賀天成,寧中赫,楊冬冬

引言

在鋼鐵企業(yè)中，有許多高速旋轉(zhuǎn)機(jī)械，運(yùn)行過程中會(huì)遇到振動(dòng)問題。振動(dòng)過大會(huì)對(duì)設(shè)備造成損害，甚至發(fā)生重大人身安全事故，因此必須嚴(yán)密監(jiān)測(cè)。過去一般采用點(diǎn)檢儀人工點(diǎn)檢，人工判斷。包鋼長(zhǎng)材廠采用上海士翌測(cè)試研發(fā)生產(chǎn)的無線智能傳感單元與智能點(diǎn)檢儀配合進(jìn)行軋機(jī)減速機(jī)日常點(diǎn)檢。無線傳感單元的包絡(luò)測(cè)量功能尤其適用于減速機(jī)的軸承和齒輪故障早期監(jiān)測(cè)。

1　包絡(luò)解調(diào)原理及過程

齒輪、滾動(dòng)軸承故障在設(shè)備轉(zhuǎn)動(dòng)過程中，會(huì)產(chǎn)生周期性的脈沖信號(hào)，在頻譜上主要以某部件固有頻率調(diào)制波，齒輪故障信號(hào)或軸承故障信號(hào)被調(diào)制在部件固有頻率上。因此需要將被調(diào)制的故障信號(hào)解調(diào)出來，可采用包絡(luò)解調(diào)技術(shù)。

無線傳感單元內(nèi)置包絡(luò)解調(diào)電路，提取被調(diào)制的故障信號(hào)，計(jì)算其包絡(luò)值大小和頻譜分布，即可分析軸承或齒輪的故障嚴(yán)重程度及其故障部位。無線傳感單元內(nèi)置包絡(luò)解調(diào)電路，包絡(luò)解調(diào)過程如圖1所示。

2　機(jī)組參數(shù)

包鋼長(zhǎng)材廠棒材粗軋區(qū)6 V軋機(jī)電機(jī)功率：500 kW，轉(zhuǎn)速：737 r/min（聯(lián)調(diào)軋制）；軋機(jī)減速箱為四級(jí)減速箱，聯(lián)軸器為齒式聯(lián)軸器。軸承型號(hào)為97526E。工況：軋制φ28螺紋鋼。

1軸軸承型號(hào)為97526E，故障特征頻率為：內(nèi)圈特征頻率 (BPFI)：140.3 Hz;外圈特征頻率 (BPFO)：93.35 Hz;滾珠特征頻率(BSF)：42.01 Hz;保持架特征頻率(FIF)：4.91 Hz。

3　測(cè)點(diǎn)分布

軋機(jī)減速機(jī)測(cè)點(diǎn)分布如圖2所示。

圖2　軋機(jī)減速機(jī)測(cè)點(diǎn)分布圖

4　監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)及其變化

一軸輸入端軸承振動(dòng)值和包絡(luò)值變化趨勢(shì)如表1和圖3、圖4所示。

表1　各個(gè)測(cè)點(diǎn)振動(dòng)

圖3　水平振動(dòng)速度趨勢(shì)圖

圖4　水平振動(dòng)包絡(luò)值趨勢(shì)圖

從振值表和趨勢(shì)圖中可以看出：

（1）減速機(jī)一軸三個(gè)方向振動(dòng)速度值變化不大，且未達(dá)到報(bào)警值。

（2）包絡(luò)值與9月28日相比，在10月12日突然增高，達(dá)到31.6 m/s2,是上一次測(cè)量的值6倍。

通過以上比較分析，初步判斷包絡(luò)值的突然變大的主要是由于軸承或齒輪等部件的缺陷引起。

5　故障分析

分析8月25日、10月12日軋制φ28螺紋時(shí)，一軸主動(dòng)端軸承3H測(cè)點(diǎn)的振動(dòng)波形和頻譜圖如圖5、圖6、，包絡(luò)圖譜分別如圖7、圖8所示。

對(duì)以上圖譜進(jìn)行分析得知：

（1）8月25日的3Hv頻譜圖上可以看到滾動(dòng)體故障頻率42.5 Hz及2倍頻85 Hz處有振幅，2倍頻處幅值達(dá)到1.6 mm/s。但軸承滾動(dòng)體故障頻率及其倍頻兩側(cè)未發(fā)現(xiàn)明顯的保持架頻率調(diào)制的邊帶。時(shí)域波形圖中出現(xiàn)間隔85 Hz的沖擊波形；

圖5　8月25日3Hv波形頻譜圖

圖6　10月12日3Hv波形和頻譜

圖7　8月25日3He包絡(luò)波形頻譜

圖8　10月12日3He包絡(luò)波形頻譜

（2）10月12日3Hv頻譜圖中軸承滾動(dòng)體故障頻率及其2倍頻的幅值均增長(zhǎng)。2X故障頻率處幅值已增長(zhǎng)到2.6 mm/s。滾動(dòng)體故障頻率及其2倍頻兩側(cè)未發(fā)現(xiàn)以保持架頻率調(diào)制的邊帶。時(shí)域波形圖中間隔85 Hz的沖擊更加明顯；

（3）8月25日3He包絡(luò)頻譜圖上未發(fā)現(xiàn)軸承滾動(dòng)體故障頻率的沖擊。頻譜圖中主要是齒輪嚙合頻率及其倍頻的沖擊。

（4）10月12日3He包絡(luò)值突然大幅增大，達(dá)到31.6 m/s2。沖擊能量主要集中在0～52.5 Hz，在軸承滾動(dòng)體故障頻率處出現(xiàn)1.46 m/s2能量，且在滾動(dòng)體故障頻率兩側(cè)出現(xiàn)大量以保持架頻率調(diào)制的邊帶。保持架故障頻率的5倍頻22.5 Hz處能量尤為突出，達(dá)到4.86 m/s2。噪聲地平明顯增高。包絡(luò)波形圖中出現(xiàn)大量間隔大概在27.85 Hz的沖擊，沖擊能量大，持續(xù)時(shí)間長(zhǎng)。

6　診斷結(jié)論

綜上分析，判斷減速機(jī)一軸主動(dòng)端軸承存在嚴(yán)重的保持架故障和較嚴(yán)重的滾動(dòng)體故障，須停機(jī)檢修。

7　檢修確認(rèn)

10月15日檢修，檢修后發(fā)現(xiàn)軸承定位被冒松脫，軸承保持架磨損嚴(yán)重，滾動(dòng)體磨損較為嚴(yán)重，軸承鏜孔內(nèi)出現(xiàn)大量鋼渣。如圖9、圖10所示。

圖9　保持架滾珠磨損，鏜孔內(nèi)大量鋼渣

8　診斷總結(jié)

（1）振動(dòng)速度值監(jiān)測(cè)同時(shí)監(jiān)測(cè)包絡(luò)值的變化，軸承出現(xiàn)故障時(shí)，包絡(luò)值更早發(fā)生變化，對(duì)軸承故障更為敏感。

（2）保持架還沒有碎，只是磨損嚴(yán)重。包絡(luò)值的敏感對(duì)監(jiān)測(cè)保持架磨損故障有重要意義，若沒有包絡(luò)值的監(jiān)測(cè)我們可能只會(huì)跟蹤滾動(dòng)體故障而忽略掉保持架磨損故障。

圖10　軸承定位被冒松脫

（3）軸承定位被冒松脫加快了軸承的劣化速度。這也可以解釋為什么包絡(luò)值會(huì)在不到兩個(gè)星期內(nèi)突然大幅增長(zhǎng)。