应力波技术在设备状态全周期监测诊断的运用与分析
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关键词 ：设备全周期 ；状态检测 ；应力波 ；能量图 ；故障分析
中图分类号 ：TF3 文章编号 ：1009-3842（2019）06-0079-05
文献标识码 ：B 开放科学（资源服务）标识码（OSID）：
Application and Analysis of Stress Wave Technique on Full-cycle Monitoring and Diagnosis of Equipment Status
应力波对高频信号比较敏感，而当设备内部 金属体发生周期性和随机性摩擦及冲击时，引发
收稿日期 ：2019-06-13 作者简介 ：刘大富（1981-），男，贵州铜仁人，工程师，主要从事机械设备管理工作。E-mail: 408961670@
79
Total 160
总第 160 期
的早期故障的特征信号大多集中在这个高频率范 围，即 38k+/-2k 赫兹范围。不同部件之间发生相 对运动，会产生摩擦和冲击，部件内部首先会发 生应力波变化。它属于超声波能量脉冲检测，应 力波在固体内部向各个方向沿着结构体辐射传导， 便于监测。 2.2 应力波能量可以量化
摩擦和冲击摩擦与部件间相互接触的表面面 积、光滑度、相对表面速度、接触压力、润滑条件、 设备速度、负载变化存在关联关系，冲击与部件的 冲击速度、受损深度、受损尺寸和面积也存在关联 关系，通过量化摩擦和冲击产生的应力波能量，可 以很好地发现设备内部动态变化，便于对比。 2.3 “电子听诊”可以有效避免设备本体结构振动 和噪声干扰［4］
应力波传感器相当于具有计算机功能的电子听 诊器，它过滤掉了设备本体结构产生的振动和人耳 可听到的噪声，因此，可以准确地捕捉内部细微的 摩擦和冲击变化，可以在设备产生故障并劣化发展， 最终被传统技术（润滑、振动位移变化、温度变化） 发现之前的最早时刻或时期，对设备的健康状态进 行持续的监测。检测更加精准。 2.4 简单易用、易懂的图形化分析
Lห้องสมุดไป่ตู้U Da-fu （Guixi Smelter, Jiangxi Copper Corporation Limited, Guixi 335424, Jiangxi, China）
Abstract: The technique of stress wave analysis can monitor the whole life cycle of the equipment, and diagnose the abnormal state of the equipment at the early stage. It can effectively detect the fault of bearing, gear, rotating parts, and general electrical and mechanical failure due to manufacturing defects or improper assembly. Using the stress wave analysis technology as the final quality control check can significantly reduce the equipment quality problems missed by the traditional detection technology.
Keywords: Full equipment cycle; Status detection; Stress wave; Energy map; Fault analysis
1 引言
设备全生命周期状态监测诊断系统秉承当前的 维护保养理念“未病先防、既病防变”，改变了常 规的设备检修思路和方法，从普遍采用的定期检修 向以提高设备可靠性为核心的状态维修转变，真正 实现了预测维修和主动维修［1］。常规的技术分析， 本质上都是事后才发出报警，即在故障实际发生以 后发出报警，设备维护人员只能实施事后维修、非 计划停机，这样给工厂造成巨额维修费用和生产损 失。设备全生命周期健康状态监测分析系统应力波 的应用能对设备运行状况进行全生命周期的监测和 诊断，做出最早及可靠的侦判，对潜在的故障发出
Total 160 No. 6 2019
COPPER ENGINEERING
总第 160 期 2019 年第 6 期
应力波技术在设备状态全周期监测诊断的运用与分析
刘大富
（江西铜业集团有限公司 贵溪冶炼厂，江西 贵溪 335424）
摘 要 ：应力波分析技术能够对设备进行全生命周期的监测，对设备的非正常状态在早期的时刻做出诊断， 该技术可有效地检测设备轴承故障、齿轮故障、旋转部件故障以及由于制造缺陷或不适当的装配引起的一般电 气故障和机械故障。使用应力波分析技术作为最终的质量控制检查，可以显著降低传统检测技术所遗漏的设备 质量问题。
应力波检测系统能够提供能量趋势、直方图统
计、频谱特征 FFT 三大分析工具，便于现场巡检 人员及设备管理专业人员等不同层次的人员对设备 内部的摩擦和冲击情况从宏观和微观两个方面来做 定性和定量分析，分析简单易懂。 2.4.1 应力波能量图
应力波能量图用来表征设备运行过程中摩擦 和冲击的能量变化情况，健康的设备总体趋势是 相对平稳的，当内部的摩擦和冲击相对于以前出 现突变时，趋势线会发生陡峭的上升，这表明设 备内部检测点附近出现了摩擦和冲击演变。能量 图用来宏观判断设备是一种健康的工作状态，还 是不健康的工作状态。绿色、黄色和红色区域分 别表示设备的健康状态从健康到亚健康再到不健 康的发展过程。 2.4.2 应力波直方图
预警，提醒工厂维护人员及时采取恰当措施，避免 非计划停机和安全事故，减少维修费用、备件成本， 保障设备的可靠运行［2］。
2 应力波介绍及其技术运用的优势
应力波是应力和应变扰动的传播形式，是在可 变形固体介质中机械扰动表现为质点速度的变化和 相应的应力、应变状态的变化。应力、应变状态的 变化以波的方式传播，称为应力波［3］。 2.1 应力波技术监测灵敏度较高
中图分类号 ：TF3 文章编号 ：1009-3842（2019）06-0079-05
文献标识码 ：B 开放科学（资源服务）标识码（OSID）：
Application and Analysis of Stress Wave Technique on Full-cycle Monitoring and Diagnosis of Equipment Status
应力波对高频信号比较敏感，而当设备内部 金属体发生周期性和随机性摩擦及冲击时，引发
收稿日期 ：2019-06-13 作者简介 ：刘大富（1981-），男，贵州铜仁人，工程师，主要从事机械设备管理工作。E-mail: 408961670@
79
Total 160
总第 160 期
的早期故障的特征信号大多集中在这个高频率范 围，即 38k+/-2k 赫兹范围。不同部件之间发生相 对运动，会产生摩擦和冲击，部件内部首先会发 生应力波变化。它属于超声波能量脉冲检测，应 力波在固体内部向各个方向沿着结构体辐射传导， 便于监测。 2.2 应力波能量可以量化
摩擦和冲击摩擦与部件间相互接触的表面面 积、光滑度、相对表面速度、接触压力、润滑条件、 设备速度、负载变化存在关联关系，冲击与部件的 冲击速度、受损深度、受损尺寸和面积也存在关联 关系，通过量化摩擦和冲击产生的应力波能量，可 以很好地发现设备内部动态变化，便于对比。 2.3 “电子听诊”可以有效避免设备本体结构振动 和噪声干扰［4］
应力波传感器相当于具有计算机功能的电子听 诊器，它过滤掉了设备本体结构产生的振动和人耳 可听到的噪声，因此，可以准确地捕捉内部细微的 摩擦和冲击变化，可以在设备产生故障并劣化发展， 最终被传统技术（润滑、振动位移变化、温度变化） 发现之前的最早时刻或时期，对设备的健康状态进 行持续的监测。检测更加精准。 2.4 简单易用、易懂的图形化分析
Lห้องสมุดไป่ตู้U Da-fu （Guixi Smelter, Jiangxi Copper Corporation Limited, Guixi 335424, Jiangxi, China）
Abstract: The technique of stress wave analysis can monitor the whole life cycle of the equipment, and diagnose the abnormal state of the equipment at the early stage. It can effectively detect the fault of bearing, gear, rotating parts, and general electrical and mechanical failure due to manufacturing defects or improper assembly. Using the stress wave analysis technology as the final quality control check can significantly reduce the equipment quality problems missed by the traditional detection technology.
Keywords: Full equipment cycle; Status detection; Stress wave; Energy map; Fault analysis
1 引言
设备全生命周期状态监测诊断系统秉承当前的 维护保养理念“未病先防、既病防变”，改变了常 规的设备检修思路和方法，从普遍采用的定期检修 向以提高设备可靠性为核心的状态维修转变，真正 实现了预测维修和主动维修［1］。常规的技术分析， 本质上都是事后才发出报警，即在故障实际发生以 后发出报警，设备维护人员只能实施事后维修、非 计划停机，这样给工厂造成巨额维修费用和生产损 失。设备全生命周期健康状态监测分析系统应力波 的应用能对设备运行状况进行全生命周期的监测和 诊断，做出最早及可靠的侦判，对潜在的故障发出
Total 160 No. 6 2019
COPPER ENGINEERING
总第 160 期 2019 年第 6 期
应力波技术在设备状态全周期监测诊断的运用与分析
刘大富
（江西铜业集团有限公司 贵溪冶炼厂，江西 贵溪 335424）
摘 要 ：应力波分析技术能够对设备进行全生命周期的监测，对设备的非正常状态在早期的时刻做出诊断， 该技术可有效地检测设备轴承故障、齿轮故障、旋转部件故障以及由于制造缺陷或不适当的装配引起的一般电 气故障和机械故障。使用应力波分析技术作为最终的质量控制检查，可以显著降低传统检测技术所遗漏的设备 质量问题。
应力波检测系统能够提供能量趋势、直方图统
计、频谱特征 FFT 三大分析工具，便于现场巡检 人员及设备管理专业人员等不同层次的人员对设备 内部的摩擦和冲击情况从宏观和微观两个方面来做 定性和定量分析，分析简单易懂。 2.4.1 应力波能量图
应力波能量图用来表征设备运行过程中摩擦 和冲击的能量变化情况，健康的设备总体趋势是 相对平稳的，当内部的摩擦和冲击相对于以前出 现突变时，趋势线会发生陡峭的上升，这表明设 备内部检测点附近出现了摩擦和冲击演变。能量 图用来宏观判断设备是一种健康的工作状态，还 是不健康的工作状态。绿色、黄色和红色区域分 别表示设备的健康状态从健康到亚健康再到不健 康的发展过程。 2.4.2 应力波直方图
预警，提醒工厂维护人员及时采取恰当措施，避免 非计划停机和安全事故，减少维修费用、备件成本， 保障设备的可靠运行［2］。
2 应力波介绍及其技术运用的优势
应力波是应力和应变扰动的传播形式，是在可 变形固体介质中机械扰动表现为质点速度的变化和 相应的应力、应变状态的变化。应力、应变状态的 变化以波的方式传播，称为应力波［3］。 2.1 应力波技术监测灵敏度较高