棒材軋機主傳動系統(tǒng)振動故障診斷與消除

杜劍清 閆 瑾

(北京中冶設(shè)備研究設(shè)計總院有限公司 北京100029)

1 概述

某棒材生產(chǎn)線共有20 架軋機，第20 架是平立可換軋機，一般情況下處于立輥工作狀態(tài)。其傳動系統(tǒng)如圖1 所示，傳動速比i=Z7/Z8 =52/63 =1.2。

圖1 軋機主傳動示意圖

該軋機調(diào)試時在一定轉(zhuǎn)速下發(fā)生了較大振動，振動位置在立輥減速分配箱以后的設(shè)備系統(tǒng)與立輥減速分配箱所處的平臺基礎(chǔ)。為消除故障開展了測試分析與改造，取得了良好效果。

2 振動測試與分析

2.1 振動測試

測試系統(tǒng)由加速度傳感器、振動信號采集處理儀與數(shù)據(jù)處理軟件組成。

將生產(chǎn)線方向定為“X”方向，與其垂直方向定為“Y”方向，沿傳動軸方向定為“A”方向。根據(jù)振動發(fā)生的特點選擇測點:3X:3#軸X 方向振動(見圖2);3Y:3#軸Y 方向振動;3A:3#軸A 方向振動;2X:2#軸X 方向振動;2A:2#軸A 方向振動;GA:立輥減速分配箱底座A 方向振動(見圖3)。在不指明單位的情況下，振動值是指振動速度有效值(振動烈度)，單位mm/s。

進行了多轉(zhuǎn)速振動測試，主電機轉(zhuǎn)速(r/min)分別為:600，700，750，800，850，900，1000，1050，1100，1200，有關(guān)轉(zhuǎn)速與轉(zhuǎn)頻列于表1。

2.2 測試結(jié)果與分析

圖4 是700r/min 工況3X 測點的速度頻譜，最高譜峰發(fā)生在9.5Hz，對應(yīng)輸出軸轉(zhuǎn)頻，振值為13.37，通頻振值為16.1mm/s。圖5 是700r/min 工況3X 測點的加速度波形，其特征是等間隔沖擊，沖擊周期約為0.1s，與速度頻譜主峰9.5Hz 對應(yīng)。圖6 是700r/min 工況3Y 測點的速度頻譜，最高譜峰發(fā)生在9. 5Hz，對應(yīng)輸出軸轉(zhuǎn)頻，振值為4.27，通頻振值為5。以上數(shù)據(jù)表明，在700r/min 工況下，設(shè)備發(fā)生了較大振動，振動頻率是輸出軸轉(zhuǎn)頻，X 方向振動遠大于Y 方向振動，這些均與現(xiàn)場的感覺一致。最大通頻振值為16.1mm/s。

表1 軋機轉(zhuǎn)速與轉(zhuǎn)頻

將發(fā)生較大振動的測試結(jié)果列于表2。

圖2 3 軸X 方向測點安裝圖

圖3 立輥減速分配箱底座測點安裝圖

圖4 700r/min 3X 測點的速度頻譜

圖5 700r/min 3X 測點的加速度波形

圖7 是3 軸X 方向振動隨轉(zhuǎn)速變化趨勢圖，其特征是:在主電機700r/min 與1200r/min 時，先后出現(xiàn)兩次較大峰值，對應(yīng)頻率是輸出軸轉(zhuǎn)頻。從振值隨轉(zhuǎn)速變化特征判斷，在該兩處頻率附近，發(fā)生了設(shè)備與基礎(chǔ)的共振。振型表現(xiàn)為測點處X 方向振動，對于立輥基礎(chǔ)而言，先后發(fā)生了X 方向的一階與二階彎曲共振。相對于一階共振，二階共振需要更大能量，在基礎(chǔ)的垂直方向上應(yīng)該存在一個X方向的振型節(jié)點，現(xiàn)場感覺與一階振動具有明顯不同的特征。

表2 振動測試部分結(jié)果

圖8 是3 軸Y 方向振動隨轉(zhuǎn)速變化趨勢圖，其特征是:在主電機800r/min 時，振動出現(xiàn)較大峰值，對應(yīng)頻率是輸出軸轉(zhuǎn)頻。表明在該頻率附近，設(shè)備與基礎(chǔ)發(fā)生了共振。振型表現(xiàn)為測點處Y 方向振動，對于立輥基礎(chǔ)而言，發(fā)生了Y 方向的彎曲共振。

圖6 700r/min 3Y 測點的速度頻譜

圖7 3 軸X 方向振動趨勢圖

圖8 3 軸Y 方向振動趨勢圖

對于其它測點的振動特征分析，證明均為同源振動，從振值大小判斷，振動首先發(fā)生在3 軸，再向2 軸傳遞。對于三維結(jié)構(gòu)的立輥減速分配箱基礎(chǔ)，判斷9.5Hz 接近其一階固有頻率，振型為X 方向一階彎曲振動，11Hz 接近其二階固有頻率，振型為Y 方向一階彎曲振動，16.5Hz 接近其三階固有頻率，振型為X 方向二階彎曲振動。前兩階固有頻率接近是由于四根立柱在兩個方向上基本相同，彎曲剛度比較接近。所有較大振動的主要成份均為輸出軸轉(zhuǎn)頻，說明輸出軸系的不平衡是振動發(fā)生的起因。

3 故障消除

針對以上分析，從基礎(chǔ)與設(shè)備兩方面進行改造。在滿足維修空間的前提下，對基礎(chǔ)立柱采取了橫向加固措施，提高基礎(chǔ)結(jié)構(gòu)的雙向彎曲剛度，其作用在于提高固有頻率。對軋機更換了重新制造并經(jīng)過動平衡的萬向接軸，消除了安裝缺陷，其作用在于消除振動源或減弱振源強度。

經(jīng)過以上改造，進行了相同條件下的振動測試，測試時按照軋輥處于上槽位置(萬向接軸花鍵聯(lián)接處于最長)與軋輥處于下槽位置(萬向接軸花鍵聯(lián)接處于最短)兩種工況進行測試。結(jié)果表明，轉(zhuǎn)速相同時，上槽工況的振動大于下槽工況，原因是較長的傳動軸具有較低的剛度。

圖9 是上槽工況3X 測點振動趨勢圖，該圖表明，在全部轉(zhuǎn)速范圍內(nèi)，沒有明顯的共振，振動值總體水平均不高，最大通頻振值為4.2，發(fā)生在1100r/min 附近，對應(yīng)頻率是加固后的一階彎曲固有頻率，說明加固的結(jié)果使基礎(chǔ)一階固有頻率提高50%以上。

圖10 是上槽工況3Y 測點振動趨勢圖，與圖9 對比可知，在全部轉(zhuǎn)速范圍內(nèi)，Y 方向振動低于X 方向振動，最大通頻振值為2.8，也發(fā)生在1100r/min 附近。

其它測點的振動水平均較低。

圖9 上槽工況3X 測點振動趨勢圖

圖10 上槽工況3Y 測點振動趨勢圖

綜上所述，與改造前相比，一階固有頻率提高了50%以上，在全部轉(zhuǎn)速范圍內(nèi)，未發(fā)現(xiàn)其它固有頻率。更換動平衡后的接軸，消除設(shè)備缺陷，使設(shè)備振源基本消除，從而在1100r/min 附近，共振不再加大，絕對振動值處于較低水平。

4 結(jié)論

經(jīng)過振動測試與分析，準(zhǔn)確判斷出振源與基礎(chǔ)固有特性，經(jīng)過基礎(chǔ)與設(shè)備兩方面的改造，消除了過大的振動，效果顯著。對類似設(shè)備的設(shè)計安裝具有借鑒意義。

［1］黃文虎等. 設(shè)備故障診斷原理、技術(shù)及應(yīng)用. 北京:科學(xué)出版社，1997.

［2］盧文祥. 機械制造中的測試技術(shù). 北京:機械工業(yè)出版社，1981.

［3］清華大學(xué)工程力學(xué)系，機械振動(上冊). 北京:機械工業(yè)出版社，1980.