朱浩軍 梁振奮

（SKF（中國）銷售有限公司 上海）

一、概述

現(xiàn)代化煤礦設(shè)備日益向重載、高速、大型、自動(dòng)化、多功能化與使用高效率化方向發(fā)展，在生產(chǎn)過程中機(jī)械設(shè)備因各種原因?qū)е碌墓收项l繁發(fā)生，設(shè)備的維修成本和停機(jī)損失急劇增加，嚴(yán)重影響了煤炭的有效生產(chǎn)，因此對(duì)設(shè)備運(yùn)行的可靠性和經(jīng)濟(jì)性的要求日益苛刻，這使眾多企業(yè)提出了以預(yù)防為主、依靠設(shè)備狀態(tài)監(jiān)測(cè)來提高設(shè)備運(yùn)行安全性和可靠性的新措施。

礦井提升機(jī)（圖1）是礦山重要的大型機(jī)械設(shè)備，對(duì)礦井提升機(jī)狀態(tài)監(jiān)測(cè)確保其運(yùn)行可靠、安全，具有重要意義。礦井提升機(jī)的齒輪箱低速軸輸出轉(zhuǎn)速一般都＜50 r/min，對(duì)于此類低速重載的設(shè)備，滾動(dòng)軸承隱患的特征頻率極低，而且振動(dòng)能量較小，故障診斷中很容易被忽視。此外，由于系統(tǒng)本身振動(dòng)大，淹沒了有隱患零部件的特征頻率，使診斷工作較為困難。SKF針對(duì)滾動(dòng)軸承、齒輪箱故障研究的加速度包絡(luò)分析、周期時(shí)域平均、諧波活動(dòng)指數(shù)等狀態(tài)監(jiān)測(cè)專利技術(shù)，在各行業(yè)設(shè)備故障診斷中得到了有效應(yīng)用和推廣，下面介紹SKF狀態(tài)監(jiān)測(cè)系統(tǒng)在某礦務(wù)局單繩纏繞式提升機(jī)振動(dòng)故障診斷上的應(yīng)用。

二、系統(tǒng)配置

SKF在線監(jiān)測(cè)系統(tǒng)由加速度傳感器、IMX-S監(jiān)測(cè)單元以及分析軟件@ptitude Analyst組成。邏輯控制信號(hào)通過硬線連接的方式直接接入 IMX-S；轉(zhuǎn)速信號(hào)通過控制系統(tǒng)接入IMX-S單元；加速度傳感器通過多芯電纜接入 IMX-S單元；IMX-S單元通過RJ45網(wǎng)線/光纖接入服務(wù)器。

各分廠、車間通過設(shè)在各分廠相應(yīng)的設(shè)備管理工作站（@ptitude Monitor）采集、輸入設(shè)備監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)（在線監(jiān)測(cè)和離線監(jiān)測(cè)、點(diǎn)巡檢、抄表記錄、潤(rùn)滑狀態(tài)數(shù)據(jù)、各類實(shí)驗(yàn)結(jié)果數(shù)據(jù)等），并通過終端瀏覽設(shè)備（客戶端PC）共享設(shè)備運(yùn)行狀態(tài)、管理/維護(hù)信息、故障信息、檢修計(jì)劃、備件情況等。SKF服務(wù)工程師通過設(shè)備遠(yuǎn)程診斷服務(wù)，在外網(wǎng)瀏覽和分析設(shè)備運(yùn)行數(shù)據(jù)。

圖1 提升機(jī)結(jié)構(gòu)

同時(shí)，該系統(tǒng)能與EAM、CMMS系統(tǒng)相結(jié)合，使得生產(chǎn)與維修人員能在故障早期發(fā)現(xiàn)問題并立即做出調(diào)整，免去因設(shè)備失效或損壞而引起的昂貴支出。設(shè)備壽命的延長(zhǎng)，計(jì)劃外停工期的減少，和低質(zhì)量產(chǎn)品的減少，大大減少了客戶的生產(chǎn)成本。

1.硬件配置

提升機(jī)電機(jī)兩端采用了滑動(dòng)軸承，因此在兩端軸承座徑向成90°夾角方向安裝電渦流傳感器。齒輪箱高速軸、中間軸以及1號(hào)、2號(hào)天輪兩側(cè)軸承座位置分別安裝高頻振動(dòng)加速度傳感器。齒輪箱低速軸兩側(cè)、主軸滾筒兩側(cè)各軸承(滾動(dòng)軸承)座水平方向安裝低頻加速度傳感器。考慮到主軸滾筒的轉(zhuǎn)速較低，因此在齒輪箱輸出軸和主軸滾筒兩端軸承座位置選用了低頻的加速度傳感器。

傳感器通過多芯電纜接入SKF的IMX-S在線監(jiān)測(cè)單元。在線監(jiān)測(cè)單元的振動(dòng)信號(hào)通過光纖接入控制室進(jìn)行數(shù)據(jù)分析。

2.軟件配置

分析軟件采用了SKF@ptitude analysis分析軟件，該軟件分析參數(shù)選擇了加速度包絡(luò)譜、速度頻譜、加速度總值、速度總值4種參數(shù)。

三、應(yīng)用案例

1.軸承缺陷診斷

監(jiān)測(cè)系統(tǒng)在2012年8月投入運(yùn)行，速度譜顯示振動(dòng)值正常。在2012年9月發(fā)現(xiàn)提升機(jī)2號(hào)天輪出現(xiàn)明顯的早期軸承缺陷，從加速度包絡(luò)圖可以明顯的看到軸承外圈缺陷頻率（BPFO）的多次諧波（圖2），更換軸承后，軸承缺陷頻率消失（圖3），更換的軸承外圈顯示有損傷。齒輪故障診斷

圖2 軸承缺陷頻譜

圖3 更換后軸承頻譜

圖4 齒輪箱輸出側(cè)頻譜

齒輪磨損嚴(yán)重時(shí)，不僅齒輪嚙合頻率周圍會(huì)出現(xiàn)邊頻帶，還會(huì)出現(xiàn)齒輪振動(dòng)固有頻率。與齒輪嚙合頻率幅值相比，邊頻帶幅值的大小更能反映齒輪磨損的程度，邊頻帶組數(shù)越多，磨損越嚴(yán)重，如果參與嚙合的多個(gè)齒輪有問題，則在同一嚙合頻率周圍會(huì)出現(xiàn)多個(gè)邊頻帶。

2012年11月26日發(fā)現(xiàn)主軸齒輪箱輸出側(cè)頻譜圖出現(xiàn)明顯的齒輪嚙合頻率及其倍頻（圖4），該嚙合頻率攜帶大量輸出軸轉(zhuǎn)速頻率的邊頻，打開齒輪箱檢查發(fā)現(xiàn)輸出軸齒輪存在明顯齒面點(diǎn)蝕。

四、結(jié)論

SKF狀態(tài)監(jiān)測(cè)系統(tǒng)根據(jù)設(shè)備轉(zhuǎn)速、軸承型號(hào)，選用不同頻響范圍的傳感器，結(jié)合SKF加速度包絡(luò)技術(shù)，通過檢測(cè)軸承缺陷以及齒輪磨損的振動(dòng)信號(hào)，在設(shè)備早期故障出現(xiàn)時(shí)快速判斷故障所在。