高線軋機軸承振動在線監(jiān)測與故障診斷分析

夏冬梅

（佛山職業(yè)技術(shù)學院，佛山 528000）

圖1 在線監(jiān)測系統(tǒng)結(jié)構(gòu)圈

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

1 系統(tǒng)介紹

在線振動監(jiān)測系統(tǒng)主要分為三大部分：在線計算機，現(xiàn)場檢測單元和振動傳感器。主要的檢測對象為精軋機、減定徑機和吐絲機等（見圖1）。

在每個齒輪箱位設(shè)置兩個監(jiān)測點，并安裝2個加速度傳感器，主要對加速度、速度和包絡(luò)值進行檢測。通過傳感器采集軋制過程中的軸承振動信號，現(xiàn)場檢測單元對數(shù)據(jù)進行提取、優(yōu)化，再傳遞給在線診斷軟件分析，實現(xiàn)動態(tài)化監(jiān)控。

2 應(yīng)用實例

2.1 預(yù)精軋機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)部分精軋機齒輪箱在輸入軸監(jiān)測點的振動數(shù)值超過系統(tǒng)設(shè)置的報警值。分析：研究其頻譜圖，在軸承內(nèi)圈連續(xù)滾動、而外圈處于靜止狀態(tài)時，對圓錐滾子軸承的故障頻率特征進行計算，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，由此斷定該軸承外圈發(fā)生損壞。

2.1.2 故障處理及改進

處理：利用機械設(shè)備大修，對齒輪箱進行解體，發(fā)現(xiàn)圓錐滾子軸承外圈內(nèi)滾道表面有嚴重壓痕。更換軸承，輸入軸包絡(luò)信號后，振動總數(shù)值有所下降。

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

2.2 減定徑機變速箱軸承故障診斷及處理

減定徑機變速箱主要分為四個箱體，用ABCD代替。具有20組的離合器裝置，能夠有效實現(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?shù)陀谝鬁囟葧r，減定徑機A箱會發(fā)生異常振動，并在短時間內(nèi)速度提升較快。分析：頻譜圖顯示峰值為71.9Hz，且存在諧波，需要對軋制φ13規(guī)格A箱4檔齒輪內(nèi)軸承6034 C3進行計算驗證。A箱輸入軸和過橋軸之間設(shè)置有一級螺旋傘齒輪增速，其速比i0=26/33；過橋軸和輸出軸之間存在4個檔位，分別為i1=78/19，i2=69/27，i3=72/45，i4=65/65；當軋制φ13規(guī)格電機轉(zhuǎn)動速度為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）滾動體直徑為26.988mm，節(jié)圓直徑為215mm，滾動體數(shù)量為15，接觸角α=0°。

6034軸承轉(zhuǎn)動頻率：

R=內(nèi)圈轉(zhuǎn)動頻率-外圈轉(zhuǎn)動頻率

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，必須立即停止工作，進行全面檢修。

2.2.2 故障處理及改進

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

改進：針對此軸承的運行特點進行分析，改進設(shè)計方案和完善設(shè)計圖紙，已獲得技術(shù)部門認可，改進措施如下。

第一，對于低速轉(zhuǎn)動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行計算，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，對軸承施加軸向力，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

雖然高線軋機分布范圍廣、實際現(xiàn)場工況不同，但又表現(xiàn)出類似的工作狀態(tài)規(guī)律，因此，將在線監(jiān)測系統(tǒng)的信號分析、故障診斷理論和實際情況進行結(jié)合，通過遠程診斷中心的數(shù)據(jù)共享，實現(xiàn)設(shè)備維護人員、專業(yè)設(shè)備廠家和專家的多方會診，針對高線軋機異常狀況，能夠有效對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)濟效益。

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