1軸承壽命發展的三個階段

定期進行沖擊脈沖測試，從安裝好到損壞，在軸承的整個壽命周期中，可以跟蹤監測軸承的運行健康狀態。趨勢圖展示了一個軸承壽命周期中dBm的發展變化（軸承正確安裝、良好潤滑條件下）。

沖擊值dBm的持續變化反映出軸承金屬疲勞磨損狀態。

0‐20綠運行良好；

21‐34黃運行狀態變差；

35以上紅故障運行狀態；

3.2軸承壽命曲線

沖擊測試值的的微小波動是正常的，原因可能是溫度及載荷的變動、加油潤滑、設備及軸承的工況改變等。

對于損傷的軸承，新剝落的金屬顆粒會產生沖擊值的大幅增加，而當缺陷（麻坑等）被磨平后，沖擊值又會回落。

沖擊脈沖的趨勢跟蹤及其變化水平是軸承更換的重要依據。沖擊值處于黃區及紅區的軸承，其測試周期應比處于綠區的軸承縮短。

4 SPM技術維護方法

4.1測試周期

0‐20綠運行良好軸承：1‐3月；

21‐34黃運行狀態變差軸承：幾天或一周（當沖擊值處于穩定狀態，測試周期可延長）；

35以上紅故障運行狀態軸承：頻繁監測，計劃更換軸承。若沖擊值突然大幅增長，應立即停機檢查更換軸承。

4.2初始值dBi

軸承狀態中級脈沖評估坐標以為初始值dBi基準，直接針對軸承的工況進行狀態評估。

初始值dBi根據軸承的轉速及軸承內環的內徑計算得出。

測試單位是歸一化沖擊值dBn，其可直接評估軸承的運行狀態，

綠-黃-紅

dBi：初始值；

dBc：地毯值（若脈沖）；

dBm：最大值（強脈沖）；

dBn：沖擊歸一化值；

dBsv：沖擊絕對值；

4.3 SPM的測試方法

在軸承座上測試沖擊脈沖：越靠近沖擊源檢測到的沖擊脈沖信號越強。沖擊信號通過所有的機械材質進行傳播，但是，隨著傳輸距離的擴大及經過各部件的接觸面，用沖擊脈沖傳感器在軸承座上或其附近進行測試，找到最強的沖擊信號來源。

相鄰軸承的測量：相鄰軸承的沖擊信號可能會互相干擾，特別是當兩個軸承在一個軸承室，如齒輪箱，可以比較每個軸承的沖擊脈沖讀數，找出最強的沖擊來源。

5通過SPM測試對不同結果的原因分析

一旦被測軸承的沖擊測試值確認為軸承故障狀態，仍然不能肯定就是軸承本身的故障。

軸承損壞只是其中的一個可能的因素。其他引起強沖擊的因素還有：軸系不對中、軸承潤滑不良、潤滑油液污染等，這種情況下進行軸承更換就是一個錯誤。

5.1 SPM測試完好軸承形態

沖擊脈沖測試形態就是在地毯形態的弱沖擊（地毯值dBc）之上，有一連串的隨機或有節奏的強沖擊信號（最大值dBm）。

沖擊脈沖測試形態有三個特征：首先是最大值dBm；其次是最大值dBm與地毯值dBc之間的差值；再次是強沖擊信號的節奏韻律。

可以在沖擊測試儀器上設置略低于最大值dBm幾分貝的門檻值，通過耳機進行監聽沖擊脈沖的聲音信號，這是辨別沖擊信號節律的最好方法。好軸承的典型沖擊脈沖形態是有較低的地毯值dBc，最大值dBm小于20，沖擊節律是一連串的隨機強脈沖信號。

5.2 SPM測試損傷軸承形態

有損傷的軸承或潤滑液中有污染顆粒的軸承，沖擊脈沖形態是dBm較高（大于35），最大值dBm與地毯值dBc之間的差值較大，沖擊節律是一連串的隨機強脈沖信號。這種情況下，最大值dBm與地毯值dBc之間的差值總是很大，最大值dBm的大小與軸承表面的損傷程度有關。

5.3 SPM測試軸承潤滑不良形態

潤滑不良軸承有高的地毯值dBc，并非常接近最大值dBm。軸承加潤滑油后，沖擊值會大幅下落。

5.4 SPM測試泵汽蝕形態

泵的汽蝕或運動部件的磨碰產生的沖擊脈沖形態與軸承潤滑不良的沖擊形態一樣。這種情況下產生的沖擊信號不受加潤滑的影響，并且軸承座外面的沖擊信號通常比在軸承座上的信號更強。見

5.5 SPM測試磨碰形態

有節律的沖擊峰值是干擾信號的標志。運動部件的磨碰產生周期性的連串沖擊峰值，如旋轉軸與軸承室或油封的磨碰。沖擊峰值的頻率與軸轉速頻率相關。

5.6 SPM測試載荷沖擊形態

設備正常運行中載荷或壓力沖擊可能會產生單一的沖擊峰值。如破碎機、沖壓機等設備上都會測試到這類沖擊形態。其他會產生單一沖擊峰值的原因有：閥門的開閉、松動部件的敲擊等。

5.7 SPM測試正常的沖擊值突然減小形態

連續測試中沖擊脈沖有較大的波動是一個危險信號。

如果在正常的沖擊測試讀數后，沖擊值突然下落至非常低的值，原因可能是儀器故障或傳感器故障。如果儀器是正常的，那原因可能是軸承滑套。

5.8SPM測試較高沖擊值突然減小形態

如果沖擊讀數是從較高的狀態下突然下落，甚至至0，則是軸承損壞。滾動體不再滾動，而是在滾動上滑動了。

5.9 SPM測試沖擊值不穩定形態

若沖擊值在不同的時間測試時有較大的波動，則軸承是在重載工況下并軸承表面已有損傷。其中，較高的測試值是由軸承表面剝落的金屬顆粒及新的麻坑造成的。等金屬顆粒及麻坑磨平后，沖擊測試值又會回落。

結束語

隨著SPM沖擊脈沖測試技術在現代工業生產中的應用，提高了對動設備檢測的預防性維護管理水平，對設備異常狀態能盡快發現，并進行及時有效處理，極大的提高了裝置運行的可靠性。

（作者單位：林德大化（大連）氣體有限公司）