袁坤　于世水（武鋼集團昆明鋼鐵股份有限公司　昆明）

高線精軋機增速箱振動故障診斷

袁坤于世水
（武鋼集團昆明鋼鐵股份有限公司昆明）

高速線材精軋機增速箱故障診斷實例，說明設備故障診斷技術應用于高速旋轉設備的必要性和對把握設備運行狀況和指導設備維修的重要作用。

故障診斷頻譜分析增速箱軸承缺陷

一、精軋機組概況

昆鋼棒線廠高速線材車間于1995年5月投產，設計年生產能力35萬噸，軋制最高速度為125 m/s，屬高速連軋設備。軋制規(guī)格，普通線材直徑5.5～20 mm，螺紋線材直徑6～16 mm，盤卷重量約2 t/卷。

1．技術參數(shù)

精軋機組由德國西馬克公司設計制造，由精軋機、機架、增速箱等裝置組成。其中精軋機電機型號TS6300，功率6300 kW，轉速475～1700 r/min。增速箱主動大齒輪齒數(shù)Z1=167，右旋斜齒；奇數(shù)架被動齒輪齒數(shù)Z3=45，左旋斜齒；偶數(shù)架被動齒輪齒數(shù)Z2=36，左旋斜齒。

2．傳動方式

精軋機共10個機架，呈V形90°布置，每個機架由1個錐齒箱和1個插入式輥箱組成，電機傳動增速箱，通過齒輪配速分別傳動奇數(shù)機架（H19、H21、H23、H25、H27）和偶數(shù)機架（H20、H22、H24、H26、H28），見圖1。

圖1　精軋機齒輪箱傳動示意圖

3．振動監(jiān)測

（1）監(jiān)測位置。精軋機增速箱采用SCHENCK-VIBROTEST41X型振動儀進行振動監(jiān)測，6個監(jiān)測點分別設置于增速箱Ⅰ軸、Ⅱ軸、Ⅲ軸6個測點軸承座處，見圖2。通常情況下專業(yè)點檢按2次/周的頻次進行設備點檢。

（2）振動標準。參照德國西馬克公司提供的增速箱測點振動參考限值（表1）。

圖2　增速箱測點布置圖

表1　增速箱測點振動參考限值表mm/s

二、設備運行情況

（1）高速線材車間精軋機增速箱通常情況下專業(yè)點檢按2次/周的頻次進行設備點檢，2011年12 月17日點檢時發(fā)現(xiàn)增速箱Ⅰ軸、Ⅱ軸、Ⅲ軸6個測點軸承座垂直方向振動值都有上升的趨勢，其中Ⅱ軸V2b測點振動值上升幅度達2.35 mm/s（正常值≤1.8 mm/s），用聽音棒監(jiān)聽有輕微異響，振動監(jiān)測記錄見表2。

表2　增速箱振動監(jiān)測記錄mm/s

（2）為了跟蹤增速箱的運行狀況，2011年12月18日開始加大點檢頻次，點檢周期臨時改為每天1次。19日早班精軋機組利用改品種時機定期更換H28機架輥箱，復產后繼續(xù)監(jiān)測運行，振動值仍偏上限臨界值，至20日軋制φ8 mm光圓普通線材時增速箱振動值再次上升，特別是Ⅱ軸V2b測點垂直方向的振動值高達3.32 mm/s，異響也隨之加劇，因懷疑是19日更換H28機架的輥箱存在裝配問題而引起的振動加劇，21日重新拆檢H28機架輥箱，經檢查輥箱裝配均滿足誤差要求，開機后振動值仍處于超標狀態(tài)。振動監(jiān)測記錄見表3。

表3　增速箱振動監(jiān)測記錄mm/s

三、頻率分析

由于2011年12月20日精軋機增速箱的振動主要在表現(xiàn)在Ⅱ軸V2b測點，故選擇V2b測點的垂直方向利用SCHENCKVIBROTEST41X型振動分析儀進行振動分析。

（1）2011年12月20日監(jiān)測精軋機增速箱時正在軋制8 mm光圓普通線材，軋制速度73 m/s，電機轉速887 r/min，增速箱特征頻率見表4。

表4　增速箱特征頻率表

（2）2011年12月20日采集到的增速箱Ⅱ軸V2b測點振動頻譜見圖3，與增速箱Ⅱ軸V2b測點頻譜圖對應的特證頻率見表5。

圖3　增速箱V2b測點頻譜圖

表5　特證頻率表

（3）增速箱V2b測點垂直方向振動頻譜圖分析。

主要振動頻率在增速箱Ⅱ軸旋轉頻率68.36 Hz上，占振動值的主導地位，振幅高達3.32 mm/s，譜圖上反映的Ⅱ軸旋轉頻率68.36 Hz與計算特征頻率68.577 Hz較接近，并伴有明顯的倍頻現(xiàn)象。未出現(xiàn)增速箱的軸承潤滑不良、齒輪跳動、轉軸彎曲的特征頻率。由振動理論可知，如果機械系統(tǒng)的振動響應中包含某些頻率成分，就有與之相應的同頻激振源。如某一個或幾個頻率分量的響應幅值增大，則必然是其相對應的激振力的幅度有所增大而引起的。

綜合上述分析，根據故障的典型頻譜特征判斷，造成增速箱V2b測點垂直方向振動大的主要原因可能是Ⅱ軸軸承存在故障缺陷所致。

四、軸承故障缺陷分析

精軋機增速箱測點Ⅱ軸V2b軸承座由型號為NU1034 MP/ C4圓柱滾子軸承（GB/T 283）和6034 MA/C4深溝球軸承（GB/T 276）配套組成。

滾動軸承缺陷特征頻率的計算

滾動軸承缺陷特征頻率的計算結果見表6。

表6　滾動軸承缺陷特征頻率表Hz

圖4　NU1034圓柱滾子軸承保持架損壞圖

根據滾動軸承運轉時，各元件的相互動力作用形成了各自的特證頻率，如果在頻譜圖中出現(xiàn)了滾動軸承缺陷的振動特征頻率分量，那么對應的各軸承元件有缺陷存在。對照增速箱軸Ⅱ旋轉頻率（68.360 Hz）及滾動軸承缺陷特征頻率表（表5）可知：增速箱Ⅱ軸旋轉頻率（68.360 Hz）近似于型號為NU1034MP/C4軸承保持架碰內環(huán)缺陷特征頻率（34.357 Hz）的2倍頻，由此可判斷型號為NU1034MP/C4軸承保持架可能已損壞。

表7　增速箱振動監(jiān)測記錄mm/s

表8　增速箱2012年1月3日～5日振動監(jiān)測記錄mm/s

為了完成2011年產量任務，從2011年12月22日起采用低速大規(guī)格軋制維持生產，同時加大對增速箱的監(jiān)控運行，從12月22日-24日監(jiān)測數(shù)據（表7）判斷，采用低速大規(guī)格軋制基本能維持設備的運行條件。

五、驗證情況

（1）2011年12月25日棒線廠高速線材車間完成全年生產任務，2011年12月26日～2012年1 月2日開始停機年終檢修，拆檢精軋機增速箱時發(fā)現(xiàn)NU1034圓柱滾子軸承保持架已出現(xiàn)兩處斷裂點（圖4），6034深溝球軸承外環(huán)有輕微磨損。

（2）更換增速箱NU1034圓柱滾子軸承、6034深溝球軸承及相關設備檢修后，于2012年1月3日恢復生產，從增速箱復產后的振動監(jiān)測情況（表8）可知增速箱運行恢復正常。

〔編輯李波〕

TG333.6＋2

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