湯 偉 稅宇陽(yáng) 張逸成 耿逸飛

（1.陜西科技大學(xué)電氣與信息工程學(xué)院，陜西西安，710021；2.陜西科技大學(xué)機(jī)電工程學(xué)院，陜西西安，710021）

近10年來(lái)，造紙工業(yè)為達(dá)到人們對(duì)生活用紙質(zhì)量的要求，改革或關(guān)閉了大批規(guī)模小、產(chǎn)能低、機(jī)械設(shè)備落后及環(huán)保不達(dá)標(biāo)的小型造紙企業(yè)，造紙裝備正朝著復(fù)雜化、自動(dòng)化、高速化、多協(xié)同化和智能化方向發(fā)展[1]。目前全國(guó)大約有40%的造紙企業(yè)紙機(jī)裝備達(dá)到了國(guó)際先進(jìn)水平[2]，紙機(jī)系統(tǒng)的規(guī)模越來(lái)越龐大，各零部件之間的耦合度和相互關(guān)聯(lián)度也越來(lái)越強(qiáng)。一旦紙機(jī)系統(tǒng)中某個(gè)零部件發(fā)生故障，則可能引起一系列的連鎖故障，輕則導(dǎo)致整個(gè)抄紙生產(chǎn)線停機(jī)，給造紙企業(yè)帶來(lái)經(jīng)濟(jì)損失，重則發(fā)生安全事故，造成深遠(yuǎn)的社會(huì)危害[3]。烘缸作為中高速衛(wèi)生紙機(jī)的“心臟”，其穩(wěn)定運(yùn)行對(duì)紙張的干燥和質(zhì)量極為重要，軸承是保證烘缸穩(wěn)定運(yùn)行最重要的旋轉(zhuǎn)零部件[4]。由于中高速衛(wèi)生紙機(jī)的烘缸軸承長(zhǎng)期處于高溫、潮濕和高速運(yùn)轉(zhuǎn)的環(huán)境中，極易損壞。因此，如何確保中高速衛(wèi)生紙機(jī)烘缸軸承安全正常運(yùn)行、減少計(jì)劃外停機(jī)以避免經(jīng)濟(jì)損失已成為現(xiàn)今中高速衛(wèi)生紙機(jī)旋轉(zhuǎn)機(jī)械維護(hù)和管理的一項(xiàng)重要任務(wù)。

1 烘缸軸承固有振動(dòng)頻率和故障特征頻率計(jì)算

紙機(jī)常見(jiàn)的軸承有圓錐滾子軸承、圓柱滾子軸承和深溝球軸承，但中高速衛(wèi)生紙機(jī)烘缸軸承不同于常見(jiàn)的類(lèi)型，它采用的是雙列調(diào)心滾子軸承，屬于滾動(dòng)軸承范疇[5]，結(jié)構(gòu)示意圖如圖1所示。雙列調(diào)心滾子軸承的失效形式一般分為疲勞失效、磨損失效、斷裂失效、腐蝕失效、膠合失效、保持架失效及塑性變形失效等形式[6]。

圖1 雙列調(diào)心滾子軸承結(jié)構(gòu)示意圖

1.1 振動(dòng)機(jī)理及相應(yīng)振動(dòng)頻率

現(xiàn)假設(shè)某一滾動(dòng)軸承有z個(gè)滾動(dòng)體，滾動(dòng)體公轉(zhuǎn)頻率為fc，滾動(dòng)體經(jīng)過(guò)外圈滾道表面缺陷故障的頻率為fr，隨內(nèi)圈一起轉(zhuǎn)動(dòng)的旋轉(zhuǎn)軸頻率為fs，滾動(dòng)體經(jīng)過(guò)內(nèi)圈滾道表面缺陷的故障頻率為fi，滾動(dòng)體表面缺陷的故障頻率為fb。滾動(dòng)軸承系統(tǒng)內(nèi)部因素引起的軸承振動(dòng)機(jī)理及相應(yīng)振動(dòng)頻率如下[7]。

1.1.1 滾動(dòng)軸承結(jié)構(gòu)參數(shù)引起的振動(dòng)

（1）當(dāng)滾動(dòng)軸承旋轉(zhuǎn)并產(chǎn)生軸向位移時(shí)，其主要振動(dòng)頻率分量為zfc。

（2）當(dāng)旋轉(zhuǎn)軸受力發(fā)生彈性變形時(shí)，其主要振動(dòng)頻率分量為zfc+fs。

（3）當(dāng)滾動(dòng)體與滾動(dòng)軸承其他元件不匹配時(shí)，旋轉(zhuǎn)軸會(huì)產(chǎn)生異常振動(dòng)，其主要振動(dòng)頻率分量為fc。

（4）當(dāng)滾動(dòng)軸承各元件軸向材料剛度不同時(shí)，會(huì)產(chǎn)生異常振動(dòng)，其主要振動(dòng)頻率分量為zfc+fr。

1.1.2 制造誤差引起的振動(dòng)

滾動(dòng)軸承的外圈滾道表面、內(nèi)圈滾道表面和滾動(dòng)體表面沿圓周方向存在不同程度的波浪形制造波紋和金屬凸起，波紋度和金屬凸起數(shù)表示滾動(dòng)軸承各元件表面的粗糙度。波紋和金屬凸起是引起滾動(dòng)軸承振動(dòng)、噪聲和軸線發(fā)生偏心運(yùn)動(dòng)的主要原因。

（1）當(dāng)波紋位于外圈滾道表面，金屬凸起數(shù)達(dá)到nz±1時(shí)，滾動(dòng)軸承產(chǎn)生的主要振動(dòng)頻率分量為nfc。

（2）當(dāng)波紋位于內(nèi)圈滾道表面，金屬凸起數(shù)達(dá)到nz+1時(shí)，滾動(dòng)軸承產(chǎn)生的主要振動(dòng)頻率分量為nfi+fx。

（3）當(dāng)波紋位于滾動(dòng)體表面，金屬凸起數(shù)達(dá)到2n時(shí)，滾動(dòng)軸承產(chǎn)生的主要振動(dòng)頻率分量為2nfb+fc。

1.1.3 裝配不當(dāng)引起的振動(dòng)

安裝滾動(dòng)軸承時(shí)，由于人為操作和安裝精度等因素，導(dǎo)致旋轉(zhuǎn)軸和滾動(dòng)軸承內(nèi)圈配合程度不達(dá)標(biāo)，在運(yùn)行過(guò)程中會(huì)產(chǎn)生周期脈沖，并且由于軸承座本身具有較強(qiáng)的剛性，導(dǎo)致振動(dòng)信號(hào)具有非線性特性，滾動(dòng)軸承產(chǎn)生的主要振動(dòng)頻率分量有:fs、nfs和fs/n。

1.1.4 滾動(dòng)軸承各元件表面缺陷引起的振動(dòng)

當(dāng)外圈滾道表面存在缺陷時(shí)，引起的振動(dòng)只與滾動(dòng)軸承固有轉(zhuǎn)動(dòng)頻率和滾動(dòng)體個(gè)數(shù)有關(guān)。由于軸承外圈固定在軸承座上，當(dāng)滾動(dòng)體通過(guò)外圈滾道表面缺陷時(shí)將產(chǎn)生沖擊性脈沖，并具有周期性，其時(shí)域波形和頻譜如圖2所示。

當(dāng)內(nèi)圈滾道表面存在缺陷時(shí)，因?yàn)閮?nèi)圈隨旋轉(zhuǎn)軸一起轉(zhuǎn)動(dòng)，所以?xún)?nèi)圈滾道表面缺陷所處的位置也在時(shí)刻改變。導(dǎo)致缺陷處的載荷分布及振動(dòng)傳遞途徑也在不斷變化。內(nèi)圈滾道表面缺陷引起的沖擊脈沖隨內(nèi)圈旋轉(zhuǎn)呈現(xiàn)周期性變化，而且脈沖周期為滾動(dòng)軸承的轉(zhuǎn)動(dòng)周期，其時(shí)域波形和頻譜如圖3所示。

當(dāng)滾動(dòng)體表面存在缺陷時(shí)，由于滾動(dòng)體自身的轉(zhuǎn)動(dòng)加上軸承內(nèi)圈的轉(zhuǎn)動(dòng)，其振動(dòng)特性類(lèi)似于內(nèi)圈滾道表面缺陷引起的振動(dòng)。滾動(dòng)體表面缺陷每自轉(zhuǎn)一周分別與內(nèi)、外圈滾道表面各接觸一次，所以會(huì)產(chǎn)生兩個(gè)沖擊脈沖，但滾動(dòng)體表面缺陷與內(nèi)圈滾道表面接觸產(chǎn)生的沖擊力遠(yuǎn)不及與外圈滾道表面接觸產(chǎn)生的沖擊力，所以滾動(dòng)體表面缺陷引起的振動(dòng)信號(hào)是強(qiáng)弱相間的沖擊脈波，脈沖周期為滾動(dòng)體公轉(zhuǎn)周期的T/2，其時(shí)域波形和頻譜如圖4所示。

從滾動(dòng)軸承的振動(dòng)源角度分析，振動(dòng)可分為彈性相關(guān)振動(dòng)和各元件表面狀態(tài)相關(guān)振動(dòng)兩種類(lèi)型。所謂彈性相關(guān)振動(dòng)即滾動(dòng)軸承自身的固有振動(dòng)，與滾動(dòng)軸承的運(yùn)行狀態(tài)無(wú)關(guān)。而各元件表面狀態(tài)相關(guān)振動(dòng)只有當(dāng)滾動(dòng)軸承外圈滾道表面、內(nèi)圈滾道表面或滾動(dòng)體表面出現(xiàn)缺陷時(shí)才發(fā)生。因此，與各元件表面狀態(tài)相關(guān)振動(dòng)可以反映軸承的實(shí)際故障情況。

圖2 外圈滾道表面缺陷時(shí)域波形和頻譜

圖3 內(nèi)圈滾道表面缺陷時(shí)域波形和頻譜

圖4 滾動(dòng)體表面缺陷時(shí)域波形和頻譜

1.2 固有振動(dòng)頻率計(jì)算

在滾動(dòng)軸承運(yùn)行過(guò)程中，若滾動(dòng)體表面與軸承內(nèi)、外圈滾道表面發(fā)生摩擦或碰撞，將產(chǎn)生異常振動(dòng)。當(dāng)異常振動(dòng)的頻率與滾動(dòng)軸承自身的固有振動(dòng)頻率相同時(shí)，滾動(dòng)軸承振動(dòng)加劇，并產(chǎn)生共振現(xiàn)象。固有振動(dòng)頻率與滾動(dòng)軸承運(yùn)行的轉(zhuǎn)動(dòng)速度無(wú)關(guān)，只與滾動(dòng)軸承自身的材質(zhì)密度、彈性模量和結(jié)構(gòu)等因素相關(guān)。固有振動(dòng)頻率計(jì)算過(guò)程如下[8]。

滾動(dòng)軸承內(nèi)、外圈滾道固有振動(dòng)頻率fn的計(jì)算公式如公式(1)所示（剛性材料）。

式中，D為烘缸軸承平均直徑，mm；n為固有頻率的階數(shù)，階；h為軸承壁的厚度，mm。

滾動(dòng)軸承滾動(dòng)體固有振動(dòng)頻率fbs的計(jì)算公式如公式(2)所示。

式中，r為滾動(dòng)體半徑，mm；E為彈性模量，鋼材為2.1×104 N/m2；ρ為材料密度，鋼材為7.86×10-6kg/mm3。

在此需要說(shuō)明的是，上述所有公式是在滾動(dòng)軸承置于理想狀態(tài)下推導(dǎo)出來(lái)的，而實(shí)際運(yùn)行環(huán)境較為復(fù)雜，因此按照上述公式計(jì)算所得的固有振動(dòng)頻率只是一個(gè)理論參考值，與實(shí)際運(yùn)行的滾動(dòng)軸承固有振動(dòng)頻率值有所差異。

1.3 故障振動(dòng)特征頻率計(jì)算

由于中高速衛(wèi)生紙機(jī)烘缸軸承在運(yùn)行過(guò)程中外圈固定在軸承座內(nèi)，所以軸承外圈保持不動(dòng)，對(duì)應(yīng)的旋轉(zhuǎn)頻率為0。假設(shè)中高速衛(wèi)生紙機(jī)烘缸軸承平均直徑為D，滾動(dòng)體個(gè)數(shù)為z，滾動(dòng)體直徑為d，滾動(dòng)體與外圈滾道接觸角為α。中高速衛(wèi)生紙機(jī)烘缸軸承各元件之間的相對(duì)運(yùn)動(dòng)示意圖見(jiàn)圖5，根據(jù)相似定理可知，A點(diǎn)的線速度見(jiàn)公式（3）。

圖5 烘缸軸承各元件之間相對(duì)運(yùn)動(dòng)示意圖

由于2vC=2πfcD，所以公式(3)轉(zhuǎn)換見(jiàn)公式(4)。

進(jìn)一步推導(dǎo)見(jiàn)公式(5)。

在滾動(dòng)軸承運(yùn)行過(guò)程中，軸承各元件之間存在相對(duì)運(yùn)動(dòng)，且保持架與滾動(dòng)體的公轉(zhuǎn)頻率保持一致。因此，設(shè)滾動(dòng)體自轉(zhuǎn)頻率為fb，此時(shí)B點(diǎn)的線速度見(jiàn)公式(6)。

進(jìn)一步推導(dǎo)見(jiàn)公式(7)。

當(dāng)滾動(dòng)軸承外圈滾道表面、內(nèi)圈滾道表面和滾動(dòng)體表面出現(xiàn)缺陷時(shí)，軸承將產(chǎn)生一定周期性的異常脈沖振動(dòng)，且波形陡峭、作用時(shí)間短。當(dāng)缺陷出現(xiàn)在不同軸承元件表面時(shí)，產(chǎn)生的故障特征頻率也不相同。因?yàn)橹懈咚傩l(wèi)生紙機(jī)烘缸軸承是雙列調(diào)心滾子軸承，所以當(dāng)軸承各元件表面存在缺陷時(shí)，按一列滾動(dòng)體個(gè)數(shù)計(jì)算，進(jìn)而推得[9-10]。

（1）當(dāng)軸承外圈滾道表面存在缺陷時(shí)引起的振動(dòng)特征頻率見(jiàn)公式(8)。

（2）當(dāng)軸承內(nèi)圈滾道表面存在缺陷時(shí)引起的振動(dòng)特征頻率見(jiàn)公式(9)。

（3）當(dāng)軸承滾動(dòng)體表面存在缺陷時(shí)引起的振動(dòng)特征頻率見(jiàn)公式(10)。

式中，for為軸承外圈滾道表面存在缺陷時(shí)的振動(dòng)特征頻率；fir為軸承內(nèi)圈滾道表面存在缺陷時(shí)的振動(dòng)特征頻率；frb為軸承滾動(dòng)體表面存在缺陷時(shí)的振動(dòng)特征頻率。

2 故障診斷系統(tǒng)簡(jiǎn)介

實(shí)際測(cè)試中采用自主開(kāi)發(fā)的基于LabVIEW的故障診斷系統(tǒng)。該系統(tǒng)利用LabVIEW的主、從設(shè)計(jì)模式，搭配隊(duì)列功能和簇函數(shù)實(shí)現(xiàn)按自定義順序轉(zhuǎn)換不同模塊的功能[11-13]。根據(jù)故障診斷系統(tǒng)的功能模塊劃分，包括以下6個(gè)部分:信號(hào)采集、文件管理、信號(hào)預(yù)處理、MATLAB程序調(diào)用、特征提取及故障特征頻率計(jì)算[14-16]。硬件部分包括:加速度傳感器、恒流適配器及數(shù)據(jù)采集卡等，它們構(gòu)成了故障診斷系統(tǒng)的硬件部分。研究學(xué)者大都采用NI-USB系列的數(shù)據(jù)采集卡[17]，而本故障診斷系統(tǒng)選用NI-MCC系列的1608G型號(hào)的數(shù)據(jù)采集卡，該采集卡具有16位高速USB器件，采樣率最高達(dá)250 kS/s、16路單端(SE)或8路差分(DIFF)模擬輸入、8條數(shù)字I/O線路、2個(gè)32位計(jì)數(shù)器輸入和1路定時(shí)器輸出。在價(jià)格上較NI-USB系列的數(shù)據(jù)采集卡便宜，同時(shí)能夠準(zhǔn)確地對(duì)振動(dòng)信號(hào)進(jìn)行模/數(shù)轉(zhuǎn)換，可為科研學(xué)者節(jié)省經(jīng)費(fèi)。硬件選型如表1所示。

表1 硬件選型

3 現(xiàn)場(chǎng)數(shù)據(jù)分析

由于中高速衛(wèi)生紙機(jī)烘缸傳動(dòng)側(cè)包含了變頻調(diào)速三相異步電動(dòng)機(jī)、減速機(jī)、二級(jí)傳動(dòng)機(jī)構(gòu)及軸承座等多個(gè)振動(dòng)源，外部影響因素較多。而烘缸操作側(cè)結(jié)構(gòu)相對(duì)簡(jiǎn)單，只有軸承及軸承座支撐旋轉(zhuǎn)。因此，本文對(duì)四川綿陽(yáng)某造紙廠車(chē)速為1000 m/min，烘缸直徑為3660 mm的2#中高速衛(wèi)生紙機(jī)烘缸操作側(cè)軸承的運(yùn)行狀態(tài)進(jìn)行了監(jiān)測(cè)，加速度傳感器安裝于烘缸操作側(cè)軸承座的垂直徑向，如圖6所示。從采集的振動(dòng)信號(hào)中提取烘缸操作側(cè)軸承正常運(yùn)行情況的振動(dòng)特征和異常運(yùn)行情況的振動(dòng)特征，結(jié)合雙列調(diào)心滾子軸承振動(dòng)特征的理論依據(jù)對(duì)其進(jìn)行故障判斷。

圖6 中高速衛(wèi)生紙機(jī)烘缸操作側(cè)軸承運(yùn)行狀態(tài)監(jiān)測(cè)

3.1 正常情況下的振動(dòng)頻譜

通過(guò)詢(xún)問(wèn)現(xiàn)場(chǎng)操作工得知，2#中高速衛(wèi)生紙機(jī)正常生產(chǎn)時(shí)車(chē)速為720 m/min，烘缸直徑為3660 mm，操作側(cè)軸承選用SKF公司生產(chǎn)230/530CAK/W33型號(hào)的雙列調(diào)心滾子軸承，參考轉(zhuǎn)速為450 r/min，極限轉(zhuǎn)速為800 r/min，其工頻在7.5～13.3 Hz之間。監(jiān)測(cè)中高速衛(wèi)生紙機(jī)烘缸操作側(cè)新?lián)Q軸承3天后的運(yùn)行狀態(tài)，所測(cè)振動(dòng)信號(hào)頻譜如圖7所示。從圖7中可以看出，12 Hz處有明顯的頻率峰值，但振動(dòng)峰值很小，符合軸承工頻范圍。此外，從圖7中還可以看出振動(dòng)頻譜比較簡(jiǎn)單，沒(méi)有過(guò)多的非線性諧波頻率，直觀地表達(dá)了雙列調(diào)心滾子軸承運(yùn)行時(shí)的振動(dòng)特征。

3.2 異常情況下的振動(dòng)頻譜

3.2.1 軸承的早期故障

中高速衛(wèi)生紙機(jī)烘缸操作側(cè)軸承運(yùn)行一段時(shí)間后，在線監(jiān)測(cè)其運(yùn)行狀態(tài)如圖8(a)所示。從圖8(a)中可以看出，有明顯的軸承外圈滾道故障導(dǎo)致的非線性諧波頻率，但幅值較小。隨后待計(jì)劃性停機(jī)時(shí)對(duì)烘缸操作側(cè)軸承進(jìn)行拆卸檢查，未發(fā)現(xiàn)任何剝落或磨損故障。更換烘缸操作側(cè)軸承后再次進(jìn)行監(jiān)測(cè)如圖8(b)所示。從圖8(b)中可以看出，原先故障導(dǎo)致的諧波頻率消失，振動(dòng)幅值減小。因此判斷軸承更換前的故障屬于早期故障。

3.2.2 外圈滾道的磨痕故障

隨著烘缸操作側(cè)軸承運(yùn)行時(shí)間的增加，繼續(xù)在線監(jiān)測(cè)烘缸操作側(cè)軸承的運(yùn)行狀態(tài)，所得頻譜如圖9(a)所示。從圖9(a)中可以看出，烘缸操作側(cè)軸承振動(dòng)信號(hào)頻譜在中、高頻區(qū)域出現(xiàn)明顯的故障頻率，并伴隨著少量的邊頻，但波峰較小。隨后待計(jì)劃性停機(jī)時(shí)對(duì)烘缸操作側(cè)軸承進(jìn)行拆卸檢查，未發(fā)現(xiàn)任何剝落故障，但軸承外圈滾道承載區(qū)有光亮磨痕。根據(jù)造紙企業(yè)維修人員經(jīng)驗(yàn)，將軸承外圈旋轉(zhuǎn)90°后重新安裝，待烘缸轉(zhuǎn)速穩(wěn)定，再次監(jiān)測(cè)烘缸操作側(cè)軸承的運(yùn)行狀態(tài)，所得頻譜如圖9(b)所示。從圖9(b)中可以看出，高頻區(qū)域故障頻率及邊頻消失。因此，判斷烘缸操作側(cè)軸承的故障為外圈滾道的磨損故障。

圖7 正常情況下烘缸操作側(cè)軸承振動(dòng)頻譜

3.2.3 內(nèi)圈滾道的較淺剝落故障

利用故障診斷系統(tǒng)繼續(xù)在線監(jiān)測(cè)烘缸操作側(cè)軸承的運(yùn)行狀態(tài)，所得頻譜如圖10(a)所示。從圖10(a)中可以看出，中、高頻區(qū)域出現(xiàn)明顯的故障頻率波峰，峰值雖小，但故障頻率兩邊有少量的邊頻存在。

烘缸操作側(cè)軸承振動(dòng)信號(hào)的時(shí)域波形如圖10(b)所示。從圖10(b)中明顯看出，軸承振動(dòng)信號(hào)的峰值較小，也沒(méi)有明顯的周期性沖擊。因此，判斷烘缸操作側(cè)軸承故障為內(nèi)圈滾道剝落故障。隨后待計(jì)劃性停機(jī)時(shí)對(duì)烘缸操作側(cè)軸承進(jìn)行拆卸檢查，發(fā)現(xiàn)軸承內(nèi)圈滾道有一個(gè)較淺剝落故障。

圖8 軸承的早期故障

圖9 外圈滾道的磨痕故障

圖10 內(nèi)圈滾道的較淺剝落故障

3.2.4 內(nèi)圈滾道的較深剝落故障

利用故障診斷系統(tǒng)在線監(jiān)測(cè)烘缸操作側(cè)軸承的運(yùn)行狀態(tài)，所得頻譜如圖11(a)所示。從圖11(a)中可以看出，中、高頻區(qū)域出現(xiàn)明顯的故障頻率峰值，振動(dòng)峰值較大，并且故障頻率兩邊伴隨著少量振動(dòng)峰值較高的邊頻。烘缸操作側(cè)軸承的時(shí)域波形如圖11(b)所示。從圖11(b)中可以看出，軸承的振動(dòng)信號(hào)波形峰值較大，且沒(méi)有明顯地周期性沖擊。因此，判斷烘缸操作側(cè)軸承故障為內(nèi)圈滾道較深剝落故障。隨后待計(jì)劃性停機(jī)時(shí)對(duì)烘缸操作側(cè)軸承進(jìn)行拆卸檢查，發(fā)現(xiàn)軸承內(nèi)圈滾道有一個(gè)較深剝落故障。

3.2.5 內(nèi)圈滾道的較嚴(yán)重剝落故障

利用故障診斷系統(tǒng)在線監(jiān)測(cè)烘缸操作側(cè)軸承的運(yùn)行狀態(tài)，所得頻譜如圖12(a)所示。從圖12(a)中可以看出，振動(dòng)速度峰值逐漸減小，但振動(dòng)強(qiáng)度逐漸增大。離線頻譜圖如圖12(b)所示。從圖12(b)中可以看出，中、高頻區(qū)域有明顯的故障頻率峰值并向低頻區(qū)域轉(zhuǎn)移，同時(shí)故障頻率兩邊還伴隨著較多數(shù)量峰值超過(guò)軸承內(nèi)圈滾道故障頻率峰值的轉(zhuǎn)速邊頻。因此，判斷烘缸操作側(cè)軸承故障為內(nèi)圈滾道的較嚴(yán)重剝落故障。隨后待計(jì)劃性停機(jī)時(shí)對(duì)烘缸操作側(cè)軸承進(jìn)行拆卸檢查，發(fā)現(xiàn)軸承內(nèi)圈滾道有嚴(yán)重的剝落故障。

3.2.6 內(nèi)、外圈滾道的嚴(yán)重剝落故障

利用故障診斷系統(tǒng)監(jiān)測(cè)烘缸操作側(cè)軸承的運(yùn)行狀態(tài)，第一天所得頻譜圖如圖13(a)所示。從圖13(a)中發(fā)現(xiàn)，低、高頻區(qū)域出現(xiàn)明顯的故障頻率峰值，峰值較大，且高頻區(qū)域故障頻率兩邊的轉(zhuǎn)速邊頻峰值超過(guò)軸承內(nèi)圈滾道故障頻率峰值。

為保證烘缸操作側(cè)軸承狀態(tài)監(jiān)測(cè)的準(zhǔn)確性，間隔一天后再次監(jiān)測(cè)操作側(cè)軸承的運(yùn)行狀態(tài)，第三天所得頻譜如圖13(b)所示。從圖13(b)中可以看出，軸承故障頻率峰值較前一天有所減小。間隔一天后再次監(jiān)測(cè)操作側(cè)軸承的運(yùn)行狀態(tài)，第五天所得頻譜如圖13(c)所示。從圖13(c)中可以看出，軸承故障頻率峰值再次升高且超過(guò)3天前監(jiān)測(cè)到的故障頻率峰值。因此，判斷烘缸操作側(cè)軸承故障為內(nèi)圈或外圈滾道嚴(yán)重剝落故障，甚至已經(jīng)斷裂。隨后待計(jì)劃性停機(jī)時(shí)對(duì)烘缸操作側(cè)軸承進(jìn)行拆卸檢查，發(fā)現(xiàn)其內(nèi)圈滾道存在嚴(yán)重剝落故障，外圈也出現(xiàn)明顯裂紋。

圖11 內(nèi)圈滾道的較深剝落故障

圖12 內(nèi)圈滾道的較嚴(yán)重剝落故障

圖13 內(nèi)、外圈滾道的嚴(yán)重剝落故障

4 結(jié) 論

本課題在中高速衛(wèi)生紙機(jī)烘缸軸承振動(dòng)機(jī)理的基礎(chǔ)上，結(jié)合烘缸軸承的自身結(jié)構(gòu)和失效形式，研究了烘缸軸承內(nèi)、外圈滾道和滾動(dòng)體表面存在缺陷時(shí)的時(shí)域及頻域特征，并給出固有振動(dòng)頻率及各種故障的振動(dòng)特征頻率方程，利用故障診斷系統(tǒng)在線監(jiān)測(cè)中高速衛(wèi)生紙機(jī)烘缸操作側(cè)軸承的運(yùn)行狀態(tài)。

4.1 當(dāng)軸承無(wú)故障時(shí)，振動(dòng)信號(hào)頻譜圖中顯示的頻率處于烘缸操作側(cè)軸承工頻范圍之內(nèi)（7.5～13.3 Hz）。

4.2 當(dāng)軸承存在早期故障時(shí)，振動(dòng)信號(hào)頻譜圖中包含多個(gè)非線性諧波頻率，但幅值較??；當(dāng)軸承存在外圈滾道磨痕故障和內(nèi)圈滾道較淺剝落故障時(shí)，振動(dòng)信號(hào)頻譜圖的中、高頻區(qū)域會(huì)出現(xiàn)明顯的故障頻率，波峰較小，并伴隨著少量的邊頻。

4.3 當(dāng)軸承存在內(nèi)圈滾道較深剝落故障時(shí)，振動(dòng)信號(hào)頻譜圖的中、高頻區(qū)域出現(xiàn)明顯的故障頻率，峰值較大，并且故障頻率兩邊伴隨著少量峰值較高的邊頻；當(dāng)軸承存在內(nèi)圈滾道較嚴(yán)重剝落故障時(shí)，振動(dòng)信號(hào)頻譜圖中出現(xiàn)的頻率峰值逐漸減小，但振動(dòng)強(qiáng)度逐漸增大。

4.4 當(dāng)軸承存在內(nèi)、外圈滾道嚴(yán)重剝落故障時(shí)，振動(dòng)信號(hào)頻譜圖的低、高頻區(qū)域出現(xiàn)明顯的故障頻率，峰值較大，且高頻區(qū)域故障頻率兩邊的轉(zhuǎn)速邊頻峰值超過(guò)軸承內(nèi)圈滾道故障頻率峰值。