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  小型挖掘机回转支承的故障诊断方法

  回转支承是一种可以同时承受较大轴向、径向载荷和倾覆力矩的大型轴承,作为小型挖掘机回转运动的关键部件,它的状态直接影响了挖掘机的工作性能。 但回转支承拆装困难,维修周期长,维修费用高,若能对回转支承进行状态监测和早期故障检测,进行有计划有准备的维护,可有效减少不必要的拆检,避免突发性、危险性故障的发生,从而取得较大的经济效益和社会效益。 本文将小波分析和Hilbert 变换结合起来,通过小波变换对回转支承的故障信号进行分解、重构;然后再利用 Hilbert 变换对回转支承故障信号进行解调和细化频谱分析,最后提取出故障特征,用来判断回转支承的故障模式。
小型挖掘机回转支承的故障诊断方法
  1 回转支承典型故障分析

  点蚀是疲劳剥落损伤故障中最常见的故障,回转支承的内圈、外圈和滚动体都会出现点蚀的现象。根据点蚀发生的位置不同,可将回转支承的故障分为内圈故障、外圈故障和滚动体故障。回转支承的故障频率与回转支承的转速、几何尺寸及损伤点的位置(外圈、内圈、滚动体)有关。 根据故障特征频率可以检测回转支承是否出现故 障并确定故障的位置。

  2 回转支承试验台及信号测试

  结合小型挖掘机的工作状况,搭建了回转支承试验台。 其中回转支承为外圈有点蚀故障的 013.25.450 内齿型回转支承。 实验中通过变频器改变 驱动电机的 转 速,从 而 采 集 回 转 支 承 2 种转 速(47 r/min 和60 r/min)时的信号。 通过调整机械臂的位置来改变回转半径,模拟回转半径为 1.5 m 和 2 m 的工况。 信号测试系统采用的是奥地利 DEWTRON 公司的 动态信号采集仪和相配套的软件,传感器采用高精度的三向加速度传感器,可以同时测试 3 个方向的加国家自然科学基金青年基金(51105292) 速度,采样频率为 1 kHz。
小型挖掘机回转支承的故障诊断方法
  3 回转支承故障分析

  试验台所用回转支承的外圈具有单点点蚀。 此时,回转支承的故障特征频率为外圈故障频率 fop 及其倍频,回转支承在不同转速下的故障频率如表 2所示。回转半径 1.5 m和回转半径 2 m为在转速 47 r/min 时不同回转半径的时域波形,回转半径 1.5 m和回转半径 2 m为在转速 60 r/min 时不同回转半径的时域波形。 但从波形图上无法识别是否存在外圈点蚀故障。

  对于有局部故障的回转支承,从试验台采集的振动信号主要包括 3 个部分:周期性振源引起的响应,其频率成分集中在低频区段;制造误差激振引起的响应是一种宽带随机响应,其幅值很小;回转支承点蚀故障产生脉冲响应引起轴承系统 固有的共振。 故对不同转速下不同工况的故障信号用 db10正交小波基进行 4 层小波分解, 在将信 号分解之后,回转支承故障信号的低频部分、高频部分得到放大,再对细节信号进行重构。 所得的细节信号 d1 层包含了信号的非周期部分,为了获得回转支承外圈故障特征频率,需要进一步对第 1 层信号 d1 做 Hilbert 包络并进行谱分析, 然后再进行放大,从回转半径 1.5 m和回转半径 2 m时可以看到 17.7 Hz 和其倍频附近出现了尖峰,通过对照回转支承故障特征频率可知,在驱动电机转速为 47 r/min 时,回转支承的外圈故障频率正是 17.7 Hz ;从回转半径 1.5 m和回转半径 2 m时可以看到 22.6 Hz和其频率附近出现了尖峰,通过对照回转支承故障特征频率可知,在驱动电机转速为 60 r/min 时,回转支承的外圈故障频率正是 22.6 Hz 。同时也可以看出:相同转速不同工况出现的故障频率大小是相同的,但回转半径大的幅值偏高,这说明了回转半径大时回转支承受到的倾覆力矩也大,在振动时产生的能量也大。 由此,可以判断为回转支承外圈出现故障,而此回转支承确为外圈有点蚀的回转支承。
小型挖掘机回转支承的故障诊断方法
  多次试验并对数据进行完分析和处理后发现:通过对第 1 层细节信号进行 Hilbert 包络谱分析,可以有效地观察较低频率的成分。 将小波变 换和Hilbert 变换结合起来可有效地诊断回转支承的故障部位。


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