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梁振東

（中國(guó)機(jī)械工程學(xué)會(huì)　中國(guó)振動(dòng)工程學(xué)會(huì)　中國(guó)設(shè)備管理協(xié)會(huì)）

摘　要：通過(guò)振動(dòng)頻譜、波形分析和趨勢(shì)跟蹤監(jiān)測(cè)方法，對(duì)低速重載齒輪箱中軸承進(jìn)行故障診斷與分析的現(xiàn)場(chǎng)實(shí)際案例。

關(guān)鍵詞：低速重載齒輪箱；滾動(dòng)軸承；振動(dòng)檢測(cè)；故障診斷

1　簡(jiǎn)述

低速重載齒輪箱軸承一般承受較大的負(fù)荷和扭矩，在其運(yùn)行過(guò)程中經(jīng)常會(huì)出現(xiàn)局部點(diǎn)蝕、剝落以及滾子破碎等嚴(yán)重故障，一般此類(lèi)齒輪箱通常用在一些大型的關(guān)鍵設(shè)備上，一旦發(fā)生故障，維修起來(lái)不但要花費(fèi)大量的時(shí)間和費(fèi)用，還會(huì)嚴(yán)重影響生產(chǎn)，本文案例所診斷的糧油大豆壓榨廠脫溶機(jī)(DT)減速機(jī)維修通常需要7-10天的時(shí)間。通過(guò)振動(dòng)監(jiān)測(cè)手段，能很好地掌握齒輪箱的運(yùn)行健康狀態(tài) ，合理安排檢修時(shí)間，避免重大停車(chē)事故，獲得較好的經(jīng)濟(jì)效益。

2　低速重載齒輪箱軸承損壞特征

低速重載齒輪箱軸承的使用除了受軸承質(zhì)量、安裝水平等影響外，通常還受設(shè)備帶重載頻繁啟動(dòng)、潤(rùn)滑油污染、高振動(dòng)等因素的影響。軸承疲勞、腐蝕、壓痕和膠合等隨著故障發(fā)展，通常會(huì)演變成磨損故障。

3　低速重載齒輪箱軸承振動(dòng)分析方法及故障診斷

低速重載齒輪箱通常齒輪級(jí)數(shù)多、軸承多，運(yùn)行過(guò)程中可能會(huì)產(chǎn)生各級(jí)齒輪嚙合頻率、各軸承故障特征頻率、各轉(zhuǎn)軸的轉(zhuǎn)動(dòng)頻率等等，頻率成分較復(fù)雜，而在這些頻率中，高速軸齒輪缺陷嚙合產(chǎn)生的沖擊能量通常較大，產(chǎn)生的幅值較大的振動(dòng)；而低速軸軸承、齒輪缺陷產(chǎn)生的沖擊能量往往較小，產(chǎn)生幅值較小的振動(dòng)，這就往往容易被忽視而造成漏判。

通過(guò)對(duì)振動(dòng)頻譜和波形的分析，可以很好地找出故障源所在。對(duì)振動(dòng)趨勢(shì)的監(jiān)測(cè)，能較好的掌握故障的惡化情況。

3.1 測(cè)點(diǎn)位置的選擇

低速重載齒輪箱的測(cè)點(diǎn)位置的選擇，最好能布置在承載區(qū)，以獲得最強(qiáng)的齒嚙合和軸承狀態(tài)信號(hào)。

3.2 測(cè)量參數(shù)的選擇

測(cè)量參數(shù)的選擇對(duì)故障的發(fā)現(xiàn)尤為重要。本文所采用的是振動(dòng)速度通頻振動(dòng)和加速度長(zhǎng)時(shí)間波形相結(jié)合。

對(duì)滾動(dòng)軸承監(jiān)測(cè)，我們可以用長(zhǎng)時(shí)間波形監(jiān)測(cè)異常沖擊；重點(diǎn)用振動(dòng)速度來(lái)監(jiān)測(cè)低速重載軸承損壞的中后期階段，當(dāng)速度譜中出現(xiàn)了軸承故障特征頻率成分并伴隨邊帶時(shí)，軸承狀態(tài)已經(jīng)非常糟糕。

針對(duì)滾動(dòng)軸承，速度譜最大頻率范圍我們可以參考10*BPFI， 但不管選擇什么樣的頻率范圍，分辨率一定要足夠大。

長(zhǎng)時(shí)間波形持續(xù)的時(shí)間至少取測(cè)點(diǎn)所在轉(zhuǎn)軸轉(zhuǎn)動(dòng)10轉(zhuǎn)所用的時(shí)間，當(dāng)然持續(xù)時(shí)間越長(zhǎng)越好，但數(shù)據(jù)量會(huì)比較大。

4　低速重載齒輪箱軸承故障診斷實(shí)例

4.1 某糧油大豆壓榨廠脫溶機(jī)(DT)減速機(jī)軸承故障診斷

脫溶機(jī)(DT)是大豆壓榨廠的關(guān)鍵設(shè)備，該設(shè)備能否正常運(yùn)行，直接關(guān)系到全廠生產(chǎn)的持續(xù)進(jìn)行。

2013年12月26日對(duì)該臺(tái)設(shè)備包括電機(jī)和減速機(jī)進(jìn)行了第一次振動(dòng)檢測(cè)，經(jīng)過(guò)分析，存在的問(wèn)題除了聯(lián)軸器對(duì)中不良外，其他正常。

2014年5月15日進(jìn)行第二次振動(dòng)檢測(cè)，檢測(cè)發(fā)現(xiàn)，齒輪箱的狀態(tài)與上次檢測(cè)時(shí)相比發(fā)生了明顯的變化，經(jīng)分析，得到的結(jié)論是齒輪箱GB 2S軸上部軸承和GB 3S軸上部軸承出現(xiàn)了明顯故障，軸承內(nèi)圈出現(xiàn)嚴(yán)重磨損現(xiàn)象，需計(jì)劃安排更換軸承。

在加強(qiáng)監(jiān)測(cè)下，監(jiān)控運(yùn)行到2014年6月28日按計(jì)劃返廠檢修，解體發(fā)現(xiàn)GB 2S軸上部軸承內(nèi)圈磨損嚴(yán)重，GB 3S軸上部軸承內(nèi)圈磨損嚴(yán)重，內(nèi)圈在軸向上有一道整齊的斷裂裂痕，驗(yàn)證了診斷的準(zhǔn)確性。

4.2 分析診斷過(guò)程

4.2.1 設(shè)備技術(shù)參數(shù)表

設(shè)備技術(shù)參數(shù)表如表1所示，齒輪箱結(jié)構(gòu)三維圖如圖1所示。

表1 設(shè)備技術(shù)參數(shù)表

圖1 齒輪箱三維結(jié)構(gòu)圖

4.2.2 振動(dòng)數(shù)據(jù)分析

2014年5月15日振動(dòng)檢測(cè)時(shí)發(fā)現(xiàn)，減速機(jī)各測(cè)點(diǎn)頻譜中均出現(xiàn)22.45Hz多諧頻振動(dòng)成分，并伴隨2.09Hz邊頻帶束，經(jīng)過(guò)計(jì)算，22.45Hz與GB 2S軸的支承軸承NSK 23238CA在轉(zhuǎn)速124.4rpm時(shí)內(nèi)圈故障特征頻率相符合，在軸承內(nèi)圈故障特征頻率兩邊出現(xiàn)其所在轉(zhuǎn)軸(GB 2S)轉(zhuǎn)頻2.088Hz的邊帶束(見(jiàn)圖 2)，長(zhǎng)時(shí)間波形圖中有明顯的轉(zhuǎn)頻沖擊信號(hào)(見(jiàn)圖 3)。綜上，說(shuō)明該軸承內(nèi)圈損壞已經(jīng)比較嚴(yán)重，出現(xiàn)了明顯磨損。

圖2 GB-2S測(cè)點(diǎn)處振動(dòng)數(shù)據(jù)頻譜圖

圖3 GB-2S測(cè)點(diǎn)處振動(dòng)數(shù)據(jù)時(shí)域圖

除了上述發(fā)現(xiàn)之外，在GB 3S軸上同時(shí)也檢測(cè)到5.588Hz及其多倍諧頻的振動(dòng)成分， 經(jīng)過(guò)計(jì)算，此頻率與GB 3S軸的支承軸承SKF22348CC在轉(zhuǎn)速36rpm時(shí)內(nèi)圈故障特征頻率相匹配，信號(hào)非常弱，如果分析時(shí)不小心可能會(huì)忽略掉。經(jīng)過(guò)頻譜細(xì)化放大后可以清楚軸承故障特征頻率成分，并伴隨有GB 3S軸轉(zhuǎn)頻0.6Hz的邊頻帶束(見(jiàn)圖4)，雖然信號(hào)很弱，考慮到該軸承所在處的轉(zhuǎn)速較低，結(jié)合以往的經(jīng)驗(yàn)，可以肯定該軸承內(nèi)圈同六出現(xiàn)了嚴(yán)重的故障。

圖4 GB-3S測(cè)點(diǎn)處振動(dòng)數(shù)據(jù)頻譜圖

4.2.3 停機(jī)檢修解體檢查

由于生產(chǎn)不允許停機(jī)，對(duì)齒輪箱進(jìn)行監(jiān)控運(yùn)行，通過(guò)振動(dòng)趨勢(shì)的監(jiān)測(cè)發(fā)現(xiàn)，GB 2S T和 GB 3S T軸承測(cè)點(diǎn)振動(dòng)值在不斷抬升(見(jiàn)圖5和圖6)，說(shuō)明軸承狀態(tài)在不斷惡化，在做好檢修的充分準(zhǔn)備工作后于2014年6月28日按計(jì)劃停機(jī)檢修。

圖5 GB-2S處振動(dòng)信號(hào)RMS值變化趨勢(shì)

圖6 GB-3S處振動(dòng)信號(hào)RMS值變化趨勢(shì)

停機(jī)后減速機(jī)返廠檢修，解體檢查發(fā)現(xiàn)，GB-2S上部和GB-3S上部軸承內(nèi)圈均損壞嚴(yán)重， 見(jiàn)圖7和圖8。

圖7 GB-2S處軸承內(nèi)圈磨損

圖8 GB-3S處軸承內(nèi)圈磨損

由于該客戶對(duì)此項(xiàng)工作的高度關(guān)注以及密切配合，使得我們能準(zhǔn)確掌握設(shè)備的運(yùn)行健康狀況，給出合理檢修時(shí)間建議，避免突發(fā)意外停車(chē)事故的發(fā)生，又不影響生產(chǎn)，獲得了較好的經(jīng)濟(jì)效益。

下面介紹另一大豆壓榨廠的脫溶機(jī)(DT)減速機(jī)軸承故障案例，2013年7月份我們檢測(cè)時(shí)發(fā)現(xiàn)了GB-2S軸軸承(SKF22328CC)出現(xiàn)了內(nèi)圈故障特征頻率成分，并伴隨GB 2S軸轉(zhuǎn)頻的邊頻帶(見(jiàn)圖9)，建議停機(jī)檢查，但由于一直沒(méi)有采取行動(dòng)，也沒(méi)有采取任何加強(qiáng)監(jiān)測(cè)的手段，到9月份由于軸承嚴(yán)重?fù)p壞導(dǎo)致齒輪嚴(yán)重?fù)p傷的二次破壞停車(chē)事故(見(jiàn)圖10)，對(duì)生產(chǎn)造成了嚴(yán)重的影響，對(duì)檢修工作非常被動(dòng)，造成了不小的經(jīng)濟(jì)損失。

圖9 GB-2S處測(cè)點(diǎn)振動(dòng)信號(hào)頻譜圖

5　結(jié)束語(yǔ)

對(duì)于低速重載齒輪箱軸承用振動(dòng)的方法進(jìn)行監(jiān)測(cè)，前中期故障是比較難發(fā)現(xiàn)的，所以我們重點(diǎn)監(jiān)測(cè)軸承故障中后期。隨著故障的發(fā)展，到了故障中后期，振動(dòng)加速度和包絡(luò)解調(diào)對(duì)故障特征的指示同樣不明顯，但可以作為趨勢(shì)跟蹤進(jìn)行監(jiān)測(cè)。

在故障中后期，振動(dòng)速度卻是一個(gè)非常有效的測(cè)量參數(shù)，當(dāng)速度譜中出現(xiàn)了軸承故障特征頻率，可以說(shuō)軸承的缺陷可以用肉眼能看得到了，此時(shí)我們就必須引起足夠的重視。

當(dāng)故障發(fā)展到速度頻譜中出現(xiàn)了軸承故障特征頻率并伴隨有邊頻帶，即使是振動(dòng)幅值很小，換句話說(shuō)就是建議必須盡快計(jì)劃更換軸承了，上述的兩個(gè)案例就是很好的說(shuō)明。通過(guò)上面的實(shí)例，我們還發(fā)現(xiàn)在軸承內(nèi)圈故障特征頻率兩邊出現(xiàn)轉(zhuǎn)軸轉(zhuǎn)頻的邊頻帶，則是此類(lèi)低速重載軸承損壞時(shí)一個(gè)比較明顯的特征。低速重載滾動(dòng)軸承一旦出現(xiàn)故障，故障發(fā)展得較快，這就需要我們制定合適的檢測(cè)周期，特別是發(fā)現(xiàn)故障后。

來(lái)源 ：《2018年全國(guó)設(shè)備監(jiān)測(cè)診斷與維護(hù)學(xué)術(shù)會(huì)議暨第十六屆全國(guó)設(shè)備故障診斷學(xué)術(shù)會(huì)議、第十八屆全國(guó)設(shè)備監(jiān)測(cè)與診斷學(xué)術(shù)會(huì)議、2018年全國(guó)設(shè)備診斷工程會(huì)議》

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