梁振東

（蘇州普迪美檢測技術(shù)有限公司，江蘇蘇州 215011）

0 引言

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(fèi)大量的時(shí)間和費(fèi)用，還會(huì)嚴(yán)重影響生產(chǎn)。案例所診斷的糧油大豆壓榨廠脫溶機(jī)減速機(jī)，通常維修需要（7～10）d。通過振動(dòng)監(jiān)測手段，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，避免重大停車事故。

低速重載齒輪箱軸承除了受軸承質(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)、潤滑油污染、高振動(dòng)等因素的影響。軸承的疲勞、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。

低速重載齒輪箱通常齒輪級(jí)數(shù)多、軸承多，運(yùn)行過程中可能會(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。頻率成分較復(fù)雜，在這些頻率中，通常高速軸齒輪缺陷嚙合產(chǎn)生的沖擊能量較大，產(chǎn)生的振動(dòng)幅值也較大；低速軸軸承、齒輪缺陷產(chǎn)生的沖擊能量往往較小，產(chǎn)生振動(dòng)幅值較小，這就往往容易被忽視而造成漏判。通過對(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，能較好地掌握故障的惡化情況。

1 低速重載齒輪箱振動(dòng)檢測方法

低速重載齒輪箱的測點(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)。測量參數(shù)的選擇對(duì)故障的發(fā)現(xiàn)尤為重要，本文采用的是振動(dòng)速度通頻振動(dòng)和加速度長時(shí)間波形相結(jié)合。

對(duì)滾動(dòng)軸承監(jiān)測，可以用長時(shí)間波形監(jiān)測異常沖擊。重點(diǎn)用振動(dòng)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(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可以參考10×BPFI（Ball Pass Frequency Inner Race，軸承內(nèi)圈故障頻率），但不管選擇什么樣的頻率范圍，分辨率一定要足夠大。長時(shí)間波形持續(xù)的時(shí)間至少取測點(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)間越長越好，但數(shù)據(jù)量會(huì)比較大。

2 故障診斷實(shí)例

脫溶機(jī)是糧油大豆壓榨廠的關(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，經(jīng)過分析，存在的問題除了聯(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，齒輪箱的狀態(tài)與上次檢測時(shí)相比發(fā)生了明顯變化。經(jīng)分析，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，需計(jì)劃安排更換軸承。在加強(qiáng)監(jiān)測下，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。

脫溶機(jī)設(shè)備技術(shù)參數(shù)：電機(jī)型號(hào)YB2-400M-4，額定功率400 kW，額定轉(zhuǎn)速 1486 r/min，電機(jī)前軸承 NU322（SKF），電機(jī)后軸承 6322/C3（SKF）；減速機(jī)型號(hào) 4PKC 750NE（SEW），減速機(jī)額定功率400 kW，減速機(jī)速比145.686，傳動(dòng)形式為蛇形彈簧聯(lián)軸器，設(shè)備安裝基礎(chǔ)類型為水泥剛性基礎(chǔ)。傳動(dòng)結(jié)構(gòu)和軸承型號(hào)見圖1。

2014年5月15日振動(dòng)檢測時(shí)，發(fā)現(xiàn)減速機(jī)各測點(diǎn)頻譜中均出現(xiàn)22.45 Hz多諧頻振動(dòng)成分，并伴隨2.09 Hz邊頻帶束，經(jīng)過計(jì)算，22.45 Hz與GB 2S軸的支承軸承 NSK 23238CA在轉(zhuǎn)速124.4 r/min時(shí)內(nèi)圈故障特征頻率相擬合，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2.088 Hz的邊帶束（圖2），長時(shí)間波形圖中有明顯的轉(zhuǎn)頻沖擊信號(hào)(圖3）。說明軸承內(nèi)圈損壞比較嚴(yán)重或出現(xiàn)了明顯磨損。

圖2 轉(zhuǎn)軸GB 2S頻譜

圖3 轉(zhuǎn)軸GB 2S長時(shí)間波形

在GB 3S軸上同時(shí)也檢測到5.588 Hz及多倍諧頻的振動(dòng)成分，經(jīng)過計(jì)算，此頻率與GB 3S軸的支承軸承SKF22348CC在轉(zhuǎn)速36 r/min時(shí)內(nèi)圈故障特征頻率相擬合。但信號(hào)非常弱，如果分析時(shí)不小心可能會(huì)忽略掉。經(jīng)過頻譜細(xì)化放大后可以清楚了解軸承故障特征頻率成分，并伴隨有GB 3S軸轉(zhuǎn)頻0.6 Hz的邊頻帶束（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)圈同樣出現(xiàn)了嚴(yán)重的故障。

圖4 GB 3S軸轉(zhuǎn)頻0.6 Hz的邊頻帶束

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，通過振動(dòng)趨勢(shì)的監(jiān)測發(fā)現(xiàn)，GB 2S T和GB 3S T軸承測點(diǎn)振動(dòng)值在不斷抬升（圖5、圖6），說明軸承狀態(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 T軸承振動(dòng)趨勢(shì)

圖6 GB 3S T軸承振動(dòng)趨勢(shì)

停機(jī)后減速機(jī)返廠檢修，解體檢查發(fā)現(xiàn)，GB2S上部和 GB3S上部軸承內(nèi)圈均損壞嚴(yán)重，見圖7和圖8。

由于該工廠對(duì)狀態(tài)監(jiān)測工作的高度關(guān)注以及密切配合，使得監(jiān)測工作能夠準(zhǔn)確掌握設(shè)備的運(yùn)行狀況，給出合理的檢修時(shí)間建議，避免突發(fā)意外停車事故。然而，另一個(gè)大豆壓榨廠的脫溶機(jī)減速機(jī)軸承故障，提供了一個(gè)反面案例。2013年7月檢測時(shí)發(fā)現(xiàn)了GB2S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（圖9），建議停機(jī)檢查。但由于一直沒有采取行動(dòng)，也沒有采取任何加強(qiáng)監(jiān)測的手段，到9月由于軸承嚴(yán)重?fù)p壞導(dǎo)致齒輪嚴(yán)重?fù)p傷的二次破壞停車事故（圖10），對(duì)生產(chǎn)造成了嚴(yán)重的影響。

圖7 GB2S上部軸承內(nèi)圈

圖8 GB3S上部軸承內(nèi)圈

圖9 GB 2S軸軸承（SKF22328CC）頻譜

圖10 SKF22328CC軸承嚴(yán)重?fù)p壞

3 結(jié)束語

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，中前期故障是比較難發(fā)現(xiàn)的，所以重點(diǎn)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(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。在故障中后期，振動(dòng)速度卻是一個(gè)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(shí)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，換句話說就是建議必須盡快計(jì)劃更換軸承了，上述2個(gè)案例就是很好的說明。通過實(shí)際檢測案例發(fā)現(xiàn)，當(dāng)在軸承內(nèi)圈故障特征頻率兩邊出現(xiàn)轉(zhuǎn)軸轉(zhuǎn)頻的邊頻帶時(shí)，則是此類低速重載軸承損壞的一個(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，這就需要制定合適的檢測周期，特別是發(fā)現(xiàn)故障后更是如此。