杜永春　楊生貴（廣西華銀鋁業(yè)有限公司　廣西百色）

Rp106分解槽減速機(jī)軸承故障診斷

杜永春楊生貴
（廣西華銀鋁業(yè)有限公司廣西百色）

利用Vb7振動(dòng)分析儀對(duì)分解槽減速機(jī)軸承進(jìn)行振動(dòng)監(jiān)測與故障診斷，運(yùn)用振動(dòng)分析技術(shù)對(duì)減速機(jī)振動(dòng)信號(hào)進(jìn)行頻譜分析，判斷減速機(jī)軸承存在故障，經(jīng)解體檢修驗(yàn)證診斷的正確性，確保了生產(chǎn)的連續(xù)穩(wěn)定，具有顯著的經(jīng)濟(jì)效果。

齒輪減速機(jī)軸承故障診斷振動(dòng)分析頻譜分析

一、概述

分解槽是氧化鋁生產(chǎn)中的關(guān)鍵設(shè)備，氫氧化鋁的析出就是在分解槽中進(jìn)行的，公司共有64臺(tái)。由于分解槽攪拌裝置減速機(jī)輸出轉(zhuǎn)速只有4.77 r/min，其軸承故障診斷一直是靠有經(jīng)驗(yàn)的設(shè)備管理和維修人員利用聽音棒，通過聲音識(shí)別、配合鐵譜分析、開觀察孔檢查是否存在鐵屑來判斷，不能及時(shí)發(fā)現(xiàn)處于早、中期的軸承故障，發(fā)現(xiàn)時(shí)往往已處于晚期。因此，時(shí)常發(fā)生因軸承損壞導(dǎo)致齒輪損壞的設(shè)備事故，不但造成嚴(yán)重?fù)p失，更重要是嚴(yán)重影響生產(chǎn)的連續(xù)穩(wěn)定。

2013年7月公司開始用Vb7振動(dòng)分析儀及Ascent資產(chǎn)管理系統(tǒng)，對(duì)RP106分解槽減速機(jī)運(yùn)行振動(dòng)數(shù)據(jù)進(jìn)行監(jiān)測管理。監(jiān)測中發(fā)現(xiàn)第三軸支撐軸承異常，解體檢查，與監(jiān)測結(jié)果相符。由于更換軸承及時(shí)，有效避免了減速機(jī)事故的發(fā)生。

二、機(jī)組情況

1.機(jī)組簡圖及測點(diǎn)布置

機(jī)組簡圖及測點(diǎn)布置如圖1所示，電機(jī)通過皮帶驅(qū)動(dòng)方式帶動(dòng)減速機(jī)運(yùn)行，電機(jī)額定轉(zhuǎn)速1480 r/min，皮帶傳動(dòng)速比為1，經(jīng)過4級(jí)降速后驅(qū)動(dòng)攪拌軸旋轉(zhuǎn)，實(shí)現(xiàn)對(duì)鋁酸鈉溶液的攪拌。

圖1　機(jī)組簡圖

2.分解槽減速機(jī)參數(shù)

分解槽減速機(jī)型號(hào)ML4PVSF120，傳動(dòng)比310.379，轉(zhuǎn)速4.77～1480 r/min，減速機(jī)軸承型號(hào)及齒輪齒數(shù)見表1。

表1　減速機(jī)軸承型號(hào)及齒輪齒數(shù)

3.減速機(jī)軸承故障特征頻率分析

減速機(jī)軸承故障特征頻率主要包括軸頻、齒輪的嚙合頻率、軸承的內(nèi)外圈、滾動(dòng)體、保持架的故障特征頻率，與諧頻、邊頻相結(jié)合，成為對(duì)減速機(jī)故障判斷的依據(jù)。

三、測點(diǎn)布置

測點(diǎn)布置見如圖1所示，與電機(jī)相聯(lián)的高速軸稱為1軸，順此為2軸、3軸、4軸、5軸，測點(diǎn)選擇盡量靠近軸承處，對(duì)其3個(gè)方向即水平、垂直、軸向振動(dòng)信號(hào)進(jìn)行采集，由于4軸、5軸轉(zhuǎn)速較低，分別為15.89 r/min，4.77 r/min，采集時(shí)間較長，1臺(tái)設(shè)備約需1 h，費(fèi)工費(fèi)時(shí)，對(duì)減速機(jī)來說意義不大，故放棄對(duì)4軸、5軸振動(dòng)情況的采集。

四、故障分析

1.振動(dòng)數(shù)據(jù)采集

參數(shù)設(shè)置完成后，將其傳到Vb7測振儀器，開始對(duì)設(shè)備振動(dòng)數(shù)據(jù)進(jìn)行采集。Rp106分解槽減速機(jī)采集數(shù)據(jù)如表2。

2.振動(dòng)故障頻譜分析

2014-01-23按計(jì)劃對(duì)分解槽上的減速機(jī)振動(dòng)數(shù)據(jù)進(jìn)行采集，發(fā)現(xiàn)RP106槽上減速機(jī)3軸振動(dòng)頻譜異常，24日再次對(duì)其采集確認(rèn)，振動(dòng)頻譜與23日采集相同。振動(dòng)速度頻譜如圖2、圖3所示，3軸上下2軸承的軸向振動(dòng)頻譜均出現(xiàn)小山包樣的譜線族。通過分析發(fā)現(xiàn)譜線間距（A光標(biāo)與B光標(biāo)之差）正好是轉(zhuǎn)頻1.094 Hz，如表1所示（3軸轉(zhuǎn)速65.25 r/min，頻率1.094 Hz），即譜線是以轉(zhuǎn)頻為等間距的譜線族。輸入軸承型號(hào)進(jìn)行分析，可以看到譜線族是軸承外圈故障特征頻率的諧波及其轉(zhuǎn)頻邊帶（圖4、圖5），特征符合軸承晚期故障的頻譜特征。

觀其振動(dòng)值，比2013年8月、12月采集到的振動(dòng)值還要小，見Rp106分解槽減速機(jī)采集數(shù)據(jù)表2。利用Ascent軟件的“頻譜堆棧圖”功能，調(diào)出近幾個(gè)月的振動(dòng)頻譜進(jìn)行對(duì)比（圖6、圖7），可以看出，2013年8月、12月，振動(dòng)頻譜圖上未出現(xiàn)軸承故障特征頻率、轉(zhuǎn)頻邊帶，而2014年1月23日、24日卻出現(xiàn)了軸承外圈的故障特征頻率及諧波，而且伴有大量的轉(zhuǎn)頻邊帶，這是典形的軸承故障的晚期特征。

立即通知設(shè)備使用單位退槽，將設(shè)備從生產(chǎn)線上解列出來進(jìn)行檢修。當(dāng)天取油樣進(jìn)行鐵譜分析，鐵譜片上存在大量來自齒輪與軸承的疲勞磨粒，其中來自軸承的疲勞磨粒占多數(shù)，疲勞磨粒最大尺寸超過100 μm，此外譜片上還存在著中量的嚴(yán)重滑動(dòng)磨粒，設(shè)備齒輪與軸承均在異常磨損，以軸承磨損為主。設(shè)備使用單位第二天開始退槽，將設(shè)備解列出來，避免了一場即將發(fā)生的設(shè)備事故。

五、檢修情況

Rp106分解槽減速機(jī)2014-3-7在檢修基地解體開蓋吊出，3軸上下兩盤軸承座處有大量的鐵屑，軸承磨損嚴(yán)重。軸承內(nèi)圈、外圈、滾動(dòng)體嚴(yán)重剝落，下盤軸承有1顆滾珠脫出保持架掉下來；其它軸軸承除1軸上盤軸承有輕微磨損外，均完好；齒輪有輕微磨損，但不影響使用；檢修人員更換軸承后，設(shè)備恢復(fù)正常。

表2　Rp106分解槽減速機(jī)數(shù)據(jù)mm/s

圖2　3軸上盤軸承軸向振動(dòng)頻譜圖

圖3　3軸下盤軸承軸向振動(dòng)頻譜圖

圖4　3軸上盤軸承軸向振動(dòng)頻譜圖

圖5　3軸下盤軸承軸向振動(dòng)頻譜圖

六、結(jié)束語

通常情況下，齒輪減速機(jī)的振動(dòng)信號(hào)相當(dāng)復(fù)雜，各種干擾源加劇了信號(hào)的混疊，識(shí)別較困難，但當(dāng)某一故障發(fā)展至一定程度，成為振動(dòng)信號(hào)的主要激振源時(shí)，通過振動(dòng)信號(hào)進(jìn)行故障診斷就成為可能。應(yīng)選擇最佳檢測狀態(tài)如轉(zhuǎn)速、測點(diǎn)、采樣頻率等，以減少各種干擾因素的影響，提高信號(hào)的可比性。

對(duì)于結(jié)構(gòu)簡單裝配良好的齒輪減速機(jī)，故障相對(duì)單一且發(fā)展到一定程度時(shí)，可以通過直接測量箱體上低頻段的振動(dòng)信號(hào)并利用時(shí)域、頻域圖譜對(duì)故障予以識(shí)別，這個(gè)頻段應(yīng)包含齒輪的多階嚙合頻率或軸的多階旋轉(zhuǎn)頻率，視具體的診斷要求而定。

對(duì)于復(fù)雜的齒輪箱及較復(fù)雜的故障，通過共振解調(diào)方法提取高頻沖擊信號(hào)的包絡(luò)信號(hào)，再根據(jù)包絡(luò)信號(hào)的周期特征，頻譜特征（如特征頻率多階等間距譜線結(jié)構(gòu)等），往往可以獲得較為滿意的診斷結(jié)果。

齒輪減速機(jī)的軸承故障診斷中，振動(dòng)值的大小只能作為參考，不能完全反應(yīng)設(shè)備的技術(shù)狀況，要從頻譜變化的角度出發(fā)，去發(fā)現(xiàn)振動(dòng)頻譜是否出現(xiàn)軸承故障特征頻率，如果出現(xiàn)軸承故障頻率及多倍頻，要引起足夠重視，如出現(xiàn)轉(zhuǎn)頻邊帶，不管振動(dòng)值大小，應(yīng)立即停機(jī)檢修處理。

圖6　3軸上盤軸承軸向振動(dòng)頻譜堆棧圖

圖7　3軸下盤軸承軸向振動(dòng)頻譜堆棧圖

〔編輯利文〕

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