何鳳英

(鞍鋼集團(tuán)有限公司教育培訓(xùn)中心，遼寧 鞍山 114000)

0 引言

齒輪減速機(jī)和增速機(jī)是各類廠礦A類關(guān)鍵設(shè)備，工作中出現(xiàn)振動(dòng)、噪音增大等異?，F(xiàn)象時(shí)，可通過振動(dòng)狀態(tài)監(jiān)測(cè)與故障診斷，確認(rèn)齒輪是否存在故障而機(jī)組的正常運(yùn)行。

1 減速機(jī)振動(dòng)狀態(tài)監(jiān)測(cè)與故障診斷

某設(shè)備主傳動(dòng)系統(tǒng)如圖1所示，采集振動(dòng)數(shù)據(jù)時(shí)電機(jī)轉(zhuǎn)速740 r/min，錐齒輪齒數(shù)Z1=22、Z2=20。由于現(xiàn)場(chǎng)條件限制，僅能在減速機(jī)軸承座①～④部位安裝傳感器，測(cè)量其水平方向、垂直方向和軸向的振動(dòng)，測(cè)試結(jié)果均超標(biāo)。

圖1 設(shè)備主傳動(dòng)系統(tǒng)及測(cè)點(diǎn)布置示意圖

測(cè)點(diǎn)①水平方向振動(dòng)加速度值較大，達(dá)到9 G。其低頻頻譜圖出現(xiàn)圓錐齒輪嚙合頻率及其諧波，且幅值較大；嚙合頻率及其諧波帶有較明顯的邊帶，邊帶為Ⅰ軸轉(zhuǎn)頻，并且邊帶數(shù)量較多，分布范圍比較寬，如圖2所示。(Ⅰ軸轉(zhuǎn)頻fr=12.33 Hz，圓錐齒輪嚙合頻率fm=271.33 Hz)；在高、低頻時(shí)域波形中，Ⅰ軸轉(zhuǎn)頻的沖擊非常明顯，如圖2、圖3所示；在時(shí)域自相關(guān)后的波形中，齒輪嚙合頻率被轉(zhuǎn)頻調(diào)制很明顯，如圖4所示。

圖2 測(cè)點(diǎn)①水平方向加速度低頻時(shí)域波形與頻譜圖

圖3 測(cè)點(diǎn)①水平方向加速度高頻時(shí)域波形與頻譜圖

圖4 測(cè)點(diǎn)①水平方向加速度時(shí)域自相關(guān)波形圖

其它測(cè)點(diǎn)信號(hào)特征與此類似，不再贅述。根據(jù)齒輪故障的振動(dòng)診斷理論，可判斷減速機(jī)Ⅰ軸齒輪存在比較嚴(yán)重的局部故障[2]。

根據(jù)振動(dòng)診斷結(jié)論，適時(shí)對(duì)減速機(jī)進(jìn)行檢修，解體時(shí)發(fā)現(xiàn)Ⅰ軸齒輪齒面剝落現(xiàn)象嚴(yán)重，見圖5所示的Ⅰ軸圓錐齒輪齒面損壞照片。

圖5 減速機(jī)Ⅰ軸齒輪齒面嚴(yán)重剝落

2 增速機(jī)振動(dòng)狀態(tài)監(jiān)測(cè)與故障診斷

某鼓風(fēng)機(jī)設(shè)備簡(jiǎn)圖及振動(dòng)測(cè)點(diǎn)布置，如圖6所示。該設(shè)備電機(jī)容量為680 kW，電機(jī)轉(zhuǎn)速為

圖6 鼓風(fēng)機(jī)設(shè)備簡(jiǎn)圖及測(cè)點(diǎn)布置示意圖

1 480 rpm，增速機(jī)采用滾動(dòng)軸承，增速機(jī)斜齒輪齒數(shù)分別為Z1=162、Z2=65。

由于設(shè)備振動(dòng)與噪音增大，對(duì)該設(shè)備進(jìn)行振動(dòng)監(jiān)測(cè)與診斷，測(cè)量結(jié)果見表1。

表1 鼓風(fēng)機(jī)振動(dòng)速度有效值 (mm·s-1)

由表中測(cè)量結(jié)果可知：增速機(jī)高速軸振動(dòng)速度幅值較大，測(cè)點(diǎn)⑥垂直方向振動(dòng)速度有效值達(dá)13.21 mm/s，參照ISO2373標(biāo)準(zhǔn)，判斷增速機(jī)處于較差運(yùn)行狀態(tài)[1]。

圖7和圖8分別為測(cè)點(diǎn)⑥垂直方向振動(dòng)加速度的時(shí)域波形與頻譜圖。

圖7 測(cè)點(diǎn)⑥垂直方向振動(dòng)加速度時(shí)域波形圖

圖8 測(cè)點(diǎn)⑥垂直方向振動(dòng)加速度頻譜圖

由圖7可以確定增速機(jī)齒輪運(yùn)行存在較明顯的沖擊現(xiàn)象，沖擊時(shí)間間隔為低速軸回轉(zhuǎn)周期，低速軸每轉(zhuǎn)2轉(zhuǎn)有一次較大的沖擊發(fā)生；從圖8垂直方向振動(dòng)加速度頻譜圖可以看出：500～5 000 Hz間振形凸起、峰值較高，這部分頻率包含部件、箱體共振頻率，說明齒輪箱存在較嚴(yán)重問題。頻譜圖出現(xiàn)齒輪嚙合頻率3 996 Hz且幅值較大，同時(shí)帶有少量低、高速軸轉(zhuǎn)頻(24.67 Hz和65.65 Hz)的邊帶。根據(jù)齒輪故障的振動(dòng)診斷理論，可判斷高速軸齒輪有均布性故障[2]。

根據(jù)振動(dòng)診斷結(jié)論，鼓風(fēng)機(jī)適時(shí)安排檢修，打開增速機(jī)箱體后，發(fā)現(xiàn)高速軸齒輪存在明顯的疲勞點(diǎn)蝕現(xiàn)象，見圖9、圖10。

圖9 高速齒輪齒面疲勞剝落

圖10 齒輪疲勞剝落的金屬屑

3 結(jié)語(yǔ)

齒輪減速機(jī)與增速機(jī)是各類廠礦關(guān)鍵設(shè)備，受齒輪材料、熱處理、運(yùn)行條件、使用維護(hù)、制造安裝等諸多因素的影響，運(yùn)行中會(huì)產(chǎn)生如齒輪齒面疲勞點(diǎn)蝕剝落、磨損、膠合、塑性變形和輪齒折斷等多種形式故障，導(dǎo)致其不能正常工作，甚至造成重大設(shè)備事故而影響生產(chǎn)。因此必須準(zhǔn)確把握設(shè)備運(yùn)行狀態(tài)并預(yù)測(cè)其發(fā)展趨勢(shì)，實(shí)踐證明實(shí)施振動(dòng)狀態(tài)監(jiān)測(cè)和故障診斷，是最常用的且行之有效的方法。