SPM轴承冲击脉冲技术的应用

徐素江

摘要：介绍SPM检测仪的原理、应用、SPM对不同测试结果的原因分析及测试程序。

关键词：SPM；冲击脉冲；dBm/dBc；地毯值/最大值

1概述

为提升对动设备的预防性维护管理水平，监测动设备尤其是滚动轴承运行状态，避免重大的设备损坏，引进了SPM冲击脉冲测试仪-T30，利用该仪器可以对现场指定设备定点进行定期测量，将数据通过通讯传入电脑软件，形成趋势，掌握设备运行状态。

2 SPM冲击脉冲dBm/dBc技术应用于T30仪器原理

冲击脉冲传感器在一定测试周期内，产生一连串不同幅值的电脉冲，这个测试周期约为2秒钟。测试结果以分贝值dB度量，包含两个测试值：

dBm（分贝，最大值）：一个测试周期内的最大冲击峰值。

dBc（分贝，地毯值）：大量弱冲击信号的多次平均值，定义为地毯值。

最大值dBm及地毯值dBc值的测试单位是dBn（归一化冲击值）。

归一化冲击值dBn可直接评估轴承的故障状态，因为dBn值是由轴承几何尺寸和转速进行相关归一化计算后得出的评估值。归一化冲击值dBn坐标分成3个轴承状态区：

0‐20绿良好状态；

21‐34黄报警状态；

35以上红故障状态；

以上两个报警限值21dBn及35dBn，都是针对最大值dBm设置的。详见下图：

2.1地毯值dBc

冲击脉冲产生于承载载荷的滚动体与轴承滚道之间的接触面。轴承表面在微观下是凹凸不平的。轴承运动部件表面有油膜，轴承表面的凹凸不平会产生油压的变化。同时，轴承表面的凹凸的尖峰会相互撞击。以上两种情况都会在轴承中产生压力波‐即冲击脉冲，其在轴承‐轴承座‐临近机械部件等材质中向外传输。

轴承的冲击脉冲产生模式，及冲击脉冲传感器产生的冲击信号，包含较弱的和较强的冲击。

冲击脉冲的强弱以分贝进行度量。测试单位为dBsv（分贝冲击绝对值）。

冲击检测仪器对冲击信号进行取样采集并显示两个参数进行度量，dBm及dBc。

2.2最大值dBm

dBm是在一个检测周期内所测到的最强冲击值。

若轴承表面没有损伤，则dBm和dBc的差值较小。

若dBm值较大，同时dBm和dBc的差值较大，则为轴承表面有损伤，或滚动体与滚道之间有异物。

3 SPM轴承冲击脉冲的应用

3.1轴承寿命发展的三个阶段

定期进行冲击脉冲测试，从安装好到损坏，在轴承的整个寿命周期中，可以跟踪监测轴承的运行健康状态。趋势图展示了一个轴承寿命周期中dBm的发展变化（轴承正确安装、良好润滑条件下）。

冲击值dBm的持续变化反映出轴承金属疲劳磨损状态。

0‐20绿运行良好；

21‐34黄运行状态变差；

35以上红故障运行状态；

3.2轴承寿命曲线

冲击测试值的的微小波动是正常的，原因可能是温度及载荷的变动、加油润滑、设备及轴承的工况改变等。

对于损伤的轴承，新剥落的金属颗粒会产生冲击值的大幅增加，而当缺陷（麻坑等）被磨平后，冲击值又会回落。

冲击脉冲的趋势跟踪及其变化水平是轴承更换的重要依据。冲击值处于黄区及红区的轴承，其测试周期应比处于绿区的轴承缩短。

4 SPM技术维护方法

4.1测试周期

0‐20绿运行良好轴承：1‐3月；

21‐34黄运行状态变差轴承：几天或一周（当冲击值处于稳定状态，测试周期可延长）；

35以上红故障运行状态轴承：频繁监测，计划更换轴承。若冲击值突然大幅增长，应立即停机检查更换轴承。

4.2初始值dBi

轴承状态中级脉冲评估坐标以为初始值dBi基准，直接针对轴承的工况进行状态评估。

初始值dBi根据轴承的转速及轴承内环的内径计算得出。

测试单位是归一化冲击值dBn，其可直接评估轴承的运行状态，

绿-黄-红

dBi：初始值；

dBc：地毯值（若脉冲）；

dBm：最大值（强脉冲）；

dBn：冲击归一化值；

dBsv：冲击绝对值；

4.3 SPM的测试方法

在轴承座上测试冲击脉冲：越靠近冲击源检测到的冲击脉冲信号越强。冲击信号通过所有的机械材质进行传播，但是，随着传输距离的扩大及经过各部件的接触面，用冲击脉冲传感器在轴承座上或其附近进行测试，找到最强的冲击信号来源。

相邻轴承的测量：相邻轴承的冲击信号可能会互相干扰，特别是当两个轴承在一个轴承室，如齿轮箱，可以比较每个轴承的冲击脉冲读数，找出最强的冲击来源。

5通过SPM测试对不同结果的原因分析

一旦被测轴承的冲击测试值确认为轴承故障状态，仍然不能肯定就是轴承本身的故障。

轴承损坏只是其中的一个可能的因素。其他引起强冲击的因素还有：轴系不对中、轴承润滑不良、润滑油液污染等，这种情况下进行轴承更换就是一个错误。

5.1 SPM测试完好轴承形态

冲击脉冲测试形态就是在地毯形态的弱冲击（地毯值dBc）之上，有一连串的随机或有节奏的强冲击信号（最大值dBm）。

冲击脉冲测试形态有三个特征：首先是最大值dBm；其次是最大值dBm與地毯值dBc之间的差值；再次是强冲击信号的节奏韵律。

可以在冲击测试仪器上设置略低于最大值dBm几分贝的门槛值，通过耳机进行监听冲击脉冲的声音信号，这是辨别冲击信号节律的最好方法。好轴承的典型冲击脉冲形态是有较低的地毯值dBc，最大值dBm小于20，冲击节律是一连串的随机强脉冲信号。

5.2 SPM测试损伤轴承形态

有损伤的轴承或润滑液中有污染颗粒的轴承，冲击脉冲形态是dBm较高（大于35），最大值dBm与地毯值dBc之间的差值较大，冲击节律是一连串的随机强脉冲信号。这种情况下，最大值dBm与地毯值dBc之间的差值总是很大，最大值dBm的大小与轴承表面的损伤程度有关。

5.3 SPM测试轴承润滑不良形态

润滑不良轴承有高的地毯值dBc，并非常接近最大值dBm。轴承加润滑油后，冲击值会大幅下落。

5.4 SPM测试泵汽蚀形态

泵的汽蚀或运动部件的磨碰产生的冲击脉冲形态与轴承润滑不良的冲击形态一样。这种情况下产生的冲击信号不受加润滑的影响，并且轴承座外面的冲击信号通常比在轴承座上的信号更强。见

5.5 SPM测试磨碰形态

有节律的冲击峰值是干扰信号的标志。运动部件的磨碰产生周期性的连串冲击峰值，如旋转轴与轴承室或油封的磨碰。冲击峰值的频率与轴转速频率相关。

5.6 SPM测试载荷冲击形态

设备正常运行中载荷或压力冲击可能会产生单一的冲击峰值。如破碎机、冲压机等设备上都会测试到这类冲击形态。其他会产生单一冲击峰值的原因有：阀门的开闭、松动部件的敲击等。

5.7 SPM测试正常的冲击值突然减小形态

连续测试中冲击脉冲有较大的波动是一个危险信号。

如果在正常的冲击测试读数后，冲击值突然下落至非常低的值，原因可能是仪器故障或传感器故障。如果仪器是正常的，那原因可能是轴承滑套。

5.8SPM测试较高冲击值突然减小形态

如果冲击读数是从较高的状态下突然下落，甚至至0，则是轴承损坏。滚动体不再滚动，而是在滚动上滑动了。

5.9 SPM测试冲击值不稳定形态

若冲击值在不同的时间测试时有较大的波动，则轴承是在重载工况下并轴承表面已有损伤。其中，较高的测试值是由轴承表面剥落的金属颗粒及新的麻坑造成的。等金属颗粒及麻坑磨平后，冲击测试值又会回落。

结束语

随着SPM冲击脉冲测试技术在现代工业生产中的应用，提高了对动设备检测的预防性维护管理水平，对设备异常狀态能尽快发现，并进行及时有效处理，极大的提高了装置运行的可靠性。

（作者单位：林德大化（大连）气体有限公司）