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低速重型設備作為現代工業的關鍵設備，一旦發生事故將嚴重影響企業經濟效益。針對目前國內外以振動監測為手段來識別重載設備的早期故障，成功案例很少。本文結合聲發射檢測手段，研究聲發射信號在低速重載設備油液中的傳播和衰減特性，在低速重載設備故障診斷中的應用方法。煉鋼轉爐屬于多柔動低速重載設備，其早期的振動信號十分微弱，轉動頻率比較低，因此很容易被周圍相對幅度較大的低頻環境噪聲淹沒，無法獲得真正的故障信息。聲發射信號是發生故障結構本身發出的高頻應力波信號，頻率一般在20KHz以上，不受機械振動和噪聲的干擾，因此，聲發射儀器能很好的獲得故障信息。目前聲發射檢測技術在大型故障診斷中的應用還不是很成熟，相關文獻也較少，就目前的研究看聲發射檢測是振動檢測較好的補充。將聲發射傳感器放置于油液中進行聲發射的測量，主要是為了減少聲發射信號受到干擾，該研究尚處于起步階段，國內外少有相關文獻、報道，本次的測試也是為基于聲發射在油液中傳輸下低速重載設備故障診斷起到鋪墊。

1聲發射原理

聲發射檢測技術是指用儀器檢測、記錄、分析聲發射信號和利用聲發射信號判斷聲發射源狀況是否正常的技術，其原理如圖1所示，從聲發射源發出的彈性波通過傳輸介質（金屬、油液、空氣等）傳播到材料表面，傳感器將彈性波轉換為電信號，然后再經放大、處理并被記錄下來。通過對采集到的信號進行分析和處理，即可知道材料內部的缺陷情況。聲發射信號主要處理方法有參數分析法、波形分析法，參數分析法為以基本的振鈴、能量、幅值等參數分析法為主，但是這些參數與原始信號比已經損失了大量的信息，難以表征缺陷的本質特性。在波形分析方面國內外研究人員做了大量工作。I.Bashir通過建立理論模型模擬了直升機齒輪箱中滾動軸承部件細微裂紋擴展時發出的聲發射能量，可以實時檢測裂紋的擴展過程，在軸承出現表面材料剝落前檢測出軸承故障。McFaddenP.D利用聲發射傳感器檢測低速運轉狀態下的角接觸滾動軸承信號，發現在低速運轉時，聲發射傳感器能夠檢測到滾動體集中載荷引起的聲發射信號。D.Mba等利用聲發射技術結合自回歸系數對軸承故障類型進行辨別，取得了實效，但未見實例佐證。

2聲發射裝置的安裝

一般進行聲發射檢測是將聲發射傳感器吸附于減速箱的表面，由于聲發射信號容易受到干擾，為盡量減少干擾應該將聲發射傳感器放置于減速箱內部，如有條件最好能放置于油液內。想完成聲發射在油液中的檢測需要設計一種用于油箱內部聲發射傳感器連接裝置，解決聲發射傳感器難以放置于設備齒輪內部油液中進行檢測的難題。該連接裝置需滿足不影響設備結構及正常運行，可以短時間將探頭從齒輪箱內取出，而且在不影響正常的生產的基礎上滿足將聲發射探頭放入齒輪箱內部，同時傳感器引線引出處用密封膠密封，可以防止設備周邊粉塵進入，另外連接裝置的引線槽向下，還可以防止膠體及雜質進入齒輪箱中，具體結構如圖2所示。

3設備參數

某鋼廠50噸轉爐在日常點檢中曾經發現振動值偏大的現象，該設備的一次、二次傳動圖見圖3：該廠轉爐傾動機構1個二次減速箱以及4個一次減速箱組成，4個一次減速箱在二次減速箱四周呈對稱布置，圖2顯示了1個一次減速箱及二次減速箱的簡圖。

4測點的選擇

為了對比聲發射信號在油液中與在減速箱外測試的區別選擇1#轉爐在兩個位置進行檢測。2#、3#轉爐僅在減速箱外進行測試。聲發射裝置放置于減速箱內的現場如圖4所示。聲發射裝置放置于減速箱外的現場如圖5所示。

5數據波形分析

5.11#轉爐圖6顯示在軸承座進行聲發射測量時沒有明顯的特征。圖7為在油液中進行測量時的波形，幅值相對軸承座檢測比較大，分別出現了26.2ms和17.48ms的周期，即38.17Hz和57.2Hz（與Z3/Z4的嚙合頻率47.53H接近），說明1#煉鋼轉爐左下方一次減速機可能有隱患。

5.22#轉爐從時域波形可以看出具有明顯的周期性，周期為19.662ms，即50.85Hz，與Z3/Z4的嚙合頻率47.53H接近，說明2#煉鋼轉爐左下方一次減速機可能有隱患。

5.33#轉爐從時域波形可以看出具有明顯的沖擊性，幅值較大，并且前面周期性明顯，周期為21.847ms，即45.8Hz，與Z3/Z4的嚙合頻率47.53H接近，所以3#轉爐一次減速機右下方可能會有隱患故障。

6分析結論

1#轉爐左下方一次減速箱分別出現了26.2ms和17.48ms的周期，即38.17Hz和57.2Hz，與Z3/Z4的嚙合頻率47.53H接近，可能存在隱患故障。2#轉爐左下方一次減速箱出現了周期為19.662ms，即50.85Hz的周期信號，與Z3/Z4的嚙合頻率47.53H接近，說明可能有隱患。3#煉鋼轉爐右下方一次減速機出現了周期為21.847ms，即45.8Hz，與Z3/Z4的嚙合頻率47.53Hz接近，可能存在隱患故障。在1#轉爐上分別測試了聲發射傳感器在油液中與在減速箱外測試，可以看出在油液中的信號較為明顯，然而在減速箱外側的信號收到一定干擾故障特征不明顯。

作者：李海穎 單位：邢臺學院