趙立剛等

摘要：本文基于棒材連軋主減速機的工作原理對減速機產(chǎn)生振動信號的機理，以及減速機的故障特點進行研究分析，由于不同的故障引起的不同形式的振動，從減速機外部的傳感器獲取的振動信號對故障特征信息進行分析，進而為診斷減速機的故障提供參考依據(jù)。

關(guān)鍵詞：減速機 齒輪 振動測試 故障診斷

0 引言

石鋼公司軋鋼廠大棒線全線由達涅利公司設(shè)計，2004年6月投產(chǎn)運行至今。其設(shè)備工藝流程為：加熱爐-軋機（粗軋-中軋-精軋）-冷床-鋸-成品收集，其中軋機設(shè)備作為軋鋼工序的核心部分，對整個工序產(chǎn)能發(fā)揮起決定性作用。軋機設(shè)備按照工藝順序分為粗軋、中軋、精軋三個部分。在軋鋼設(shè)備中，減速機作為最主要的動力傳輸裝置，其機器故障通常是由振動造成的，整條生產(chǎn)線的工作狀況往往受到減速機運行狀態(tài)的影響和制約。對于減速機來說，其故障主要出現(xiàn)在軸承和齒輪部位。因此，在減速機出現(xiàn)發(fā)生故障時，需要對減速機的齒輪進行重點分析。在運行過程中，由于齒輪間的正常磨損與疲勞，以及制造、裝配精度比較差等原因，在一定程度上容易造成齒輪發(fā)生故障。齒輪作為一種高度復(fù)雜的成形零件，在機械加工過程中，與其它零件相比，無論是制造，還是裝配精度，齒輪的機械加工都比較低。隨著現(xiàn)代機械的廣泛應(yīng)用，對齒輪的傳動提出新的要求：一方面在高速、重載等條件下要求齒輪能夠正常工作；另一方面要求齒輪的工作性能具有更高的平穩(wěn)性和可靠性，以及結(jié)構(gòu)緊湊等，在這種情況下，進一步增加了引發(fā)齒輪發(fā)生故障的因素。根據(jù)國外研究資料統(tǒng)計結(jié)果顯示，在旋轉(zhuǎn)機械故障中，齒輪失效占10.3%。因此， 需要不斷提高齒輪傳動的可靠性，同時定期對機械設(shè)備中的齒輪進行監(jiān)測，進而在一定程度上確保機械設(shè)備安全、平穩(wěn)地運行。

1 故障蹤跡分析和監(jiān)測點的布置

1.1 減速機故障蹤跡分析[1]

在石鋼公司軋鋼廠，大棒工序生產(chǎn)線粗軋機組安裝的減速機機組總共5個，自2014年1月份以來，在工作過程中，2號減速機組的振動比較大，進而對軋機的正常運行產(chǎn)生嚴(yán)重的影響。我們初步分析了減速機振動的來源，如圖1所示，通過分析可知造成減速機產(chǎn)生振動異常的因素是：①軋機，即負(fù)載傳來的振動；②減速機的齒輪嚙合和軸承損壞；③電機和減速機之間的聯(lián)軸器不對中，及同軸度誤差超標(biāo)等。

1.2 傳感器監(jiān)測點布置

為了對齒輪機的故障原因進行準(zhǔn)確定位，需要對減速機系統(tǒng)的振動加速度進行相應(yīng)的測試，其傳動簡圖，以及布置的加速度傳感器測點，如圖2所示，在高速軸Ⅱ上布置1測點傳感器，在低速軸Ⅴ上布置2測點傳感器，同時測量水平方向的振動情況。測試參數(shù)為：采樣頻率、分析頻率分別為5120Hz、2000Hz，采樣點數(shù)為2048。

1.3 測試儀器介紹

HY-106B測振儀是一種便攜式振動測量設(shè)備，借助這種測量設(shè)備，通常情況下，能夠?qū)φ駝拥募铀俣?、烈度（速度）等進行直接的測量，這種測量儀器具有較寬的測量范圍，并且具有最大值保持功能，同時這種設(shè)備有相應(yīng)的處理軟件，能夠?qū)λ鶞y數(shù)據(jù)進行分析。對于HY-106B振動信號分析儀來說，一般具有8通道，經(jīng)過相應(yīng)的擴展處理，其最大有32個通道，能夠?qū)ξ⑿≌駝?、超強振動等實施測量，其儲存的測點數(shù)據(jù)可以超過1000組，該設(shè)備能夠?qū)π畔⑦M行管理，同時與微機實現(xiàn)通信，進而在一定程度上能夠?qū)ΜF(xiàn)場進行相應(yīng)的監(jiān)測，借助處理軟件，能夠?qū)顟B(tài)、趨勢等進行監(jiān)測和分析。

2 測試結(jié)果與故障排除

在減速機Ⅱ軸（高速）上設(shè)置振動加速度傳感器，其振動加速度時域圖如圖3所示。在減速機Ⅱ軸（高速） 設(shè)置振動加速度傳感器，其振動加速度頻譜圖如圖4所示。在減速機Ⅴ軸（低速）上設(shè)置振動加速度傳感器，其振動加速度時域圖如圖5所示。在減速機Ⅴ軸（低速）上設(shè)置振動加速度傳感器，其振動加速度頻譜圖如圖6所示。

通過分析，可知測點1的振動加速度為0.5g，并且有上升的趨勢，明顯超出正常范圍，為進一步查明故障原因，通過頻譜對測點1、2進行分析。通過對時域波形圖進行分析可知，高速軸（測點1）的時域振動波形存在沖擊信號，如圖3所示，脈沖間隔0.073s，頻率值13.7Hz。低速軸（測點2）振動波形比較正常，如圖5所示。通過對減速機各測點頻譜圖進行深入分析，可以看出，無論是高速軸，還是低速軸都存在連續(xù)低分量，如圖4、圖6所示。通過上述分析，在齒輪嚙合沖擊方面，高速軸（Ⅱ軸）比較大，低速軸（Ⅴ軸）相對好一些?？梢?，齒輪嚙合是減速機振動的主要振源，由軸承故障造成的振動相對較小，結(jié)合前面的分析可以進一步判定高速軸齒輪出現(xiàn)問題。隨即決定打開減速機東側(cè)觀察孔檢查，發(fā)現(xiàn)Ⅱ軸錐齒輪斷齒一條，長度約為齒長的2/3，相鄰齒同樣位置亦有裂紋（見圖7）。

診斷結(jié)果與實際故障相符，在隨后的故障處理時我們更換了該錐齒輪，更換完畢后試車時再次對同一部位進行測量時，測點1，2的振動幅度明顯降低，2#減速機的振動明顯減小，機組運行恢復(fù)正常。

3 結(jié)束語

振動監(jiān)測判斷減速機故障狀態(tài)是精密點檢參與故障診斷技術(shù)中一次成功的實踐。本次2#減速機案例使我們深刻地意識到設(shè)備狀態(tài)監(jiān)測工作開展的必要性與重要性。由于實施了有效的振動監(jiān)測，對減速機設(shè)備狀況進行有效的診斷分析，同時進行了預(yù)防和維修，進而在一定程度上避免了故障的進一步惡化，為棒材正常生產(chǎn)奠定基礎(chǔ)。本次案例為以后的PMS監(jiān)測工作積累了寶貴的經(jīng)驗。

參考文獻：

[1]鐘秉林，黃仁.機械故障診斷學(xué)[M].北京：機械工業(yè)出版社，1997.

[2]易良榘.簡易振動診斷現(xiàn)場實用技術(shù)[M].北京：機械工業(yè)出版社，2003.

[3]何正嘉.機械設(shè)備非平穩(wěn)信號的故障診斷原理及應(yīng)用[M].北京：高等教育出版社，2001.

[4]黃永強.陳樹勛.機械振動理論[M].北京：機械工業(yè)出版社，1996.

作者簡介：

趙立剛（1982-），男，河北石家莊人，河北鋼鐵集團石鋼公司，助理工程師，研究方向：設(shè)備運行管理。

劉瑞落（1982-），男，河北石家莊人，河北鋼鐵集團石鋼公司，助理工程師，研究方向：設(shè)備運行管理。endprint

摘要：本文基于棒材連軋主減速機的工作原理對減速機產(chǎn)生振動信號的機理，以及減速機的故障特點進行研究分析，由于不同的故障引起的不同形式的振動，從減速機外部的傳感器獲取的振動信號對故障特征信息進行分析，進而為診斷減速機的故障提供參考依據(jù)。

關(guān)鍵詞：減速機 齒輪 振動測試 故障診斷

0 引言

石鋼公司軋鋼廠大棒線全線由達涅利公司設(shè)計，2004年6月投產(chǎn)運行至今。其設(shè)備工藝流程為：加熱爐-軋機（粗軋-中軋-精軋）-冷床-鋸-成品收集，其中軋機設(shè)備作為軋鋼工序的核心部分，對整個工序產(chǎn)能發(fā)揮起決定性作用。軋機設(shè)備按照工藝順序分為粗軋、中軋、精軋三個部分。在軋鋼設(shè)備中，減速機作為最主要的動力傳輸裝置，其機器故障通常是由振動造成的，整條生產(chǎn)線的工作狀況往往受到減速機運行狀態(tài)的影響和制約。對于減速機來說，其故障主要出現(xiàn)在軸承和齒輪部位。因此，在減速機出現(xiàn)發(fā)生故障時，需要對減速機的齒輪進行重點分析。在運行過程中，由于齒輪間的正常磨損與疲勞，以及制造、裝配精度比較差等原因，在一定程度上容易造成齒輪發(fā)生故障。齒輪作為一種高度復(fù)雜的成形零件，在機械加工過程中，與其它零件相比，無論是制造，還是裝配精度，齒輪的機械加工都比較低。隨著現(xiàn)代機械的廣泛應(yīng)用，對齒輪的傳動提出新的要求：一方面在高速、重載等條件下要求齒輪能夠正常工作；另一方面要求齒輪的工作性能具有更高的平穩(wěn)性和可靠性，以及結(jié)構(gòu)緊湊等，在這種情況下，進一步增加了引發(fā)齒輪發(fā)生故障的因素。根據(jù)國外研究資料統(tǒng)計結(jié)果顯示，在旋轉(zhuǎn)機械故障中，齒輪失效占10.3%。因此， 需要不斷提高齒輪傳動的可靠性，同時定期對機械設(shè)備中的齒輪進行監(jiān)測，進而在一定程度上確保機械設(shè)備安全、平穩(wěn)地運行。

1 故障蹤跡分析和監(jiān)測點的布置

1.1 減速機故障蹤跡分析[1]

在石鋼公司軋鋼廠，大棒工序生產(chǎn)線粗軋機組安裝的減速機機組總共5個，自2014年1月份以來，在工作過程中，2號減速機組的振動比較大，進而對軋機的正常運行產(chǎn)生嚴(yán)重的影響。我們初步分析了減速機振動的來源，如圖1所示，通過分析可知造成減速機產(chǎn)生振動異常的因素是：①軋機，即負(fù)載傳來的振動；②減速機的齒輪嚙合和軸承損壞；③電機和減速機之間的聯(lián)軸器不對中，及同軸度誤差超標(biāo)等。

1.2 傳感器監(jiān)測點布置

為了對齒輪機的故障原因進行準(zhǔn)確定位，需要對減速機系統(tǒng)的振動加速度進行相應(yīng)的測試，其傳動簡圖，以及布置的加速度傳感器測點，如圖2所示，在高速軸Ⅱ上布置1測點傳感器，在低速軸Ⅴ上布置2測點傳感器，同時測量水平方向的振動情況。測試參數(shù)為：采樣頻率、分析頻率分別為5120Hz、2000Hz，采樣點數(shù)為2048。

1.3 測試儀器介紹

HY-106B測振儀是一種便攜式振動測量設(shè)備，借助這種測量設(shè)備，通常情況下，能夠?qū)φ駝拥募铀俣?、烈度（速度）等進行直接的測量，這種測量儀器具有較寬的測量范圍，并且具有最大值保持功能，同時這種設(shè)備有相應(yīng)的處理軟件，能夠?qū)λ鶞y數(shù)據(jù)進行分析。對于HY-106B振動信號分析儀來說，一般具有8通道，經(jīng)過相應(yīng)的擴展處理，其最大有32個通道，能夠?qū)ξ⑿≌駝印⒊瑥娬駝拥葘嵤y量，其儲存的測點數(shù)據(jù)可以超過1000組，該設(shè)備能夠?qū)π畔⑦M行管理，同時與微機實現(xiàn)通信，進而在一定程度上能夠?qū)ΜF(xiàn)場進行相應(yīng)的監(jiān)測，借助處理軟件，能夠?qū)顟B(tài)、趨勢等進行監(jiān)測和分析。

2 測試結(jié)果與故障排除

在減速機Ⅱ軸（高速）上設(shè)置振動加速度傳感器，其振動加速度時域圖如圖3所示。在減速機Ⅱ軸（高速） 設(shè)置振動加速度傳感器，其振動加速度頻譜圖如圖4所示。在減速機Ⅴ軸（低速）上設(shè)置振動加速度傳感器，其振動加速度時域圖如圖5所示。在減速機Ⅴ軸（低速）上設(shè)置振動加速度傳感器，其振動加速度頻譜圖如圖6所示。

通過分析，可知測點1的振動加速度為0.5g，并且有上升的趨勢，明顯超出正常范圍，為進一步查明故障原因，通過頻譜對測點1、2進行分析。通過對時域波形圖進行分析可知，高速軸（測點1）的時域振動波形存在沖擊信號，如圖3所示，脈沖間隔0.073s，頻率值13.7Hz。低速軸（測點2）振動波形比較正常，如圖5所示。通過對減速機各測點頻譜圖進行深入分析，可以看出，無論是高速軸，還是低速軸都存在連續(xù)低分量，如圖4、圖6所示。通過上述分析，在齒輪嚙合沖擊方面，高速軸（Ⅱ軸）比較大，低速軸（Ⅴ軸）相對好一些?？梢?，齒輪嚙合是減速機振動的主要振源，由軸承故障造成的振動相對較小，結(jié)合前面的分析可以進一步判定高速軸齒輪出現(xiàn)問題。隨即決定打開減速機東側(cè)觀察孔檢查，發(fā)現(xiàn)Ⅱ軸錐齒輪斷齒一條，長度約為齒長的2/3，相鄰齒同樣位置亦有裂紋（見圖7）。

診斷結(jié)果與實際故障相符，在隨后的故障處理時我們更換了該錐齒輪，更換完畢后試車時再次對同一部位進行測量時，測點1，2的振動幅度明顯降低，2#減速機的振動明顯減小，機組運行恢復(fù)正常。

3 結(jié)束語

振動監(jiān)測判斷減速機故障狀態(tài)是精密點檢參與故障診斷技術(shù)中一次成功的實踐。本次2#減速機案例使我們深刻地意識到設(shè)備狀態(tài)監(jiān)測工作開展的必要性與重要性。由于實施了有效的振動監(jiān)測，對減速機設(shè)備狀況進行有效的診斷分析，同時進行了預(yù)防和維修，進而在一定程度上避免了故障的進一步惡化，為棒材正常生產(chǎn)奠定基礎(chǔ)。本次案例為以后的PMS監(jiān)測工作積累了寶貴的經(jīng)驗。

參考文獻：

[1]鐘秉林，黃仁.機械故障診斷學(xué)[M].北京：機械工業(yè)出版社，1997.

[2]易良榘.簡易振動診斷現(xiàn)場實用技術(shù)[M].北京：機械工業(yè)出版社，2003.

[3]何正嘉.機械設(shè)備非平穩(wěn)信號的故障診斷原理及應(yīng)用[M].北京：高等教育出版社，2001.

[4]黃永強.陳樹勛.機械振動理論[M].北京：機械工業(yè)出版社，1996.

作者簡介：

趙立剛（1982-），男，河北石家莊人，河北鋼鐵集團石鋼公司，助理工程師，研究方向：設(shè)備運行管理。

劉瑞落（1982-），男，河北石家莊人，河北鋼鐵集團石鋼公司，助理工程師，研究方向：設(shè)備運行管理。endprint

摘要：本文基于棒材連軋主減速機的工作原理對減速機產(chǎn)生振動信號的機理，以及減速機的故障特點進行研究分析，由于不同的故障引起的不同形式的振動，從減速機外部的傳感器獲取的振動信號對故障特征信息進行分析，進而為診斷減速機的故障提供參考依據(jù)。

關(guān)鍵詞：減速機 齒輪 振動測試 故障診斷

0 引言

石鋼公司軋鋼廠大棒線全線由達涅利公司設(shè)計，2004年6月投產(chǎn)運行至今。其設(shè)備工藝流程為：加熱爐-軋機（粗軋-中軋-精軋）-冷床-鋸-成品收集，其中軋機設(shè)備作為軋鋼工序的核心部分，對整個工序產(chǎn)能發(fā)揮起決定性作用。軋機設(shè)備按照工藝順序分為粗軋、中軋、精軋三個部分。在軋鋼設(shè)備中，減速機作為最主要的動力傳輸裝置，其機器故障通常是由振動造成的，整條生產(chǎn)線的工作狀況往往受到減速機運行狀態(tài)的影響和制約。對于減速機來說，其故障主要出現(xiàn)在軸承和齒輪部位。因此，在減速機出現(xiàn)發(fā)生故障時，需要對減速機的齒輪進行重點分析。在運行過程中，由于齒輪間的正常磨損與疲勞，以及制造、裝配精度比較差等原因，在一定程度上容易造成齒輪發(fā)生故障。齒輪作為一種高度復(fù)雜的成形零件，在機械加工過程中，與其它零件相比，無論是制造，還是裝配精度，齒輪的機械加工都比較低。隨著現(xiàn)代機械的廣泛應(yīng)用，對齒輪的傳動提出新的要求：一方面在高速、重載等條件下要求齒輪能夠正常工作；另一方面要求齒輪的工作性能具有更高的平穩(wěn)性和可靠性，以及結(jié)構(gòu)緊湊等，在這種情況下，進一步增加了引發(fā)齒輪發(fā)生故障的因素。根據(jù)國外研究資料統(tǒng)計結(jié)果顯示，在旋轉(zhuǎn)機械故障中，齒輪失效占10.3%。因此， 需要不斷提高齒輪傳動的可靠性，同時定期對機械設(shè)備中的齒輪進行監(jiān)測，進而在一定程度上確保機械設(shè)備安全、平穩(wěn)地運行。

1 故障蹤跡分析和監(jiān)測點的布置

1.1 減速機故障蹤跡分析[1]

在石鋼公司軋鋼廠，大棒工序生產(chǎn)線粗軋機組安裝的減速機機組總共5個，自2014年1月份以來，在工作過程中，2號減速機組的振動比較大，進而對軋機的正常運行產(chǎn)生嚴(yán)重的影響。我們初步分析了減速機振動的來源，如圖1所示，通過分析可知造成減速機產(chǎn)生振動異常的因素是：①軋機，即負(fù)載傳來的振動；②減速機的齒輪嚙合和軸承損壞；③電機和減速機之間的聯(lián)軸器不對中，及同軸度誤差超標(biāo)等。

1.2 傳感器監(jiān)測點布置

為了對齒輪機的故障原因進行準(zhǔn)確定位，需要對減速機系統(tǒng)的振動加速度進行相應(yīng)的測試，其傳動簡圖，以及布置的加速度傳感器測點，如圖2所示，在高速軸Ⅱ上布置1測點傳感器，在低速軸Ⅴ上布置2測點傳感器，同時測量水平方向的振動情況。測試參數(shù)為：采樣頻率、分析頻率分別為5120Hz、2000Hz，采樣點數(shù)為2048。

1.3 測試儀器介紹

HY-106B測振儀是一種便攜式振動測量設(shè)備，借助這種測量設(shè)備，通常情況下，能夠?qū)φ駝拥募铀俣?、烈度（速度）等進行直接的測量，這種測量儀器具有較寬的測量范圍，并且具有最大值保持功能，同時這種設(shè)備有相應(yīng)的處理軟件，能夠?qū)λ鶞y數(shù)據(jù)進行分析。對于HY-106B振動信號分析儀來說，一般具有8通道，經(jīng)過相應(yīng)的擴展處理，其最大有32個通道，能夠?qū)ξ⑿≌駝印⒊瑥娬駝拥葘嵤y量，其儲存的測點數(shù)據(jù)可以超過1000組，該設(shè)備能夠?qū)π畔⑦M行管理，同時與微機實現(xiàn)通信，進而在一定程度上能夠?qū)ΜF(xiàn)場進行相應(yīng)的監(jiān)測，借助處理軟件，能夠?qū)顟B(tài)、趨勢等進行監(jiān)測和分析。

2 測試結(jié)果與故障排除

在減速機Ⅱ軸（高速）上設(shè)置振動加速度傳感器，其振動加速度時域圖如圖3所示。在減速機Ⅱ軸（高速） 設(shè)置振動加速度傳感器，其振動加速度頻譜圖如圖4所示。在減速機Ⅴ軸（低速）上設(shè)置振動加速度傳感器，其振動加速度時域圖如圖5所示。在減速機Ⅴ軸（低速）上設(shè)置振動加速度傳感器，其振動加速度頻譜圖如圖6所示。

通過分析，可知測點1的振動加速度為0.5g，并且有上升的趨勢，明顯超出正常范圍，為進一步查明故障原因，通過頻譜對測點1、2進行分析。通過對時域波形圖進行分析可知，高速軸（測點1）的時域振動波形存在沖擊信號，如圖3所示，脈沖間隔0.073s，頻率值13.7Hz。低速軸（測點2）振動波形比較正常，如圖5所示。通過對減速機各測點頻譜圖進行深入分析，可以看出，無論是高速軸，還是低速軸都存在連續(xù)低分量，如圖4、圖6所示。通過上述分析，在齒輪嚙合沖擊方面，高速軸（Ⅱ軸）比較大，低速軸（Ⅴ軸）相對好一些?？梢?，齒輪嚙合是減速機振動的主要振源，由軸承故障造成的振動相對較小，結(jié)合前面的分析可以進一步判定高速軸齒輪出現(xiàn)問題。隨即決定打開減速機東側(cè)觀察孔檢查，發(fā)現(xiàn)Ⅱ軸錐齒輪斷齒一條，長度約為齒長的2/3，相鄰齒同樣位置亦有裂紋（見圖7）。

診斷結(jié)果與實際故障相符，在隨后的故障處理時我們更換了該錐齒輪，更換完畢后試車時再次對同一部位進行測量時，測點1，2的振動幅度明顯降低，2#減速機的振動明顯減小，機組運行恢復(fù)正常。

3 結(jié)束語

振動監(jiān)測判斷減速機故障狀態(tài)是精密點檢參與故障診斷技術(shù)中一次成功的實踐。本次2#減速機案例使我們深刻地意識到設(shè)備狀態(tài)監(jiān)測工作開展的必要性與重要性。由于實施了有效的振動監(jiān)測，對減速機設(shè)備狀況進行有效的診斷分析，同時進行了預(yù)防和維修，進而在一定程度上避免了故障的進一步惡化，為棒材正常生產(chǎn)奠定基礎(chǔ)。本次案例為以后的PMS監(jiān)測工作積累了寶貴的經(jīng)驗。

參考文獻：

[1]鐘秉林，黃仁.機械故障診斷學(xué)[M].北京：機械工業(yè)出版社，1997.

[2]易良榘.簡易振動診斷現(xiàn)場實用技術(shù)[M].北京：機械工業(yè)出版社，2003.

[3]何正嘉.機械設(shè)備非平穩(wěn)信號的故障診斷原理及應(yīng)用[M].北京：高等教育出版社，2001.

[4]黃永強.陳樹勛.機械振動理論[M].北京：機械工業(yè)出版社，1996.

作者簡介：

趙立剛（1982-），男，河北石家莊人，河北鋼鐵集團石鋼公司，助理工程師，研究方向：設(shè)備運行管理。

劉瑞落（1982-），男，河北石家莊人，河北鋼鐵集團石鋼公司，助理工程師，研究方向：設(shè)備運行管理。endprint