劉本海，李 鑫，孫高飛，邢增金

（青島特殊鋼鐵有限公司裝備部，山東青島 266400）

0 引言

在實際工作中的軋機減速機設(shè)備的低轉(zhuǎn)速軸承（＜150 r/min），故障沖擊的能量不大，初期缺陷產(chǎn)生的沖擊能量很小，而振動（如不平衡、不對中、基礎(chǔ)松動、齒輪嚙合等）所產(chǎn)生的振動能量相對更大，因此直接對其進行通常的時域、頻域分析，很難鑒別出軸承的故障特征信號。

本文通過系統(tǒng)地對低轉(zhuǎn)速軸承振動信號進行跟蹤分析，以及現(xiàn)場設(shè)備的拆檢情況，建立起一套適用于公司軋機減速機低速軸承的故障診斷方法：振動頻譜的時域、頻域信號初步診斷，長波形用來采集設(shè)備的異常沖擊，同時結(jié)合裕度指標(biāo)、脈沖指標(biāo)、峰值指標(biāo)等幅域分析，以及長波形包絡(luò)解調(diào)分析數(shù)據(jù)的變化來監(jiān)測診斷軸承的運行狀態(tài)。

1 故障診斷原理

1.1 振動頻譜分析技術(shù)

機械振動信號處理的基本方法有幅域分析、時域分析和頻域分析。頻域分析是確定信號的頻率結(jié)構(gòu)，即信號中包含哪些頻率成分，分析的結(jié)果是以頻率為自變量的各種物理量的譜線或曲線；信號波形是某種物理量隨時間變化的關(guān)系，信號在時間域內(nèi)的變換或統(tǒng)計分析稱為時域分析；在波形的幅值上，對波形的最大最小值、平均值、有效值等幅值的概率分布，稱為幅域分析。

（1）頻域分析方法。頻域分析技術(shù)就是對采集的振動時域信號進行快速傅里葉變換，把時域信號轉(zhuǎn)換為頻域信號，從而得到信號的頻率成分。頻域分析方法可以確定頻率的變化范圍，各頻率成分幅值的大小和能量大小，還可以依據(jù)設(shè)備的工頻，實現(xiàn)故障的判別。頻域分析方法是目前最成熟、最有效的故障診斷方法。

（2）時域分析方法。根據(jù)振動的時間順序，即數(shù)據(jù)產(chǎn)生的先后順序，提取信號特征，查看是否存在周期性沖擊的方法。

（3）幅域分析方法。信號的幅域分析也稱為統(tǒng)計特征分析，主要利用振動信號的統(tǒng)計特征及頻率分布特征來進行分析和診斷，應(yīng)用較廣泛的有均方根值、峰值指標(biāo)、峭度指標(biāo)、裕度指標(biāo)等。幅域分析不考慮原始信號的時序，僅與信號的復(fù)制大小及分布有關(guān)。

振動頻譜分析技術(shù)主要是現(xiàn)場采集設(shè)備振動信息，利用相關(guān)軟件對振動信息進行數(shù)字變換，提取與設(shè)備狀態(tài)有關(guān)的特征參數(shù)，從而對設(shè)備運行狀態(tài)做出判斷。不同的分析方法是從不同的角度觀察、分析信號，使信號處理的結(jié)果更加利于故障分析與診斷。

1.2 幅域指標(biāo)分析技術(shù)

峰值指標(biāo)Ip和脈沖指標(biāo)Cf都是用來檢測信號中是否存在沖擊的統(tǒng)計指標(biāo)。

2 設(shè)備信息

設(shè)備名稱：高線6#軋機減速，設(shè)備結(jié)構(gòu)：四級傳動減速機，故障位置：第三軸被動端軸承內(nèi)圈點蝕，軸承型號：23148FAG，轉(zhuǎn)速：70.32 r/min，使用設(shè)備：榮知802，傳感器：低頻RH113，分析軟件：MOS3000。

3 檢修前后軸承各指標(biāo)情況分析

該軸承故障前，在時域圖、頻譜圖中均未發(fā)現(xiàn)明顯異常，主要頻率為二級齒輪嚙合頻率（114.8 Hz）及其諧波。多頻譜加速度圖歷史數(shù)據(jù)從2018 年5 月—12 月無明顯變化。各幅域指標(biāo)也在正常范圍內(nèi)，無明顯波動。2019 年1—3 月，第三根軸被動端軸承頻譜、時域均未發(fā)現(xiàn)軸承特征頻率，且速度值與加速度值均無明顯變化，但在幅域指標(biāo)分析中發(fā)現(xiàn)裕度指標(biāo)與脈沖指標(biāo)等均有明顯上升趨勢（表1）。

對此軸承采集長波形進行包絡(luò)解調(diào)分析，發(fā)現(xiàn)該軸承在空載時有周期性的沖擊。第三根軸被動端軸承內(nèi)圈故障頻率14.648 Hz 及該軸轉(zhuǎn)頻的邊頻1.172 Hz，說明該軸承內(nèi)圈損壞比較嚴(yán)重。結(jié)合幅域指標(biāo)的變化趨勢，診斷判定為該軸承內(nèi)圈故障。

表1 幅域指標(biāo)指示值

4 軸承拆檢情況

通過以上各指標(biāo)的對比，可以明顯看出軸承內(nèi)圈磨損嚴(yán)重，2019 年3 月18 日對該減速機軸承拆檢，發(fā)現(xiàn)軸承內(nèi)圈磨損嚴(yán)重（圖1），軸承更換后，又進行了多次跟蹤監(jiān)測，其各項指標(biāo)均已恢復(fù)正常。

圖1 第三根軸被動端軸承內(nèi)圈

5 總結(jié)

裕度指標(biāo)、峰值指標(biāo)、脈沖指標(biāo)等幅域分析指標(biāo)對沖擊型故障比較敏感，當(dāng)?shù)娃D(zhuǎn)速軸承發(fā)生早期故障時，大幅值的脈沖沖擊還不是很多，時域分析、頻域分析均不明顯，但上述幅域指標(biāo)已有明顯增加。當(dāng)故障逐步發(fā)展時，此類幅域指標(biāo)上升較快，可有效診斷軸承故障。本次案例將振動時域分析、頻域分析技術(shù)與幅域指標(biāo)分析技術(shù)、長波形包絡(luò)解調(diào)技術(shù)相結(jié)合，多種手段相互補充，準(zhǔn)確判斷軋機減速機低轉(zhuǎn)速軸承的故障，說明該方法對低速軸承故障診斷的有效性，為全面監(jiān)測公司主機設(shè)備的安全有效運行提供強有力的支撐。