周根榮，周德剛，林 素

（乳源東陽光優(yōu)艾希杰精箔有限公司，廣東韶關 512721）

0 引言

隨著國內(nèi)診斷技術的成熟、診斷設備的多樣化以及投資成本的下降，振動分析和專業(yè)診斷工具在旋轉(zhuǎn)設備上的運用已得到了廣泛運用。振動分析是設備狀態(tài)監(jiān)測的一種有效手段，它通過專業(yè)軟件分析，配合專業(yè)診斷輔助工具的使用，可診斷設備劣化趨勢和具體劣化部位，可以選擇最佳庫存準備和停機檢修時機，使設備管理進入最經(jīng)濟的保全模式，而不單靠以往傳統(tǒng)的“事后保全”和“時間保全”等模式，更能滿足企業(yè)可持續(xù)發(fā)展要求。

1 設備概況

根據(jù)鋁箔生產(chǎn)工藝要求，某公司配置有不同規(guī)格的鑄軋機、熱軋機、冷粗軋機、冷箔精軋機等生產(chǎn)設備，其中減速箱是機械裝置中最核心的部件。以1850 高速鋁箔軋機主減速機為例，該設備是三軸平行式圓柱齒輪減速箱，通過2 級串聯(lián)1600 kW 直流調(diào)速電機傳動，配置氣動換擋高低速切換裝置來實現(xiàn)傳動鏈額定轉(zhuǎn)速420/1000 r/min 的切換；低速擋一級傳動比（60 齒/22 齒）為2.727，高速擋一級傳動比（34 齒/49 齒）為1.442、二級高低速擋共用傳動比（25 齒/25 齒）為1；齒輪和軸承的潤滑由地下室稀油總泵站齒輪泵進行齒輪油集中循環(huán)供油潤滑，總泵站設置有壓力傳感器及液位計；配置的無縫鋼管上安裝有油流信號器。

2 1850 高速鋁箔軋機主減速機振動分析的運用

通過對國內(nèi)外設備狀態(tài)監(jiān)測系統(tǒng)品牌和同行業(yè)使用情況深入調(diào)研，選擇性價比較高的供應商，按規(guī)范要求安裝、調(diào)試及培訓設備狀態(tài)在線監(jiān)測系統(tǒng)。2021 年8 月上線后，對1850 高速鋁箔軋機主減速機進行振動分析。理論上計算各軸和齒輪頻率如表1 所示。

表1 各軸和齒輪頻率

2.1 低速擋位下齒輪運行狀態(tài)分析

2022 年1 月14 日，在輸出轉(zhuǎn)速為267 r/min 的低速擋位下，對齒輪的運行狀態(tài)進行分析。

（1）設備加速度趨勢分析。齒輪箱測點高頻加速度趨勢顯示，1#軸輸出軸端A 測點振動值存在較高幅值波動范圍4.438～36.634 m/s2（圖1）。

圖1 1#軸輸出軸端A 測點的高頻加速度趨勢（0.1～20 000）

（2）設備加速度時域波形分析。高點數(shù)據(jù)為低速擋時數(shù)據(jù)，時域波形顯示1#軸輸出軸端A 測點存在明顯1#、2#軸嚙合頻率（256.967 Hz）受到2 軸轉(zhuǎn)頻（4.443 Hz）調(diào)制現(xiàn)象，沖擊明顯不對稱（沖擊峰值為146.8 m/s2，沖擊谷值為-208.302 m/s2，圖2）。

圖2 1#軸輸出軸端A 加速度波形（0.1～20 000）的時域波形

（3）設備加速度頻譜分析。高點數(shù)據(jù)為低速擋時頻譜同樣顯示1#軸輸出軸端A 測點主要以1#、2#軸嚙合頻率（265.967 Hz）及諧波（2×GMF-531.934 Hz、3×GMF-797.901 Hz、4×GMF-1063.868 Hz）為主（圖3）。

圖3 1#軸輸出軸端A 加速度波形（0.1～20 000）的頻譜波形

（4）包絡調(diào)解分析。針對高點數(shù)據(jù)為低速擋時1#軸輸出軸端A 測點進行包絡調(diào)解可見存在1#、2#軸嚙合頻率（265.967 Hz）及其諧波帶二軸轉(zhuǎn)頻（4.443 Hz）邊帶現(xiàn)象（圖4）。

圖4 1#軸輸出軸端A 加速度波形（0.1～20 000）的包絡解調(diào)

（5）速度時域波形分析。速度時域波形已出現(xiàn)“M”字周期波形，間隔對應2X 的1#、2#軸嚙合頻率，即轉(zhuǎn)子旋轉(zhuǎn)一周出現(xiàn)2次明顯受力現(xiàn)象（圖5）。

圖5 1#軸輸出軸端A 測點的速度趨勢（2～1000）的時域波形

（6）速度頻譜波形分析。速度頻譜可見振動較高主要來自1×、2×軸嚙合頻率成分，低速擋位下1#、2#軸齒輪存在齒不對中現(xiàn)象（圖6）。

圖6 1#軸輸出軸端A 測點的速度趨勢（2～1000）的頻譜波形

（7）速度頻譜波形分析。通過低通濾波240 Hz 內(nèi)頻段，可見2#、3#軸嚙合頻率在低頻段占據(jù)主導成分，同樣存在齒不對中現(xiàn)象，且?guī)в?#、3#軸邊帶成分極為豐富，2#、3#軸同步齒輪因嚙合不良出現(xiàn)偏磨現(xiàn)象（圖7）。

圖7 主傳動2#軸輸出軸端H 測點速度趨勢（2～1000）的時域波形

2.2 高速擋位下齒輪運行狀態(tài)分析

2022 年12 月28 日，在輸出轉(zhuǎn)速為504 r/min 高速擋位下，對齒輪的運行狀態(tài)進行分析。

（1）設備加速度趨勢分析。選擇高速擋數(shù)據(jù)，2#軸輸出端加速度總值幅值較高，可達11.38 m/s2（圖8）。

圖8 主傳動2#軸輸出軸端H 測點的高頻加速度趨勢（0.1～20 000）

（2）設備加速度時域波形分析。時域波形顯示兩軸輸出端點H 存在2#軸轉(zhuǎn)頻（8.398 Hz）間隔沖擊及調(diào)制現(xiàn)象（2#、3#軸的嚙合頻率為209.816 Hz），特征較明顯（圖9）。

圖9 2#軸輸出軸端H 測點加速度波形（0.1～20 000）的時域波形

（3）設備加速度頻譜和包絡調(diào)解分析分析。選擇查看高速擋數(shù)據(jù)頻譜顯示各測點主要為2#、3#軸嚙合頻率209.668 Hz 及諧波為主，二倍頻顯著（419.336 Hz），并帶明顯同步軸轉(zhuǎn)頻邊帶（8.398 Hz），高速擋位下2#、3#軸齒不對中特較低速擋位下更加明顯（圖10）。

圖10 2#軸輸出軸端H 測點加速度波形（0.1～20 000）的頻譜波形

圖11 1#軸輸出軸端A 測點的速度趨勢（2～1000）

2.3 振動分析結論

根據(jù)高低速擋幅值高點數(shù)據(jù)分析，結合現(xiàn)場高速擋時現(xiàn)場存在較大噪聲，噪聲來源為2#、3#軸同步嚙合不良，齒輪應存在不對中現(xiàn)象，趨勢穩(wěn)定。建議檢查確認2#、3#軸軸承安裝定位情況，確認兩端軸承同軸度是否超差。經(jīng)過拆蓋，對嚙合齒面進行接觸斑點檢查，發(fā)現(xiàn)未達到齒面嚙合面積要求（沿齒高方向≥50%，沿齒長方向≥70%）。查詢以往故障歷史記錄，有發(fā)生過由于稀油總泵站齒輪泵聯(lián)軸器損壞和齒輪箱上硬管斷裂，齒輪油無法供應到齒面潤滑。綜合分析后認為，之前有突發(fā)性潤滑不良導致兩端軸承同軸度超差、齒面變形，振動值大、齒輪嚙合不良，高速運行時產(chǎn)生嘯叫。

3 1850 高速鋁箔軋機主減速機其他診斷技術的運用

3.1 熱成像預測性維護性技術

熱成像預測性維護性技術可以進行非接觸式紅外溫度測量，可以以二維圖像形式記錄設備溫度狀況。點檢員可以迅速監(jiān)視和測量軋機減速機旋轉(zhuǎn)過程中軸承和潤滑油溫度，識別軸承內(nèi)外圈與軸孔和端蓋是否有磨碰導致的溫度高點，識別潤滑油管路泄漏點熱量特征，無需中斷設備運行。發(fā)現(xiàn)溫度異常時，可以結合振動分析及油液分析結果，來綜合考慮設備的實際運行狀況。

3.2 高清工業(yè)視頻內(nèi)窺鏡診斷技術

高清工業(yè)視頻內(nèi)窺鏡診斷技術可快速、準確地將插入管末端導入狹小復雜的物體內(nèi)部進行檢查，監(jiān)視和測量軋機減速機旋轉(zhuǎn)過程中齒面嚙合情況，識別齒面是否剝落、點蝕、裂紋等問題。探頭在任何彎曲狀態(tài)下保持3 s 可自動鎖定，鎖定后開啟定點記憶功能，再操作搖桿時探頭將以鎖定時的角度為軸心進行小幅度調(diào)整，不僅使檢測更精準、無需開蓋，還大大減少作業(yè)時間。

3.3 機械故障聽診器技術

它能迅速測出各種軸承運轉(zhuǎn)狀態(tài)、快速判別發(fā)出的機械雜聲，對發(fā)出的異常噪聲和雜聲進行鑒別，并準確找出故障的部位，從而避免事故發(fā)生。

3.4 油液分析技術

長期使用后，齒輪油很難達到相關標準要求，因為油液中已經(jīng)存在很多的鐵屑顆粒，會造成齒輪齒面和軸承輥道面點蝕、剝落。

一套完整的減速箱齒輪油管理方法主要由3 個環(huán)節(jié)組成。

（1）外觀檢查標準。通過現(xiàn)場齒輪油多次采樣，對比油液顏色、透明度等外觀，形成該標準，每季度進行對標檢查。

（2）灰分試驗和鐵含量檢測。因齒輪油黏度過高，將其與基礎油混合過濾，再將鐵含量為檢測灰分后殘渣，用稀鹽酸溶解后，用分光光度法檢測出結果，換算成原齒輪油樣中的鐵含量。通過過濾檢測雜質(zhì)，分析顆粒大小和重量趨勢，了解齒輪嚙合劣化趨勢和齒輪油更換標準（原油樣鐵含量限值≤0.05%）。

（3）磁性凈化。通過將磁鐵焊接圓鋼制作銑床工具，用于對現(xiàn)場減速機底部雜質(zhì)進行檢測和清理。同時運用市場上的全顆粒凈油器，將其放入稀油泵站底部，能高效去除零件磨損產(chǎn)生的顆粒，有效降低在用齒輪油的污染度，阻止磨粒造成的二次磨損，從而延長零部件使用壽命。

4 效果

2022 年2 月7 日低速擋位設備速度趨勢分析：齒輪箱各測點速度趨勢顯示1#軸輸出軸端A 測點速度總值較高，振動高點可達8.427 mm/s，維護后恢復至1.3 mm/s 左右。通過幅值和圖譜變化，有效驗證設備檢修前后運行狀態(tài)，并對檢修質(zhì)量進行驗收。

通過診斷技術的運用，除了增加專業(yè)診斷工具和振動分析振動分析之外，瞬時指標的報警進入集控調(diào)度中心。集控中心進行調(diào)度，實現(xiàn)報警、調(diào)度、停機、檢查等快速反應機制，杜絕減速箱運行過程中突發(fā)性故障，將減速箱故障消滅在萌芽狀態(tài)。