打桩振动监测报告

打桩振动监测报告（精选4篇）

篇1：打桩振动监测报告

浅析打桩振动效应在工程中的应用

对住宅楼打桩振动效应进行了测试,测试由打桩因素引起地面质点的振动速度(或加速度)及其振动关系随震源距加大的`衰减关系,进而评价打桩振动效应对周边建筑物的影响情况,以便给今后在类似施工方式、类似场地条件下工程施工提供参考.

作 者：李文巧 邹海宁 陈有顺 李世中 LI Wenqiao ZOU Haining CHEN Youshun LI Shizhong 作者单位：李文巧,邹海宁,陈有顺,LI Wenqiao,ZOU Haining,CHEN Youshun(青海省地震局,青海,西宁,810001)

李世中,LI Shizhong(宁夏回族自治区地震局,宁夏,银川,750001)

刊 名：高原地震英文刊名：PLATEAU EARTHQUAKE RESEARCH年，卷(期)：21(1)分类号：P315.9关键词：振动效应 衰减关系 测试 评价

篇2：打桩振动监测报告

1必要性

目前，振动监测已被广泛应用于冶金、石化、电力、化工、造纸、制药、机械制造等行业，在有大量的电机、泵、风机、压缩机、变速箱等机械设备在连续工作的系统中,通过监测这些旋转机械的振动幅度、频率、方向等物理量的变化,及时掌握设备的工作状态。半导体生产线中生产任务安排紧密，时间就是效益，一些关键设备一旦出现问题，会对整个生产线造成严重扰乱，甚至导致前期半成品报废，产品延期，造成重大损失。由于半导体生产线中设备数量多，种类杂，精度高，市场现有振动监测经验不能直接应用，在我所以及半导体行业内，尚无应用振动监测进行预测性维修的经验，处于技术空白。项目以振动监测为技术手段，通过建立模拟运行系统，积累分析数据，研究半导体生产线设备机械故障的振动特点，以期达到无损监测设备状态，发现设备机械故障隐患，从而在半导体生产线中应用预测性维修，减少故障停机对生产造成影响的目的。

1.1本项目研究的背景

1.1.1本项目的任务来源

近年来，随着国家的发展，我所产值由几亿到几十亿以及将要向百亿突破，科研生产任务也越来越重，各生产线的任务安排也是越来越紧密，设备可以说是生产线上最重要的环节，尤其是一些重点设备，其运行状态的正常与否对产品质量以及生产任务能否按时完成起着决定性的作用，一旦设备故障停机，对生产造成的影响也越来越突出，尤其是重点设备的长时间故障停机，往往会造成重大损失，目前我所生产用设备普遍采用事后维修方式，工作流程如下所示

在这种模式下，随着部门的不同，1—2步所需时间从几分钟到几天不等；第3步所需时间要看维修人员是否全部正在进行维修任务，在设备故障集中爆发的时候，这个时间甚至能达到三天；3—4步平均时间在一天内，80%的都控制在半天内，当然也有部分设备的故障较为复杂，判断故障需要几天甚至十几天的时间，这种情况所占比例不超过5%；4—5步所需时间视情况不同基本在两天内，紧急情况可以在半天内完成；6—7步，一些常规配件或已有成熟渠道的备件经常能在第二天到货，而一些非常规备件尤其是进口备件经常需要一两个月时间，有些个别的定制件甚至需要几个月以上；一旦到第7步，备件到货后，真正修复设备需要的时间往往很短，90%都可以在一天内修复完成。在这其中，1—2步的提交维修申请可以通过增强部门内部沟通减少，但是对一些对设备不够熟悉的操作者来说，可能判断设备异常状态都是有一定难度的，需要寻求部门内对设备更熟悉的人员的帮助，都会经过一定的时间，而且一些较为隐蔽的机械故障，在前期很难发现，不是专业的维修人员不会注意这些情况，等操作者发现时往往故障已经扩大化，造成了故障部件外其他部件的损坏。2—3步在有限的维修人力资源下，只能通过对设备的重要程度，进行有限程度的调控，优化程度有限。3—4步和备件到货后修复的时间基本可控且在整个维修周期内占比最低。在这整个维修周期内，6—7步，属于时间最长，而且我方不可控的阶段，往往设备修复耗时长，影响生产任务的情况，都是由于这一步用时太长的原因。重要的是在这整个维修周期内，设备处于带病运行或故障停机状态，无论是带病运行造成故障扩大还是设备长时间故障停机，都会造成重大损失。

如果，我们可以提前发现设备故障趋势，大致判断故障时间，较为准确的判断故障部件，我们的维修模式就可以进行改变，不再采用事后维修这种模式，改为预测性维修的模式，更加灵活的安排维修任务。如下所示

在这个过程中，免去了事后维修模式的1、2、3的过程，以一过程替代了4、5过程，尽管一过程和4、5过程同样时间不可控，但是，值得注意的是，这个时间段内，设备尚未发生故障，还在正常使用状态，同时用二过程替代了事后维修的7过程，这样可以综合考虑生产任务的安排情况和维修任务的繁忙情况，更合理的、有计划的安排维修时间，尤其是在这整个维修周期内，设备完全处于正常运行状态或大部分时间处于正常使用状态。用一句话概括预测性维修和事后维修的最大区别：预测性维修是把工作做在了设备发生故障之前，因此最大程度的降低了故障停机时间。

正是由于预测性维修的优越性且目前已有大量成功实施的案例，各国生产行业也对预测性维修越来越重视。要想在半导体行业应用预测性维修，振动监测作为预测性维修的重要手段之一，尚无资料显示其有半导体行业中应用的实例，亟需实验数据的积累及分析，这也是本项目的主要任务来源。

1.1.2新形势对振动监测在半导体生产设备中的应用提出了迫切的需求

在我所从事生产用设备的机械故障中，约有2/3的故障是由运动部件动作不畅直接或间接造成的，其中部分严重的情况会造成故障扩大，如电机烧毁、传动轴磨损、丝杠损坏以及导轨损坏等。还有部分电气故障是由于设备运动部件状态不良，振动过大，造成一些传感器移位，从而导致设备异常，甚至造成设备误动作，损毁部件的情况；包括部分线路接触不良也是由于设备的异常振动导致线路松动所致。

如图一所示，为等离子清洗所用真空泵，由于清洗工艺不可避免的造成泵内有粘稠状胶质物积累，该状况无法通过换油改善，胶质物经过长时间累积到一定量后，会造成真空泵负载变大，导致了该泵联轴器超负荷运转损毁，虽然因为其所用电机有过热保护没有烧毁，但长时间在临界状态的运转，也会造成电机寿命缩短，如果提前通过振动监测察觉其振动状态改变，仅需在故障前期进行维护，对泵腔、转子及旋片进行清洗即可。

图二所示为某激光设备工作台Y轴驱动电机，当工作台Y方向不能动作时才发现故障，经判断为电机轴承卡死，由于该设备为进口设备，轴承不易寻找，用时三天才找到备件，若能在其故障前期发现，提前寻找备件，此次维修可以在两小时内完成。

图三所示为某激光打孔设备FP模组，因其噪声过大发现故障，此时故障已接近晚期，然而该模组为定制产品，下单后才开始生产，周期要30天，该设备生产任务安排非常紧密，每停机一天就有几千元损失，在发现故障后一周就已完全不能使用。由于其转速达到5000r/min，一旦靠人耳听发现噪音变大时，已经进入故障爆发阶段，将会迅速失效甚至造成故障扩大，若能在前期通过振动监测发现隐患，可提前订购配件，避免损失。

图一

图二

图三

尤其是精度越高，运动速度越快，转速越高的设备，在故障隐患其越难靠人的直观感觉发现，而这些情况下，故障的突然爆发往往会直接导致设备停机，甚至造成故障扩大。这就迫切的要求我们进行振动监测，以提前发现故障隐患，采取措施，从而避免损失。

1.1.3现有振动监测技术对半导体生产线设备的适用性分析

振动监测这一名词国外早在50多年前就已经提出，但由于当时测试技术和振动监测诊断故障特征知识的不足，所以这项技术在20世纪70年代前都未有明显发展。国内提出振动监测也有30多年的历史。

（1）振动监测就目前来分，可分为在线式和离线式。前者是针对冶金、石化、电力、等行业，设备需要连续工作的系统，在时间要求上相对较为紧迫，一旦延误甚至会发生生产安全事故，需要对设备进行24小时不间断监测，通过对其中旋转机械的振动幅度、频率、方向等物理量的变化，及时掌握设备的工作状态，利用计算机记录设备的运行参数，包括振动加速度、速度、位移等参数，通过和专家预置的信息相对比，一旦超过警戒值自动发出故障警报信息，故又称为自动专家诊断系统。系统的核心是专家经验，但是如何将各行业分散的专家经验进行系统化和条理化，能够统一运用到各行各业不同的设备上，是目前国内外许多专家正在研究的一个技术问题，因此这种诊断系统不能进行无缝移植，不能再不同设备间通用。即使市场上的专业振动监测公司，也是针对特定的设备设计和制造振动监测诊断系统，该系统具有唯一性和不可移植性。

（2）离线式振动监测是在有需要时，由人到设备现场，对设备各部位进行振动监测，可以将振动信号、数据采集后离开现场，进行仔细的分析、讨论或模拟实验，因此称它为振动监测离线诊断。离线监测诊断在故障诊断深入程度上要比在线诊断具体的多，因此难度也较大。

振动监测离线故障诊断技术包括诊断思维方法、振动故障范围及其特征（包括数据处理）和机理。但一般所说的故障诊断技术主要是指故障特征和机理，对于故障诊断思维方式和故障范围的研究，目前还未有特别深入的研究。

（3）半导体行业相对电厂、矿场来说，设备的规模较小，但精度要求高，设备台数多、种类多，需要监测的重点设备随生产任务的变化会随时改变，各生产线区域分开，甚至不在同一厂房。生产任务安排紧密，无法定时停机检修。现有的在线式监测系统，安装调试复杂，一旦应用于一套设备后，如需更换应用设备，要重新安装调试，过程复杂、漫长；另外，对半导体生产来说，在线监测方式存在影响产品稳定性的可能。所以，在半导体生产线更适合离线式、便携式的监测方式，由维修部门和使用部门合作，进行每日、每周点检，持续性采集数据，然后针对不同的设备建立各自的数据库，再分门别类的进行数据分析的方式进行。

综上所述，我们只能借鉴现有的振动监测诊断技术，不能生搬硬套到我们的生产线上运用，还需要自行进行实验研究，累积数据加以分析，以应用到我们生产线的设备上，而随着生产任务越来越重，应用振动监测手段来减少设备停机时间，提高生产效率，也是非常必要的。

1.2国内外现状和发展趋势

上世纪70年代以来，美国的后勤工程（Logistic Engineering）、英国的设备综合管理工程（Tero Technology）及日本的全面生产性维修（Total Productive Maintenance）的创立，标志着维修作为一门独立的学科登上应用工程学的舞台。伴随着维修科学的发展，预测性维修作为一种新兴的维修方式成为行业研究的热点。

预测性维修最早在西方发达工业国家兴起，目前已经是“工业4.0”提出的关键创新点之一，有资料显示，德国工程行业现已普遍接受并理解预测性维护这一重要的行业趋势。已有有部分公司着手深入解决这个问题。

预测性维修发展到现在，基本已经有了成熟的体系，如下所示

据知名物联网研究机构Lot analytics2017年发布的报告指出，2016-2022年期间预测性维修的复合年均增长率（CAGR）为39％；到2022年，技术支出将达到10.96亿美元（如图四所示）。

图四

报告数据基于110家从事预测性维修实施的技术公司相关业务的收入所得出，这些公司跨越13个行业和7个技术领域。

图五显示的是前二十名实现预测性维修的公司。

图五

IBM利用数据分析和优化能力，帮助美国的普惠发动机公司实现预测性维修，从而防止由于发动机故障导致的飞机事故。

SAP发力预测性维修市场已然有多年历史，并因此成为与“预测性维修”相关的关键词搜索最多的公司。全球最大的空气压缩系统供应商之一的凯撒空压机，借助SAP 预测性维修及服务解决方案实时监控压缩空气站的情况，并在客户资产出现故障之前主动采取维护措施。

作为工业自动化的专家，西门子将预测维修应用于工厂设置和工业设备的自动化系统中。西门子于2016年10月在德国铁路公司推出了为期12个月的预测性维修试点。西门子与美国致力于数据分析的Azima DLI公司合作，在NASA阿姆斯特朗飞行中心（冷却系统）实施预测性维修。

在我国，也已有大量成功应用预测性维修的案例。如2015年3月，长春第一热电厂锅炉引风机进行了以振动监测为主的故障预测。2015年4月，首钢长治钢铁有限公司轧钢厂的杨诚潜在《山西冶金》发表了《状态检测与故障诊断技术在精轧机设备管理中的应用》一文，其中介绍了两起以振动监测手段发现精轧机齿轮、滚动轴承故障隐患的案例。

我国的预测性维修技术还是处于较落后的阶段，属于个别零散的运用，没有比较标准的，具有较好通用性的成熟系统。尤其是在半导体行业，更是没有实施案例。

预测性维修是一个极为复杂的系统，振动监测及诊断技术是其中最为重要的一环，尤其是对有旋转部件的设备来说，振动监测及诊断技术更是核心部分。半导体生产线的设备99%的都具有旋转部件，想要在半导体生产线实行预测性维修，首先就要进行振动监测及诊断技术的研究。而针对半导体生产线的设备的特点，以振动监测手段来进行预测性维修，即简便有效成本又低。

1.3 存在的问题

目前，存在的主要问题是，国内没有振动监测在半导体生产设备上应用的经验，更没有累积的数据。现有的为一部分通用经验和数据，再就是其他行业部分设备的应用经验和实例。直接移植到半导体生产设备上将会有不适用现象。

1.3.1可能会对设备产生影响

在线式监测系统需要在设备上加装大量传感器，以及加装大量线路，再连接到远程端的在线振动监测控制箱或工控机，如图六所示为钢铁厂精轧机在线监测系统，系统结构复杂，针对设备单一，一旦安装不可移动。半导体生产线设备数量种类众多，重点设备也是种类数量众多，都建立在线式振动监测系统不太现实。另外，虽然半导体生产设备大多规模相对较小，但是精度要求高，动作维度多，复杂程度高，在线监测系统加装的众多传感器和线路难免对其动过造成一定影响。包括过多的线路对设备是否会造成信号干扰也是不可预测。

图六

1.3.2可能会对设备的状态产生误判

现有的离线式振动监测经验多是在电力、矿场、化工等企业的设备上得来。如汉能华科技对风电企业风电机组的离线式振动监测；北京万博振通对山东鲁恒生电气车间0.5MW电机的监测。这些设备有一些共同的特点：体型庞大，功率大，对精度要求低，经振动监测发现不正常时，往往有经验的维修人员凭感觉也能发现振动、噪声的异常，这时故障已经发生，造成了部分部件的损坏，大多数只是用振动监测的方式判断故障发生的大概位置，进行亡羊补牢式的操作。如对某厂循环水泵（图七）进行振动监测发现异常，此时拆解检查后，发现电机轴承外圈跑圈（图八），也就是轴承存在部分失效情况，此时在电机转动时，轴承外圈和轴承安装孔之间已经存在了相对运动，这时其实已经对部件造成了损坏（图九），其实此故障在早期应该只是轴承转动不畅，当轴承本身阻力达到一定程度时，由于一般轴承外圈和轴承孔之间为过渡配合，摩擦力相对较小，此时就会出现轴承外圈跑圈现象，造成故障扩大。

图七

图八

图九

这种大型设备本身正常运转时振动就大，故障前期的振动信号被隐藏在正常震动中，就造成了隐患发现延时的情况，但是如果监测信号放大过渡，又可能会造成误报。与之相比，半导体生产线的设备体型小、功率小、精度高。正常运转时振动很小，即使故障时的振动相对那些大型设备也是很小的，如果套用那些现有的大型设备的振动数据，恐怕会都被认为在正常工作范围内，无法监测出问题，必须对采集的数据进行处理、分析，但是同样的，如果数据处理的不合理，也会出现误报现象。

总之，现有的在线式振动监测及诊断系统和离线式振动监测及诊断技术都是只适用于特定行业的部分设备，对半导体生产设备来说并不适用，直接简单移植套用，不只起不到预测故障发生时间和部位以进行预测性维修的作用，还会造成无法发现隐患或故障误报的情况，对正常的维修工作造成干扰。

1.4项目的作用和意义

本项目拟针对预测性维修中的的核心技术，振动监测及诊断技术在半导体生产设备维护维修中的应用问题进行研究，从而经过数据、经验的积累，在半导体生产线运用此技术，减少意外停机，降低设备故障对生产造成的影响，提高生产效率；同时，通过对故障的预测，在故障前期进行维护维修，防止故障扩大，降低损失。

2研究目标

本项目的研究目标是：紧跟国际前沿技术发展趋势，结合已有的研究成果，设计制作有自主产权的模拟半导体生产设备工作状态的失效模拟系统，研究半导体生产设备机械动作部分故障前的振动变化状态，通过实验和数据的累积，运用现在先进的科技手段和数据分析手段，首先做到在试验系统可以预测故障发生部位和时间，进一步以试验得到的经验和数据，结合实际生产用设备数据的采集工作，在实际生产线的重点设备上进行振动监测，达到预测重点设备故障发生部位和时间的目的，从而可以根据生产安排情况，开展预测性维修，减少设备故障对生产造成的影响；同时避免过度维修造成的浪费。

3.研究内容

通过监测采集数据，对采集到的数据进行分析，根据加速度、速度、位移等数据，进行对比，结合理论研究，对动作部件的工况进行判断，通过研究数据的变化趋势，对部件的状态趋势进行判断，预测故障隐患部位及故障发生大概时间。应用前景

该项目完成后，将可以在半导体生产线中应用振动监测手段，在机械动作的故障前期发现隐患，从而可以根据生产安排，灵活有计划的决定进行维修的时间，减少因临时停机对生产造成的影响，同时可以避免故障扩大，减少损失。若技术成熟，简化操作，可以很大程度上可以实隐患性机械故障的发现不再过于依赖有经验的维修人员，推动预测性维修和全员维修在半导体行业的发展，提高行业的生产效率。可行性分析

作为项目承接单位，计量维修部是由原十九室和计量中心合并组成，十九室一直从事我所科研生产设备的维修工作，有大量的维修经验，有力的技术支持，计量中心有丰富的计量、测试的理论知识和实际经验，又有丰富的做项目的经验，我们组成的计量维修部，一定可以发挥1+1>2的水平。项目团队技术水平较高，熟悉半导体生产线的各种设备，具有丰富的维修经验及设备理论基础，项目负责人具备专业的技术知识和能力，具备完成该项目的研究基础和研究条件。

需重点解决的技术难点，怎么让其具有一定的通用性；如何在复杂的数据中区分出有效数据和干扰数据；如何把数据和部件对应起来。

5.1 具备的研究基础

20世纪70年代以来，电子技术和信号处理技术的迅猛发展，转子-轴承系统动力特性研究的不断深入，有力地促进了大型回转机械状态监测和故障诊断技术的发展，使大型回转机械状态监测和故障诊断技术水平不断提高。无论是用于离线监测和在线监测都有比较成熟的产品供选用，如德国vibro-meter在线振动监测系统，国内的航天智控AIC9900等。

在理论方面：国内有俞培松2007年在《同济大学》发表的硕士学位论文《滚动轴承振动故障诊断技术的研究及其实际应用》；黄伟国2010年在《中国科学技术大学》发表的博士学位论文《基于振动信号特征提取与表达的旋转机械状态监测与故障诊断研究》。

在实际应用方面：陈珊珊、李钢燕、何凤英2006年在《中国设备工程》发表的《振动诊断技术在设备点检定修中的应用》，介绍了振动监测在鞍钢某厂步进式加热炉风机故障诊断中的应用实例，并进一步说明了监测与诊断技术是实现点检定修的基础和重要手段；有杨诚潜2015年在《山西冶金》发表的《状态检测与故障诊断技术在精轧机设备管理中的应用》，介绍了振动监测在精轧机上的应用实例。

振动监测的应用在国内已有大量的论文提供理论支持和成功的实施案例。项目组具有丰富的半导体生产设备维修经验，对设备机械结构有足够的实践基础和理论基础，熟悉各种设备的机械易发故障和部件失效方式。项目组成员均具有大学本科及以上学历，具有学习振动监测理论知识的能力。综上所述，项目组具有完成项目的基础。

5.2 具备的研究条件

我所是国内最主要的半导体器件科研生产单位之一，在前道、后道都有多条生产线，设备数量、种类众多，可以为项目的实施提供丰富的参考样本，并且可以在日常做设备维修工作时，根据实际情况，随时检验研究成果。

现有的分析方法和数据不知道是否适用于半导体生产设备状况，需研究、测试、验证。不同的设备，不同的结构，其振动数据都不一样，如何在大量的数据中分辨出有效数据和无效数据，哪些数据是故障特征的表现，这是一个技术难点。

主要的风险是：虽然具有较好的理论性，但是没有经过专业的技术论证，实施起来可能难度很大，而且每一项可能都需要大量的时间，整体实施下来可能需要的时间可能会超过预期。

采取的措施：在实际操作中优化各方案，随时优化模拟系统结构和加速失效方法，加强学习振动理论和数据分析的方法，同时请各相关专业的学术机构对方案进行可行性论证和向各相关专业的专家请教学习。已实施的应用情况

前期以维修人员经验为主，通过听和触摸判断设备运行中振动状态的改变，对设备动作部件的工作状态进行定性判断，主要实施案例如下：

1)印刷机的吸片风机噪声异常，触摸感觉振动剧烈，明显超过正常运行的振动程度，判断为轴承故障，通过拆解确认，轴承滚珠生锈，转动卡顿，更换轴承后该风机运行状态恢复正常，避免了因轴承卡死造成电机烧毁。

2)退火炉上舟故障，在维修时发现下舟驱动装置噪声异常，振动变大，判断为直线轴承故障，对设备进行拆解检查后发现4个直线轴承均出现不同程度的防尘圈老化有脱落物进入轴承内部，滚动体有锈蚀、磨损现象，其单独在导轨上滑动时就有滚动体失效造成的动作不畅现象，所以造成了运行过程中的异常振动，同时还发现6个驱动轴承有不同程度的磨损，有的已经卡死不能转动，但由于驱动轴承较小，卡死不转不导致设备振动变化幅度较小，通过人的感觉无法提前发现。对损坏的轴承进行更换后，设备振动状态恢复正常。

3)干泵在运行中噪声、振动明显变大，判断其轴承磨损或转子磨损，即将发生故障，及时寻找备用泵，在造成故障停机前对异常干泵进行替换，减少了因故障造成的设备停机时间。

4)加工中心在运行中主轴振动变大，判断为主轴轴承磨损，需进行更换，及时对主轴进行维护，避免了主轴卡死造成更大的损失。

5)印刷机印刷头在X方向运行时噪声、振动明显异常，判断为滑轨滑块磨损，提前订购滑轨滑块，在生产间隙进行更换后恢复正常，避免了因设备故障对生产进度的影响。

6)

溅射台吊架转动噪音、振动变大，用测振仪进行监测，加速度值在0.7~0.8~0.9~1.1m/s，速度为0.1mm/s，位移为0.003~0.004mm，由于该部件运转速度较慢，转速在15r/min，且故障现象较轻，尚能正常使用，认为速度值和位移值只具有一定的参考价值。其在低速运转情况下，加速度值较大，且周期性变化明显，说明在运行过程中具有一定的刚性冲击，位移值和速度值较低，说明冲击过程较短，程度较低。造成这种情况有两种可能，一是轴承有间歇性卡顿，二是腔体内有障碍物对吊架的转动的路径造成了一定的遮挡。进行拆解后，去掉了电机、减速箱和吊架主体，仅对转动机构进行检测，加速度值为0.1~0.3m/s，因此时无法对其进行有效固定，速度值和位移值不具有参考性，周期性变化的加速度值进一步说明了具有间歇性的刚性冲击，此时可以准确判断为轴承具有间歇性的卡顿现象。进行拆解后发现轴承有锈蚀现象，且有大量脱落的锈蚀粉末。

溅射台吊架转动噪音、振动变大，用测振仪进行监测，加速度值在0.7~0.8~0.9~1.1m/s，速度为0.1mm/s，位移为0.003~0.004mm，由于该部件运转速度较慢，转速在15r/min，且故障现象较轻，尚能正常使用，认为速度值和位移值只具有一定的参考价值。其在低速运转情况下，加速度值较大，且周期性变化明显，说明在运行过程中具有一定的刚性冲击，位移值和速度值较低，说明冲击过程较短，程度较低。造成这种情况有两种可能，一是轴承有间歇性卡顿，二是腔体内有障碍物对吊架的转动的路径造成了一定的遮挡。进行拆解后，去掉了电机、减速箱和吊架主体，仅对转动机构进行检测，加速度值为0.1~0.3m/s，因此时无法对其进行有效固定，速度值和位移值不具有参考性，周期性变化的加速度值进一步说明了具有间歇性的刚性冲击，此时可以准确判断为轴承具有间歇性的卡顿现象。进行拆解后发现轴承有锈蚀现象，且有大量脱落的锈蚀粉末。

溅射台吊架转动噪音、振动变大，用测振仪进行监测，加速度值在0.7~0.8~0.9~1.1m/s，速度为0.1mm/s，位移为0.003~0.004mm，由于该部件运转速度较慢，转速在15r/min，且故障现象较轻，尚能正常使用，认为速度值和位移值只具有一定的参考价值。其在低速运转情况下，加速度值较大，且周期性变化明显，说明在运行过程中具有一定的刚性冲击，位移值和速度值较低，说明冲击过程较短，程度较低。造成这种情况有两种可能，一是轴承有间歇性卡顿，二是腔体内有障碍物对吊架的转动的路径造成了一定的遮挡。进行拆解后，去掉了电机、减速箱和吊架主体，仅对转动机构进行检测，加速度值为0.1~0.3m/s，因此时无法对其进行有效固定，速度值和位移值不具有参考性，周期性变化的加速度值进一步说明了具有间歇性的刚性冲击，此时可以准确判断为轴承具有间歇性的卡顿现象。进行拆解后发现轴承有锈蚀现象，且有大量脱落的锈蚀粉末。

对轴承进行更换后，单独对转动部分进行测量，加速度值为0.1m/s，且保持不变，对设备进行恢复安装后，噪声、振动情况恢复正常，同时产品溅射均匀度有所改善。案例分析：由于轴承间歇性的卡顿会造成吊架转速的不均匀，从而影响到产品溅射均匀性，而产品在进行溅射时是在真空密闭环境下，操作者无法有效观察到吊架旋转状态，设备本身只能设定吊架转速，没有对吊架转速的实时监控，所以在进行生产时吊架的旋转情况是不可知的，此次通过对吊架转动过程中的振动监测，发现了隐性故障，改善了产品溅射的均匀性。阶段总结

振动监测在半导体设备维修中具有一定的应用前景，通过依靠维修人员的听和触摸操作进行监测，可以判断振动较为明显的故障，但是针对本身振动较小、隐性的、振动改变轻微的情况，维修人员无法仅靠感官进行判断，需要通过仪器辅助，难点是没有任何经验，外界也没有半导体设备振动监测的经验可借鉴，而且对于高精度的设备，能否真正进行有效的应用不可知，目前也没有在高精度的设备上成功应用的机会和案例。后期计划

篇3：振动打桩机施工影响的简化分析

1. 打桩机与土体振动分析

1.1 沉桩分析

振动打桩机的理论分析一般采用前苏联巴尔坎教授提出的单自由度振动理论[1]。振动打桩机工作时, 把桩看作一个均质刚体, 土壤为其弹性支撑。桩与土壤组成一个单自由度的振动体系[2]。根据动力学基本定律, 可列出微分方程:

式中:m—振动体系总质量, 为振动打桩机质量及桩质量之和;c—土壤变形系数;r—土壤黏滞阻尼系数;P0—打桩机激振力:P0=m0ω2e;ω—激振频率;m0—激振器质量;e—激振器偏心距。

则式 (1) 为:

式 (2) 通解为:

幅频特性曲线, 见图1[2]。

分析幅频特性曲线可看出: (1) 当Z>>1 (ω>>ωn) 时振幅A趋近于一定值A0。A=A0=m0e/m, 说明振动体的振幅这时不因外界条件的变化而增减。即当振动体的自振频率ωn或阻力系数r改变时, A基本保持稳定不变, 在设计振动打桩机时一般选择较高的振动频率ω。 (2) Z=1 (ω=ωn) 时, A/A0=1/ (2 v) , 表明振动体振幅受到黏滞阻尼的限制。当阻尼很小时, AA0, 即产生共振。共振时振动器的偏心力矩m0e不变, 但振幅A增大是振动打桩机所希望的。但这时振幅不稳定, 当外界条件变化时, 振幅将锐减。所以选择共振工况沉桩振动打桩机的参数确定比较困难。

静止于土里的桩, 与土之间存在静摩擦力, 如果对桩给以强迫振动, 则桩在强迫振动力作用下会引起一种固定不变的稳态振动, 这种协调振动传播给和桩接触的土壤粒子, 使土壤的抗剪强度降低, 产生剪切和相对位移等复杂变形。振动使土壤静摩擦力急剧下降。用系数μ表示静摩擦力T与下降后摩擦力Tv的比值, μ主要由振动加速度的大小支配[2], 试验表明:随着振动加速度的增加, 桩周、桩端的土壤产生假液化现象, 此时桩的前端阻力和侧面摩擦阻力减少得非常显著。用η来表示振动加速度与重力加速度之比:η=a/g。当桩处于静态时 (η=0) , 桩阻力有一极大值Tm a x, 随着振动加速度a的增大, 阻力T减至最小Tm i n, 但阻力并不随加速度的增加而趋近于零, 而是趋近某一极限值。可用下式表示出极限静摩擦力Tmax和极限动摩擦力Tv m i n的关系:

式中β为振动影响系数, 一般钢桩β取0.52。从上式可看出, 要减小阻力就要增大η, 但当x=ηβ=5时, e-x也只有7/1000。所以, 无限度地增大η并不能带来更多的好处。一般η取1 0左右, 即振动加速度取10 g左右, 就能满足沉桩需要, 振动打桩机中加速度不是其基本参数。由αm a x=Aω2可知:加大频率ω比加大振幅A更容易获得大的振动加速度, 振动打桩机的基本参数是频率ω和振幅A。由幅频特性分析可知振动体的振幅一般不因外界条件变化而增减, 所以振动打桩机的实际工作振幅都不大于10mm, 振动打桩机的最基本参数是频率ω。

前面分析是基于振动体系质量m=m打桩机+m桩为定值的结论, 当振动体的质量不足, 需要增加配重或加压, 但此时振幅及振动加速度会减小, 使阻力Tv有所增大。选择振动打桩机的频率时要结合桩锤重量、类型与桩锤阻力即土质条件综合考虑。

1.2 土体振动分析

在打桩的过程中, 由于桩与土壤之间有一定的摩擦力, 所以带动了桩周边土壤一起振动, 应根据不同的土壤固有频率和阻力大小, 对振动桩锤作相应的频率和力矩调整, 以接近土壤频率, 使沉桩阻力最小, 功率利用系数最高[3]。

各种振动桩锤激振力所引起的土粒振动速度实验曲线图2[4]所示。由该图可知, 振动打桩机对桩周围土纵向振动的明显影响范围约在16m内。如假定土是各向同性的, 比照垂直集中力作用在半无限空间体上应力扩散规律, 则振动打桩机对桩周围土纵向振动的水平明显影响范围也约在16m内。

普通振动锤在启动和关闭振动桩锤时, 由前面幅频特性分析可知:会出现共振区;遇到硬固地层时, 沉桩阻力增大, 偏心块的转速和桩锤振动频率降低, 也会造成较强烈振动。因此, 普通振动桩锤在启动、关闭及穿过硬固地层时, 其激振力往往对周围环境产生最大的土粒振动速度, 传至地面的振动较大, 对临近施工现场的建筑物结构有一定影响。

变频变矩振动桩锤在达到设计转速之后才开始振动, 在关闭振动桩锤及偏心块转速下降之前先减小偏心力矩和振幅, 从而消除了通过共振区时出现的有害振动传至桩架及土壤, 更不会在穿过硬固地层时产生强烈的低频振动。在城市施工时, 只要适当调整振动桩锤的偏心力矩, 操作人员便可将振幅降至沉桩所需的最低水平, 以限制传至周围区域的最大土粒振动速度, 消除对临近施工现场建筑物结构的影响。

2. 振动对邻近房屋影响的简化分析

一般情况下, 合理分析振动打桩机对邻近房屋建筑影响的方法应采用反应谱法或位移法[5], 但这两种方法都要进行现场实测工作 (前者要实测加速度谱, 后者要实测上部结构水平位移或加速度谱) , 再通过对实测过程的数据处理及一定的结构计算, 才能作出影响评判, 对房屋检测鉴定来说略显复杂。将本节分析与前节分析结合起来, 对大多数多层建筑可采用下述简化法, 只有简化法不能作出判断时, 才采用反应谱法或位移法。

2.1 距离与邻近房屋结构侧移计算简化法

如果鉴定房屋结构的建筑、结构设计, 施工记录和竣工资料齐全, 则可通过这些资料计算结构每层的重力荷载代表值, 每层取一个质点, 将每层的重力荷载代表值当作水平力作用在每层的质点处, 用结构力学方法求出结构的顶点假想侧移。

已经建立了很多该假想的结构顶点侧移与结构自振周期间的关系式, 可用侧移与结构自振周期间的半理论半经验公式:, 再由ω1=2π/T1计算结构的自振频率, 将结构的计算自振频率与振动打桩机的工作频率进行对比, 如振动打桩机的施工不引起房屋结构的共振, 房屋结构离开振动打桩机的施工场地有16m以上, 特别是对于变频变矩振动桩锤的振动打桩机, 则可判定振动打桩机的施工不会对正常使用、结构良好的房屋产生有害影响。

2.2 距离与邻近房屋结构实测自振频率简化法

现场实测鉴定房屋结构的自振频率, 同2.1一样, 将结构的实测自振频率与振动打桩机的工作频率进行对比, 可作出判断。

2.3 距离与邻近房屋结构侧移目测简化法

就大多数多层建筑而言, 结构侧移受结构自振频率的影响并不十分敏感, 施工时结构振动顶点侧移在10mm以上, 人们是能目测估读出来的, 将估测结构振动顶点侧移当作每层的重力荷载代表值作为水平力作用在每层的质点处时产生的假想结构顶点侧移, 因而可以同2.1一样, 计算结构的自振频率, 将估测顶点侧移计算的结构自振频率与振动打桩机的工作频率进行对比, 可作出判断。

3. 结论

通过对振动打桩机系统和土体振动分析, 建议了振动打桩机施工影响分析的三种简化方法。可以得出如下结论:

(1) 振动打桩机的基本参数是频率ω和振幅A。振动打桩机的实际工作振幅都不大于10mm, 振动打桩机的最基本参数是频率ω。

(2) 国内电动机驱动的振动桩锤转速多选择在800～1500r/min范围内, 激振频率ω在80～160s-1之间, 振动桩机对桩周围土纵向振动的明显影响范围约在16m内, 振动打桩机对桩周围土纵向振动的水平明显影响范围也约在16m内。

(3) 大多数多层建筑由于结构自振周期短, 结构的自振频率大, 很难与施工时的振动打桩机形成共振, 一般在设计桩基础时, 建筑场地离邻近房屋20m以上才设计采用振动打桩机施工, 因而大多数情况下可采用以距离和房屋自振频率为主要参数的简化法判断振动打桩机施工对邻近房屋的影响, 只有简化法不能作出判断时, 才采用反应谱法或位移法。

摘要：通过对振动打桩机系统和土体振动分析, 指出了振动打桩机施工对邻近房屋建筑影响的主要参数, 提出了振动打桩机施工对邻近房屋建筑影响分析的三种简化方法。

关键词：振动打桩机,施工影响,房屋建筑

参考文献

[1]杨振中.小型振动冲击式打桩机冲击点优化及计算机仿真.水利学报.1999, 8:72-76.

[2]贾武学.振动打桩机沉桩的理论计算。机械研究与应用.1999, 9:20-22.

[3]蔡绍琚.液压控制式变频变矩高频振动桩锤。建筑机械.1998 (12) :19-21。

篇4：直升机振动监测分析

【关键词】直升机；震动；HUMS；EC225

1.直升机振动形式

由于直升机设计及工作特性，转动部件很多，不可避免地存在振动。振动来自各种活动件，桨叶、传动机构、发动机、这些振动对机体结构产生应力，缩短部件的使用寿命，影响直升机的舒适程度，对安全威胁很大.本文主要分析来自于主桨及尾桨振动。

振动为一种快速的振荡运动。这样的振荡运动可以表述为：如左下图振动曲线，位移或振幅、频率。直升机描述旋翼系统中的振动水平，常用振动频率与旋翼旋转速率相比较。每圈一振：在旋翼旋转一周发生振动5个循环，也就是5R振动或者比率为5：1。

现代直升机通常使用了震动监控系统，可以采集到整机不同部位震动的频谱。这对于分析全机震动很直观。如右上图，可以在不同的震动频率看到振幅大小，不同频率通常指向不同的部件，震动值的突变，常可以发现部件的功能损伤失效。

2.引起振动的原因

转动部件的振动频率一般与部件的转动速度有关，而直升机上部件的转动速度各不相同，因此振动频率是识别振动来源主要指标。振动按频率一般分三类：低频振动，主要来自于主桨系统，中频振动，主要来自于尾桨系统，高频振动，主要来自于发动机和高速传动轴，一些固定频率的震动也指向特定转动附件。根据振动的幅度大小，再辅助以转动速度、飞行速度等其他因素，可以准确地找到振动的原因。

2.1低频振动

对各种主桨系统来说，最常见的振动原因是桨叶锥体偏差。锥体是指直升机所有桨叶叶尖转动轨迹都在一个平面内，首先应该在地面进行桨叶锥体的检查，合格后，再进行悬停状态的检查。一般振动可以分为两种形式：

垂直振动：是由于桨叶产生的升力不相等，即主桨锥体超标而引起，与飞行速度有直接关系，飞行速度越大，振动越大。如果振动发生在低速状态下可以通过调节变距拉杆长度来减小振动；如果振动发生在高速度状态下，调节桨叶调整片角度来减小振动值。频率匹配器失效也可产生意外震动。

横向振动：因主桨系统平衡超标而引起，与主桨转速有直接关系。如果振动随着旋翼转速的增大而增加，是展向平衡超标，应该在轻的一端加配重，通常有重量平衡片或铅沙。如果振动随着转速减小而增大，是弦向平衡超标引起桨叶后掠过大。频率匹配器设定及相位不正确，也会产生横向震动。

2.2中频振动

尾桨转速高，中频振动一般由尾桨引起。尾桨出现缺陷，中频振动值很可能超标。以下列举一些常见起因： 尾桨组件不平衡、尾减速器传动轴同轴度偏离设计值、 水平安定面连接点松动、 减速箱齿轮磨损。

2.3高频振动

高频振动是由高速运转部件产生，如发动机，有一些传动部件的转速与发动机相同，如：自由轮、飞轮机构、连接发动机与主减速箱的输入轴，进行高频振动分析时，这些部件也应被考虑为潜在起因。

3.主桨锥体校正

“打锥体”的定义就是尽量使所有主桨叶片翼尖轨迹在转动中处于同一平面上的过程。

锥体调整可以采用以下两种方法中的一种，或者同时两种：

地面锥体调整一般是通过调整变距杆的长度来实现。通常情况下的做法是将飞行控制系统以及变距杆恢复到其基准状态下，重新进行锥体检查。维护手册中通常会给出每个变距杆调整量相对于翼尖轨迹的移动变化量。调整量的单位通常为“圈“，维护手册还会注明变距杆伸长或缩短的最大允许长度。如下图欧直EC225飞机旋翼给出的固定Δi值，就是转动变距拉杆i/10圈，调整翼尖轨迹的同时还有调整了桨叶的攻角。经过这个粗调，翼尖旋转轨迹基本在同一平面了。

飞行锥体通常通过调整固定安装的调整片来实现，进行微小的锥体调整。主桨叶通常会有6到9片调整片，有二片是用来进行飞行锥体调整的，其它的都是不可调的，保持出厂时设定的状态。维护手册中会给出调整片的最大允许调整量，如EC225直升机最大调整量是正负7度。下图所示，左面的桨叶当将调整片向下扳动调整后，将会使桨叶迎角变大；右面的桨叶当将调整片向上扳动调整后，桨叶迎角变小。

桨叶后缘调整片

使用“弯板器”和量角器对调整片进行调整。弯板器必须与需要进行调整的调整片尺寸长度是一致的，这样调整时整个调整片都被扳动，而不会造成变形或裂纹。

4.尾桨叶锥体校正

应用于主桨叶锥体检查中的方法也可以应用于尾桨叶锥体检查中。尾桨叶片一般没有桨叶后缘调整片，锥体调整一般通过改变变距杆长度来实现，通过调整置于偏心的重量调整片，也能达到一定效果。

5.机载震动监控系统

大型现代直升机加装了直升机应用及监控系统（HUMS）。该系统是用来监控一些影响飞行安全的参数。其中的一部分就是探测及记录桨叶、传动机构和机体的振动水平。

图示欧直EC225，有多达23个加速度计来探测传动机构振动的幅度，频率，方向。3个探测主桨；2探测尾桨，4个探测发动机上，另外有11个探测机体振动，主要探测各个减速器、传动轴、滑油散热风扇轴的震动。

飞行后的报告对分析振动很必要，数据通常包含（下转第186页）（上接第142页）振动出现位置、振动的频率、幅度、发生的阶段、飞行速度等、有无直接后果等。下载机载CMDR上的数据至地面站分析，可以看到振动水平，与设定的阈值比较，常可以发现潜在的故障，可以大大节省排故时间，提高直升机维护的质量。如上图0.25ips黄色的提示阈值，0.35ips的红色警告阈值。一旦震动指标跨越了红色警告区，必须仔细检查飞机，判断出失效部件，进行必要的维修处理。 [科]

【参考文献】

[1]EUrocopterEC225MMAR24，2013，8.

[2]M‘ARMSEurocopter training services，2011，26.