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梁振東

（中國機械工程學(xué)會　中國振動工程學(xué)會　中國設(shè)備管理協(xié)會）

摘　要：通過振動頻譜、波形分析和趨勢跟蹤監(jiān)測方法，對低速重載齒輪箱中軸承進行故障診斷與分析的現(xiàn)場實際案例。

關(guān)鍵詞：低速重載齒輪箱；滾動軸承；振動檢測；故障診斷

1　簡述

低速重載齒輪箱軸承一般承受較大的負荷和扭矩，在其運行過程中經(jīng)常會出現(xiàn)局部點蝕、剝落以及滾子破碎等嚴重故障，一般此類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，維修起來不但要花費大量的時間和費用，還會嚴重影響生產(chǎn)，本文案例所診斷的糧油大豆壓榨廠脫溶機(DT)減速機維修通常需要7-10天的時間。通過振動監(jiān)測手段，能很好地掌握齒輪箱的運行健康狀態(tài) ，合理安排檢修時間，避免重大停車事故，獲得較好的經(jīng)濟效益。

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、潤滑油污染、高振動等因素的影響。軸承疲勞、腐蝕、壓痕和膠合等隨著故障發(fā)展，通常會演變成磨損故障。

3　低速重載齒輪箱軸承振動分析方法及故障診斷

低速重載齒輪箱通常齒輪級數(shù)多、軸承多，運行過程中可能會產(chǎn)生各級齒輪嚙合頻率、各軸承故障特征頻率、各轉(zhuǎn)軸的轉(zhuǎn)動頻率等等，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；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，這就往往容易被忽視而造成漏判。

通過對振動頻譜和波形的分析，可以很好地找出故障源所在。對振動趨勢的監(jiān)測，能較好的掌握故障的惡化情況。

3.1 測點位置的選擇

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

3.2 測量參數(shù)的選擇

測量參數(shù)的選擇對故障的發(fā)現(xiàn)尤為重要。本文所采用的是振動速度通頻振動和加速度長時間波形相結(jié)合。

對滾動軸承監(jiān)測，我們可以用長時間波形監(jiān)測異常沖擊；重點用振動速度來監(jiān)測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，軸承狀態(tài)已經(jīng)非常糟糕。

針對滾動軸承，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。

長時間波形持續(xù)的時間至少取測點所在轉(zhuǎn)軸轉(zhuǎn)動10轉(zhuǎn)所用的時間，當(dāng)然持續(xù)時間越長越好，但數(shù)據(jù)量會比較大。

4　低速重載齒輪箱軸承故障診斷實例

4.1 某糧油大豆壓榨廠脫溶機(DT)減速機軸承故障診斷

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

2013年12月26日對該臺設(shè)備包括電機和減速機進行了第一次振動檢測，經(jīng)過分析，存在的問題除了聯(lián)軸器對中不良外，其他正常。

2014年5月15日進行第二次振動檢測，檢測發(fā)現(xiàn)，齒輪箱的狀態(tài)與上次檢測時相比發(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)嚴重磨損現(xiàn)象，需計劃安排更換軸承。

在加強監(jiān)測下，監(jiān)控運行到2014年6月28日按計劃返廠檢修，解體發(fā)現(xiàn)GB 2S軸上部軸承內(nèi)圈磨損嚴重，GB 3S軸上部軸承內(nèi)圈磨損嚴重，內(nèi)圈在軸向上有一道整齊的斷裂裂痕，驗證了診斷的準確性。

4.2 分析診斷過程

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 振動數(shù)據(jù)分析

2014年5月15日振動檢測時發(fā)現(xiàn)，減速機各測點頻譜中均出現(xiàn)22.45Hz多諧頻振動成分，并伴隨2.09Hz邊頻帶束，經(jīng)過計算，22.45Hz與GB 2S軸的支承軸承NSK 23238CA在轉(zhuǎn)速124.4rpm時內(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(見圖 2)，長時間波形圖中有明顯的轉(zhuǎn)頻沖擊信號(見圖 3)。綜上，說明該軸承內(nèi)圈損壞已經(jīng)比較嚴重，出現(xiàn)了明顯磨損。

圖2 GB-2S測點處振動數(shù)據(jù)頻譜圖

圖3 GB-2S測點處振動數(shù)據(jù)時域圖

除了上述發(fā)現(xiàn)之外，在GB 3S軸上同時也檢測到5.588Hz及其多倍諧頻的振動成分， 經(jīng)過計算，此頻率與GB 3S軸的支承軸承SKF22348CC在轉(zhuǎn)速36rpm時內(nèi)圈故障特征頻率相匹配，信號非常弱，如果分析時不小心可能會忽略掉。經(jīng)過頻譜細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(見圖4)，雖然信號很弱，考慮到該軸承所在處的轉(zhuǎn)速較低，結(jié)合以往的經(jīng)驗，可以肯定該軸承內(nèi)圈同六出現(xiàn)了嚴重的故障。

圖4 GB-3S測點處振動數(shù)據(jù)頻譜圖

4.2.3 停機檢修解體檢查

由于生產(chǎn)不允許停機，對齒輪箱進行監(jiān)控運行，通過振動趨勢的監(jiān)測發(fā)現(xiàn)，GB 2S T和 GB 3S T軸承測點振動值在不斷抬升(見圖5和圖6)，說明軸承狀態(tài)在不斷惡化，在做好檢修的充分準備工作后于2014年6月28日按計劃停機檢修。

圖5 GB-2S處振動信號RMS值變化趨勢

圖6 GB-3S處振動信號RMS值變化趨勢

停機后減速機返廠檢修，解體檢查發(fā)現(xiàn)，GB-2S上部和GB-3S上部軸承內(nèi)圈均損壞嚴重， 見圖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

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

下面介紹另一大豆壓榨廠的脫溶機(DT)減速機軸承故障案例，2013年7月份我們檢測時發(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(見圖9)，建議停機檢查，但由于一直沒有采取行動，也沒有采取任何加強監(jiān)測的手段，到9月份由于軸承嚴重損壞導(dǎo)致齒輪嚴重損傷的二次破壞停車事故(見圖10)，對生產(chǎn)造成了嚴重的影響，對檢修工作非常被動，造成了不小的經(jīng)濟損失。

圖9 GB-2S處測點振動信號頻譜圖

5　結(jié)束語

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

在故障中后期，振動速度卻是一個非常有效的測量參數(shù)，當(dāng)速度譜中出現(xiàn)了軸承故障特征頻率，可以說軸承的缺陷可以用肉眼能看得到了，此時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，即使是振動幅值很小，換句話說就是建議必須盡快計劃更換軸承了，上述的兩個案例就是很好的說明。通過上面的實例，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，則是此類低速重載軸承損壞時一個比較明顯的特征。低速重載滾動軸承一旦出現(xiàn)故障，故障發(fā)展得較快，這就需要我們制定合適的檢測周期，特別是發(fā)現(xiàn)故障后。

來源 ：《2018年全國設(shè)備監(jiān)測診斷與維護學(xué)術(shù)會議暨第十六屆全國設(shè)備故障診斷學(xué)術(shù)會議、第十八屆全國設(shè)備監(jiān)測與診斷學(xué)術(shù)會議、2018年全國設(shè)備診斷工程會議》

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