共振解调技术在船舶机械故障诊断中的应用论文_李毅

摘要：船舶机械与常规机械相比起故障率相对较高，所以在维修中需要注重的事项也较多。共振解调技术作为船舶机械故障诊断的主要技术之一，它的应用可以提升故障诊断的准确率，为后期故障维修提供科学依据。本文从共振解调技术在船舶机械故障诊断中的应用分析，希望可以起到一定借鉴意义。

关键词：船舶；机械；故障；共振解调

前言

共振解调技术简言之通过信号之间的差异分析故障情况，通过外部施加频率信号，且将实际信号频率与机器本身的信号频率调至相同，之后通过改变系统频率收集系统外部频率信号，将外部频率信号与系统频率比对，分析外部信号所传递的信息。该技术常用与设备机械故障诊断之中，本文分析该技术在船舶机械故障诊断中的应用。

1.在船舶机械故障诊断中应用共振解调技术原理

共振解调技术于上世纪70年代开始应用，并逐渐普及开来。该技术可以通过提取强烈的背景噪声中的脉冲信号，根据信号出现的异常来分析机械设备出现故障的具体部位、故障情况等，是当前诊断机械故障常用的手段之一[1]。一般将共振解调技术拆分为振动与脉冲、SPM与共振解调、硬件软件解调等方面，来进行技术分析。

1.1振动与脉冲

脉冲主要指冲击脉冲，是指由于两物体碰撞，导致一定能量出现了振动，称之为脉冲。脉冲往往是非连续的，常以压力波形式传递。脉冲的速度与物体碰撞的冲击速度有很大关系，这种脉冲速度不受介质影响，但波动的大小会呈现出由中心点向四周逐渐衰减的特征。利用传感器对脉冲信号进行收集，可以得到脉冲信号，脉冲强度不同对应的脉冲信号也会有很大不同。由于脉冲信号出现的差异化，为该技术应用机械故障诊断打下良好基础。

1.2 SPM与共振解调

SPM与共振解调都属于脉冲的一种形式，只不过二者在信号诊断方面存在一定不同，其中前者主要是对时域进行诊断，后者则是对频率区域诊断。在利用共振解调技术进行故障诊断中，时域脉冲往往比较窄、相对幅度值也比较小、而频谱会十分丰富，因此利用共振效用，将原来微弱的冲击波放大6倍左右，带动半波整流与通滤波整流，将故障冲击波信号保留。将其中低频率常规干扰音波进行筛除，得到具备自由衰减特征的高频间歇震荡波形图。待震荡波形图获得之后经过包络检波，便可以得到与原始冲击波相同的脉冲图像。得到的新的脉冲图像由于经过一系列技术处理，时域被扩展开来，此时将脉冲信号分为频谱分析与时域分析。

船舶机械运行平稳正常时，振动信号表现也很平稳。一旦机械出现故障时，反映在振动信号上则表现为振动信号在一定时间内表现出一定周期性，通过此可以对机械是否产生故障进行判断。共振解调技术中用来传递振动信号的传感器，相当于振动的机械系统阻尼小，其频率等于谐振的频率，传感器脉冲响应函数如下：

（1-1）

式中，t表示时间，表示穿感激器安装谐振，表示阻尼因子，m表示振子质量。

该故障所表现的冲击波通过传感器是相对于给传感器一个冲击δ（t-nT），δ（t）式中表示狄拉克函数，T表示脉冲冲击序列周期，n表示δ（t）周期。经由传感器传出的信号响应等于输入信号与单位脉冲相应函数的卷积，具体公式如下：

s（t）=h（t）δ（t-nT）

=δ（t-nT）（1-2）

因此，该技术在进行船舶故障诊断时信号模型为：

x（t）=n（t）+s（t）（1-3）

式中用n（t）表示其它噪声或称之为其他振动信号。

时域相关分析则主要采用LR/HR与dBm/dBc两种技术，两种技术的差异主要在捕捉区域与时间捕捉差异。

1.3硬件软件解调

振动传递与收集属于振动解调过程中重要环节，这一环节主要参与主体为计算机，通过相应的硬件与软件，将振动数据进行采集并分析。无论硬件解调还是软件解调各有优势。软件解调灵活性更强，但其对微弱的故障冲击信号解调能力比较相弱。硬件解调与软件解调相比，可以对微弱的冲击信号进行解调处理，但是其只能在固定的参数下进行解调，无法实现参数的自由调整，缺乏一定的灵活性[2]。两种解调方式恰好确保了共振解调技术的准确性与可用性，为技术的推广与应用提供了保障。

2.在船舶机械故障诊断中应用共振解调技术分析

2.1应用实例

选择某船旋涡轮增压系统作为此次实例的研究对象，在该系统中轴承往往是易损点，也是该系统运作的重点。因为在系统运行中轴承需要传输动力，实现运转，所以难免在实际应用中，损伤更大一些，轴承常常会出现轴承劳点蚀。由于共振解调应用起来相对简便，且诊断的准确性高，于是选择共振解调技术对船涡轮的齿轮进行检测。

利用共振解调方式对涡轮轴承的滚动体、内环、保持架、外环四个部位进行检测，根据波频信息分析轴承具体状态。在共振解调系统中输入轴承的具体型号，既定转速，得出数据显示其外环部位波频异常，说明其外环可能存在故障隐患。之后比对轴承征兆值正常是为0.07，损伤严重时为0.68。比对频谱图与征兆值发现外环征兆值从0.1逐渐上升至0.08有上升的趋势。之后将轴承拆下，其外环部位出现损伤。更换新的轴承之后再次测试，外环各项参数正常。

2.2应用策略分析

相关人员在船舶机械故障诊断工作中需要科学有序，利用现代化技术确保诊断的准确性，为船舶正常运行提供保证。在船舶故障诊断工作中可以从以下几方面优化入手，全面提升故障诊断水平：（1）注重共振解调技术设备的更新换代。随着技术的发展与进步，技术设备更新换代速度也比较快，相关人员在船舶故障诊断中需要注重共振解调设备的更新升级，与时俱进提升诊断的精准性，确保船舶可以正常运行。更新换代方面可以根据当前经济条件量力而行，在设备更新同时注重相关人才培养。相关企业需要做好日常人员技术培训工作，提升人员技术运用水平与设备操作的熟练程度，确保船舶正常运行[3]。

（2）利用振动解调技术时需要细致分析。上述案例中除了分析频谱之外，还要观察频谱相关征兆值的变化趋势，以细致化分析故障。切忌不可在没有全面分析之前下结论，且在分析故障时还要比对相关标准，确保比对准确，提升故障诊断准确性。相关企业可以将设备零件具体说明书、参数书等保留，便于诊断故障时用来比对，提升故障诊断精准性与规范性。相关人员在征兆比对上要根据相关比标准开展，必要时企业可以根据当前故障发生情况，与说明书与参数书中相关参数具体情况，明确故障诊断特征标准，提升故障诊断质量。

（3）完善相关故障诊断机制。在技术完善方面同时辅助以相应的故障诊断机制，将船舶故障诊断工作规范化统一化，提升故障诊断质量。相关企业可以从故障诊断周期、故障诊断记录、规章诊断人员等方面，全面优化船舶机械故障诊断体系，提升故障诊断水平。

（4）及时按照相关技术处理船舶机械故障。待故障诊断完毕后要及时进行处理，上述案例中当工作人员诊断出轴承外环出现问题时，及时拆卸轴承并替换新的轴承，并于替换结束之后再次振动解调测量，全面确保传播机械质量，十分值得借鉴。

结束语

综上所述，共振解调技术在船舶机械故障诊断中的应用前景广阔，利用该技术进行船舶故障诊断准确性较高，使用与推广价值很高。在具体应用中，相关企业可以完善故障诊断体系，更新技术，培养人才等全面提升船舶机械故障诊断水平。

参考文献：

[1]刘玉忠，赵舰.浅谈共振解调技术在船舶机械故障诊断中的应用[J].山东工业技术，2018（16）：53-53.

[2]江洪，唐勇，孙士尉.船舶起重设备电机故障维修技术研究[J].舰船科学技术，2018（12）：193-195.

[3]夏均忠，于明奇，黄财.基于Infogram的共振解调方法在滚动轴承故障特征提取中的应用[J].振动与冲击，2018，37（12）：29-34.

论文作者:李毅

论文发表刊物:《基层建设》2020年第1期

论文发表时间:2020/4/14

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