摘  要：采用振动测试与分析技术，对上海大众汽车有限公司关键设备——发动机功率测试台维修管理过程中测功机轴承的振动进行监测。根据测试结果中的特征频率，找到了测功机存在的轴承质量问题，从而较好地解决了试验台出现的问题。
    关键词：振动监测；故障诊断；设备维修
    
    引言  随着科学技术的迅猛发展，在现代工业生产中，人们对机械设备管理的概念正在发生深刻的变化，已经从一般的常规设备管理向设备的综合管理方向发展，逐渐形成一门设备现代化管理的新兴学科。它是服务于设备的终身管理，其中包括设备运行、状态监测、故障诊断、趋势预报和决策维修等等。
本文主要目的是探索大型汽车企业典型设备维修管理的新路，将状态监测与故障诊断技术应用于设备的维修过程，以提高企业设备维修管理的水平。
    1．HOFMANN发动机功率测试台的现状
    发动机功率测试台是我们上海大众汽车有限公司测试发动机性能指标的关键设备，它对新发动机的开发、发动机质量的测试，起着至关重要的作用。它同时也是发动机总装流水线的最后一道工序，每台发动机出厂前都必须经过发动机测试台作性能测试。因此，保持发动机功率测试台完好的工作状态，是保证轿车产品质量的关键。
    上海大众技术开发中心发动机功率测试台是1988年从德国HOFMANN公司引进的，该设备已达到使用寿命期限,且平时试验经常处于满负荷、连续不间断运行几百或几千小时，试验条件较为恶劣，伴有异常噪声及温升。故我们将该设备列为关键中的关键，重点进行状态跟踪监测。
    2.振动监测方案
    首先我们把发动机功率测试台平时监测的状态信号作为参考信号，来衡量以后设备运行的状态趋势和质量。由于影响发动机功率测试台的状态主要是旋转机械，因而我们把电感测功机两端轴承和传动轴轴承处作为振动监测对象，如图1所示。
 

图1  发动机功率测试台测点布置图

    传感器位于这几个位置，通过它们可以得到整个设备的动态信息（包括轴承信息），因为设备信号是通过刚性传递的。每个轴承位置布置垂直和水平两个测点，共4个轴承8个测点。测试分析的仪器设备和分析软件包括加速度传感器（CMSS787A，灵敏度为100mv/g）数据采集器SKF  Microg(CMVA55)，计算机、打印机和分析软件（Prism4）。测试的转速为2800rpm。平时定期在相同测点重复测试。
    3.测试结果
    3．1状态监测与故障诊断
    根据给出的轴承型号：1#、2#测点为6209 TB.P63，3#、4#测点为6009，从外观上来看，测功机温升加剧；从测试的振动加速度频谱来看,振动总值有较大幅度的增长,以1#轴承尤为突出，这意味着设备有潜在的问题出现,特别是电感式测功机1#测点处。我们重点将1#测点的谱图展开并进行信号分析。我们先从包络分析开始，以确定轴承
    内部是否有问题出现，从包络谱上看，该轴承的特征频率除了有内滚道稍有特征频率出现外，其余均无明显峰值指示，如图2所示。
 

图2  1#测点包络图

    我们认为，以内滚道出现的这点频率分量不足以产生如此大的振级，即便内滚道还有损伤，从特征频率的幅度来看，也只能是轻微的。于是我们又将重点转去一般频谱分析，发现频谱中存在一定的高次转频谐波分量，同时伴有半阶出现，且以经向振级大于轴向振级。从这一现象来看，我们分析认为1#测点的轴承存在一定的摩擦现象，如图3所示。
 

图3  1#测点一般频谱

    在一般的旋转机械设备中，轴承摩擦也属较多见的故障，轴承摩擦是静动体表面相对摩擦造成的，摩擦激发一种高频振动和噪声信号，一般在频谱中会产生许多转速的谐次波，如果对其信号作谱分析时，可以发现整个频节的分量被提高了，并且在转速的高次谐波上会出现峰值，严重情况下，会激发运动速度的整分数整谐波，而且这些分量的大小与摩擦的严重程度成正比。当轴承外圈与轴承座有摩擦时会有较高的转频的4阶出现，当轴承内圈与轴颈有松动时会出现转频的3阶峰值。如果任其发展，就会引起局部温度升高，使轴产生弯曲变形或其它部件，以致产生更严重的设备损坏。
    3．2故障的实际状况
    为了确保生产安全，我们当即决定拆开该轴承进行检查。当现场打开该轴承后，发现电感式测功机1#测点轴承外圈已烧黑，导致测功机的机壳内孔坏损，如图4所示。
 

 图4  1#测点轴承与机壳

    如果不及时拆开修理，长期下去后果将不堪设想。从该轴承的内部情况来看，发现内滚道有细小的划痕，整个情况与我们从频谱上分析得到的结果完全吻合。
    3．3维修处理
   经过修理，我们将机壳内孔镶套，换上了新的轴承，如图5所示。
 

图5  1#测点机壳镶套

    设备开启之后，我们再对设备进行了一次测试，发现无论从振级及频谱图都恢复了正常状态，如图6所示。
 

图6  1#测点维修后频谱

    4.结论
    本文是把监测技术用于设备维修过程的尝试。 由于现代设备技术先进、结构复杂，检查工作量大，故障因素很难靠人的感官和经验查出。采用先进的仪器和科学的方法来监测和诊断，大大提高了维修质量。
研究结果表明，设备状态监测和故障诊断须不断积累经验，才能提高诊断的准确性。要定期对设备进行状态监测，及早发现故障预兆，才能真正做到预知性维修。