夏冬梅

（佛山職業(yè)技術(shù)學(xué)院，佛山 528000）

圖1 在線監(jiān)測(cè)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)圈

高線軋機(jī)設(shè)備具有運(yùn)轉(zhuǎn)速度高、載荷變化頻繁、所軋制軋件溫度低的特點(diǎn)，設(shè)備的主要故障是主傳動(dòng)設(shè)備的軸承、齒輪失效，占總設(shè)備故障時(shí)間的50%以上。而主傳動(dòng)設(shè)備（包括預(yù)精軋機(jī)、精軋機(jī)、夾送輥和吐絲機(jī)等）是生產(chǎn)線中的關(guān)鍵精密設(shè)備，如果出現(xiàn)故障將造成整個(gè)生產(chǎn)線的產(chǎn)量減少或停機(jī)，維修處理時(shí)間長(zhǎng)，維修費(fèi)用昂貴。據(jù)不完全統(tǒng)計(jì)，機(jī)械設(shè)備故障有超過70%是振動(dòng)故障，以軸承振動(dòng)引起失效最為普遍。因此，對(duì)高線軋機(jī)的檢測(cè)重心應(yīng)該放在軸承故障信號(hào)的監(jiān)測(cè)與分析方面。下面通過對(duì)韶鋼煉軋廠高線軋機(jī)設(shè)備狀態(tài)監(jiān)測(cè)和技術(shù)創(chuàng)新，開展軸承振動(dòng)在線監(jiān)測(cè)與故障診斷分析，并提出處理方法和改進(jìn)方案。

1 系統(tǒng)介紹

在線振動(dòng)監(jiān)測(cè)系統(tǒng)主要分為三大部分：在線計(jì)算機(jī)，現(xiàn)場(chǎng)檢測(cè)單元和振動(dòng)傳感器。主要的檢測(cè)對(duì)象為精軋機(jī)、減定徑機(jī)和吐絲機(jī)等（見圖1）。

在每個(gè)齒輪箱位設(shè)置兩個(gè)監(jiān)測(cè)點(diǎn)，并安裝2個(gè)加速度傳感器，主要對(duì)加速度、速度和包絡(luò)值進(jìn)行檢測(cè)。通過傳感器采集軋制過程中的軸承振動(dòng)信號(hào)，現(xiàn)場(chǎng)檢測(cè)單元對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行提取、優(yōu)化，再傳遞給在線診斷軟件分析，實(shí)現(xiàn)動(dòng)態(tài)化監(jiān)控。

2 應(yīng)用實(shí)例

2.1 預(yù)精軋機(jī)齒輪箱軸承故障診斷及處理

2.1.1 故障現(xiàn)象及分析

現(xiàn)象：發(fā)現(xiàn)部分精軋機(jī)齒輪箱在輸入軸監(jiān)測(cè)點(diǎn)的振動(dòng)數(shù)值超過系統(tǒng)設(shè)置的報(bào)警值。分析：研究其頻譜圖，在軸承內(nèi)圈連續(xù)滾動(dòng)、而外圈處于靜止?fàn)顟B(tài)時(shí)，對(duì)圓錐滾子軸承的故障頻率特征進(jìn)行計(jì)算，得到外圈故障頻率數(shù)值：BPFO=16.10×14.1161=227.26Hz。結(jié)論：該軸承外圈發(fā)生的故障頻率1、2、3倍的頻振幅數(shù)值均超過1個(gè)，由此斷定該軸承外圈發(fā)生損壞。

2.1.2 故障處理及改進(jìn)

處理：利用機(jī)械設(shè)備大修，對(duì)齒輪箱進(jìn)行解體，發(fā)現(xiàn)圓錐滾子軸承外圈內(nèi)滾道表面有嚴(yán)重壓痕。更換軸承，輸入軸包絡(luò)信號(hào)后，振動(dòng)總數(shù)值有所下降。

改進(jìn)：該軸承故障主要是由于交流變頻電機(jī)引起軸承過電流現(xiàn)象，使軸承發(fā)生電蝕。因此，采取如下措施：在電機(jī)軸內(nèi)安裝接地碳刷，及時(shí)清掃粉塵；在變頻器處，增加信號(hào)濾波，提高信號(hào)分辨能力；電機(jī)軸承使用專業(yè)軸承，實(shí)現(xiàn)對(duì)電流進(jìn)行隔斷。

2.2 減定徑機(jī)變速箱軸承故障診斷及處理

減定徑機(jī)變速箱主要分為四個(gè)箱體，用ABCD代替。具有20組的離合器裝置，能夠有效實(shí)現(xiàn)轉(zhuǎn)速變化，并傳遞齒輪中間安裝有支撐軸承。

2.2.1 故障現(xiàn)象及分析

現(xiàn)象：當(dāng)?shù)陀谝鬁囟葧r(shí)，減定徑機(jī)A箱會(huì)發(fā)生異常振動(dòng)，并在短時(shí)間內(nèi)速度提升較快。分析：頻譜圖顯示峰值為71.9Hz，且存在諧波，需要對(duì)軋制φ13規(guī)格A箱4檔齒輪內(nèi)軸承6034 C3進(jìn)行計(jì)算驗(yàn)證。A箱輸入軸和過橋軸之間設(shè)置有一級(jí)螺旋傘齒輪增速，其速比i0=26/33；過橋軸和輸出軸之間存在4個(gè)檔位，分別為i1=78/19，i2=69/27，i3=72/45，i4=65/65；當(dāng)軋制φ13規(guī)格電機(jī)轉(zhuǎn)動(dòng)速度為829.1r/min，換2檔之后，2檔齒輪內(nèi)軸承內(nèi)外圈同向轉(zhuǎn)動(dòng)無速度差，換4擋后，內(nèi)軸承內(nèi)外圈同向旋轉(zhuǎn)存在一定速度差。軸承（SKF）滾動(dòng)體直徑為26.988mm，節(jié)圓直徑為215mm，滾動(dòng)體數(shù)量為15，接觸角α=0°。

6034軸承轉(zhuǎn)動(dòng)頻率：

R=內(nèi)圈轉(zhuǎn)動(dòng)頻率-外圈轉(zhuǎn)動(dòng)頻率

結(jié)論：該軸承外圈發(fā)生故障頻率1、2、3、4倍的頻振幅數(shù)值均超過0.6mm/s。由此斷定，該軸承外圈發(fā)生損壞。此時(shí)，必須立即停止工作，進(jìn)行全面檢修。

2.2.2 故障處理及改進(jìn)

處理：對(duì)減定徑機(jī)組進(jìn)行構(gòu)件解體后發(fā)現(xiàn)，軸承6034 C3外圈內(nèi)滾道具有嚴(yán)重磨損現(xiàn)象。對(duì)軸承進(jìn)行檢修、更換，設(shè)備的振動(dòng)總數(shù)值有所下降，此時(shí)頻譜圖中軸承6034 C3的外圈故障頻率消失，僅僅存在傘齒障合頻率。

改進(jìn)：針對(duì)此軸承的運(yùn)行特點(diǎn)進(jìn)行分析，改進(jìn)設(shè)計(jì)方案和完善設(shè)計(jì)圖紙，已獲得技術(shù)部門認(rèn)可，改進(jìn)措施如下。

第一，對(duì)于低速轉(zhuǎn)動(dòng)或者承受較大沖擊力的軸承，軸承壽命可按額定靜荷載來進(jìn)行計(jì)算，即S0=C0/P0。將原檔位齒輪內(nèi)2列的軸承更換為2列圓錐滾子軸承，能夠有效提高軸承的額定靜載荷和軸向的承載能力。例如：將A箱4檔齒輪內(nèi)6034 C3軸承更換為32034X軸承，額定靜荷載數(shù)值增加為915kN。同時(shí)，對(duì)軸承施加軸向力，可減少軸承安裝后的縫隙，大大提高軸承剛性，避免出現(xiàn)錘擊或輕載時(shí)發(fā)生滑移現(xiàn)象。

第二，借助SKF NoWear（永不磨損）技術(shù)，在圓錐滾子軸承滾動(dòng)體和內(nèi)外圈滾道接觸面上，噴涂具有低摩擦系數(shù)的陶瓷涂層，可有效提高滾動(dòng)體到接觸面的硬度，避免出現(xiàn)軸承表面粘著磨損現(xiàn)象。

3 結(jié)論

雖然高線軋機(jī)分布范圍廣、實(shí)際現(xiàn)場(chǎng)工況不同，但又表現(xiàn)出類似的工作狀態(tài)規(guī)律，因此，將在線監(jiān)測(cè)系統(tǒng)的信號(hào)分析、故障診斷理論和實(shí)際情況進(jìn)行結(jié)合，通過遠(yuǎn)程診斷中心的數(shù)據(jù)共享，實(shí)現(xiàn)設(shè)備維護(hù)人員、專業(yè)設(shè)備廠家和專家的多方會(huì)診，針對(duì)高線軋機(jī)異常狀況，能夠有效對(duì)分析并解決早期出現(xiàn)的部件缺陷或突發(fā)情況，避免出現(xiàn)重大意外事故，從而獲得更好的經(jīng)濟(jì)效益。

[1]馬維金，李鳳蘭，熊詩(shī)波.熱連軋機(jī)自激振動(dòng)診斷與振動(dòng)機(jī)理分析[J].振動(dòng)、測(cè)試與診斷，2006，26（4）：261-264．

[2]鐘掘，唐華平.高速軋機(jī)若干振動(dòng)問題——復(fù)雜機(jī)電系統(tǒng)耦合動(dòng)力學(xué)研究[J].振動(dòng)測(cè)試與診斷，2002，22（1）：1-8.

[3]劉博元，王煥鋼，范文慧，等.基于大數(shù)據(jù)的復(fù)雜生產(chǎn)線系統(tǒng)健康度實(shí)時(shí)評(píng)估方法[J].清華大學(xué)學(xué)報(bào)，2014，54（10）：1377-1383.