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振動監測與振動分析
Vibration Monitoring and Vibration Analysis

為什麼需要監測振動
生產成本是企業最重視的控制項目。機台的振動監控系統可以有效地降低工廠生產線的整體運轉成本。由工業機台所發出的振動訊號,,反映出一部機器的健康訊息。如果能即早瞭解機台是否快要故障,將可以減少生產出不良品的數量,更可以避免高額的機台維修成本與生產線停線維修時間。

利用QAS振動監控系統可以記錄機台的振動情況。生產線工程人員可以檢視振動水準與頻率,據以預測機台是否即將發生重大故障。通常工具機台無預警地故障會讓生產協調不順,除了需要較高的維修成本之外,尚且造成生產人員工時浪費、交貨不及以及原物料毁損。如果預先發現機台故障的跡象,事先排定離峯時間進行維護檢修,可以大幅降低上述各項成本。善用振動監測與分析系統可以瞭解生產機台的狀況,提供寶貴的生產線狀況做為決策分析資料。


振動感測器應用的領域
會發生振動的機具,就可能需要監測。具體的機具包括:

馬達和發電機(Motors/Generators) 壓縮機(Compressors)
冷卻塔(Cooling Towers) 風扇渦輪和引擎(Turbines/Engines)
幫浦(Pump) 齒輪與軸承(Gears/Bearing
滾筒或研磨機台(Rollers/Mills) 建築與橋樑(Structures/Bridges)
加工機(Machine Centers) 行進與運輸(Transportation)
生產線輸送帶(Conveyor)  

通常當上述機具有下列狀況時,就有振動異常的現象出現: 不平衡、安裝不對位(misalignment)、鬆脫、軸承損壞(bearing defects)、齒輪缺陷(gearing defects)、軸杆彎曲(bent shaft)、皮帶不良、共振、結構變形、熱脹等等。透過振動分析可以早期發現這些狀況。


振動的類型
振動監測的指標大致上有三個: 位移量(displacement)、監測加速度(acceleration)、振動頻率(frequency)。

振動位移量衡量了受測物體移動的距離。通常非移動性的物體若發生大距離的反覆性位移量,通常表示組裝已經鬆散,可能即將解體毁壞。不過高速變化中的位移量,其量取有著技術上的問題。一般都以加速度指標來取代。

加速度值代表受測物在單位時間內的移動距離。因此移動速度與位移量成正比。只不過,若移動時間很短,雖有高的加速度值,位移量依然很低。若要計算位移量,可以用加速度積分來計算。但這只是一個近似值,因為加速度的取樣頻率有限,無法連續監測到每一個微細的加速度變化。所幸在大部份的振動監測應用中,使用者關心的問題在於振動的強度,它可以用加速度值來代表。如果需要知道位移量的大小,再利用加速度積分來求取近似值。

振動頻率表示受測物體上下/左右或前後(空間三軸)反覆移動的時間間隔倒數。一個振動物體,其振動中可能包含著不同頻率的振動波型。透過目視法或傅利葉分析可以分解出不同頻率的振動。找出振動頻率有助於分析造成振動的原因。


結論
機具在運轉時,有正常的振動模式(vibration profile)。選擇適當的振動感測器(例如accelerometer),將振動資訊收集起來,透過電腦軟體進行檢視或分析可以發現機具的異常狀況。持續性地監測機具振動模式,可以早期發現問題,預做維護及相關配合措施,以大幅降低工廠整體營運成本。

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