溢流型球磨機(jī)小齒輪軸故障診斷及振動(dòng)趨勢分析

摘要：本文對齒輪傳動(dòng)的異常現(xiàn)象、故障原因和基準(zhǔn)頻譜進(jìn)行簡單介紹，并通過長期生產(chǎn)狀態(tài)監(jiān)測，對原料磨球磨機(jī)小齒輪軸的振動(dòng)趨勢進(jìn)行跟蹤，掌握其運(yùn)轉(zhuǎn)性能，分析異常振動(dòng)的頻譜特性，進(jìn)行故障診斷，為小齒輪軸維修提供科學(xué)依據(jù)。

關(guān)鍵詞：溢流型球磨機(jī)；小齒輪軸；故障；診斷；VB測振儀；檢測；振動(dòng)；頻譜；嚙合頻率

1、前言

在生產(chǎn)連續(xù)性高要求的氧化鋁廠，球磨機(jī)即屬于齒輪傳動(dòng)的大型旋轉(zhuǎn)設(shè)備，而作為推動(dòng)磨機(jī)運(yùn)轉(zhuǎn)的球磨機(jī)小齒輪軸，故障多發(fā)且非常關(guān)鍵的部位。因此，小齒輪軸運(yùn)轉(zhuǎn)狀態(tài)掌握和故障診斷非常重要。為此，我們對小齒輪軸的振動(dòng)進(jìn)行狀態(tài)跟蹤和頻譜特性分析，積累了一些小齒輪軸現(xiàn)場故障診斷的實(shí)用技巧，把故障消除在萌芽狀態(tài)，并對小齒輪軸的檢修及操作維護(hù)進(jìn)行指導(dǎo)，使我們對設(shè)備故障的辨識(shí)從簡單的五感診斷上升到理性診斷。

2.齒輪的振動(dòng)原因分析

齒輪的振動(dòng)異常主要原因如下：

2.1制造誤差 齒輪制造時(shí)造成的主要有：偏心、齒距偏差、齒形誤差等；

2.2裝配不良 齒輪裝配不當(dāng)，會(huì)造成齒輪的工作狀態(tài)惡化。

2.3齒輪的損傷

齒輪由于本身不合理的設(shè)計(jì)、制造本身誤差、不當(dāng)?shù)难b配，或在缺油等不適當(dāng)?shù)貤l件下運(yùn)行時(shí)會(huì)產(chǎn)生種種損傷，其損傷形式往往是多種多樣、及其復(fù)雜的。

3.齒輪振動(dòng)檢測的采集

3.1齒輪振動(dòng)的異常原因是各種各樣的，而發(fā)生最大振動(dòng)值的方向也不盡相同，因此要求振動(dòng)測定時(shí)，盡可能的延齒輪的水平、垂直和軸向三個(gè)方向進(jìn)行測定，每次測定點(diǎn)的位置必須保持不變，表面光滑。

3.2由于大型旋轉(zhuǎn)設(shè)備的齒輪軸傳動(dòng)部振動(dòng)原因和頻譜特性都較復(fù)雜，要以單一的振動(dòng)值和頻譜圖中去分析辨認(rèn)是否有故障、是何種故障比較困難。為此，一個(gè)有效可行的方法就是針對設(shè)備關(guān)鍵的齒輪傳動(dòng)部進(jìn)行狀態(tài)跟蹤監(jiān)測，采集它在狀態(tài)良好、工作正常的情況下的振動(dòng)趨勢及頻譜特性圖，可稱作基礎(chǔ)振動(dòng)值和基準(zhǔn)頻譜，它就是以后狀態(tài)檢測和故障診斷時(shí)作對比參考的振動(dòng)值及頻譜。

3.3故障齒輪傳動(dòng)部振動(dòng)值特性及頻譜波形特性

3.3.1對于螺旋齒輪、斜齒輪和人字齒輪，軸向振動(dòng)值大。

3.3.2故障齒輪在嚙合頻率和諧波頻率上有較大的振動(dòng)分離。

3.3.3小周期的齒輪故障，在嚙合頻率及其諧波頻率附近，有以故障齒輪的運(yùn)行頻率為間隔的調(diào)制作用的邊帶族，而且齒輪軸的旋轉(zhuǎn)頻率及諧波處的振幅隨故障的惡化而加大。

4.球磨機(jī)小齒輪軸的結(jié)構(gòu)和各部振動(dòng)嚙合頻率

4.1.1球磨機(jī)小齒輪軸由兩盤雙列調(diào)心滾子軸承固定安裝于兩個(gè)相對獨(dú)立的軸承座上，一端與減速機(jī)輸出軸用齒輪聯(lián)軸器連接，小齒輪軸是斜齒軸齒輪，直接與磨機(jī)筒體上的斜齒大齒圈工作嚙合傳動(dòng)。小齒輪軸軸承型號(hào)為：23264C（C表示滾子對稱型），18×2個(gè)球面滾子。軸齒輪齒數(shù)Z1=21，大齒圈Z2=244，齒輪聯(lián)軸器齒數(shù)Z3=54。

4.1.2小齒輪軸相關(guān)振動(dòng)頻率

根據(jù)球磨機(jī)主電機(jī)轉(zhuǎn)速計(jì)算出主電機(jī)基頻為：fr≈12.38Hz，磨機(jī)主減速機(jī)速比i=4，可計(jì)算出以下頻率：

a、大齒輪嚙合頻率：f大小=fr/4×21≈65Hz

b、小齒輪軸旋轉(zhuǎn)頻率為：f小轉(zhuǎn)=fr/4=3.096≈3.1Hz

c、軸承滾動(dòng)體旋轉(zhuǎn)頻率為：f滾=fr×Dm×[1-（Db×Conα/Dm）2]/2Db≈10Hz

d、軸承內(nèi)滾道有損傷點(diǎn)產(chǎn)生振動(dòng)頻率為：0.6×18×fr≈33.4Hz

e、外滾道有損傷點(diǎn)產(chǎn)生振動(dòng)頻率為：0.4×18×fr≈22.3Hz

f、齒輪聯(lián)軸器嚙合頻率為：3.1×54≈167.4Hz

5.球磨機(jī)小齒輪軸故障診斷分析及檢修維護(hù)

5.1 診斷技巧實(shí)例

通過對原料車間2#球磨機(jī)各傳動(dòng)部的長期狀態(tài)監(jiān)測跟蹤，我們發(fā)現(xiàn)運(yùn)行時(shí)大小齒輪嚙合處的聲音和振動(dòng)有很強(qiáng)的規(guī)律性，正常運(yùn)行時(shí)各部振動(dòng)值和嚙合聲音均維持一定的水平，頻譜圖也主要出現(xiàn)嚙合頻率的波峰，噪音連續(xù)持恒。2014年6月19日點(diǎn)檢發(fā)現(xiàn)大小齒輪嚙合處有周期性的沖擊噪音，用VB5振動(dòng)測量儀檢測得振動(dòng)值，小齒輪軸減速機(jī)端及筒體端軸承均在正常值范圍內(nèi)，且從小齒輪軸兩端軸承的各項(xiàng)振動(dòng)數(shù)據(jù)值與以前相同部位振動(dòng)值比較，并無大的變化，可判斷小齒輪軸當(dāng)時(shí)的運(yùn)行性能仍處于正常狀態(tài)，但它的嚙合聲音有異常，可判斷小齒輪軸已存在一定的萌芽故障，為確診并消除小齒輪軸的萌芽故障，我們利用VB5測振儀對小齒輪軸軸承部位進(jìn)行振動(dòng)頻譜提取，并對頻譜波形圖進(jìn)行分析（圖1），分辨率為1.25Hz：

從圖（1）可看出小齒輪軸振動(dòng)頻譜圖波峰主要出現(xiàn)在小齒輪軸嚙合頻率和二倍頻、三倍頻處，高倍頻處無波峰，可判斷小齒輪軸軸承無異常松動(dòng)等故障，通過細(xì)化圖（1）200Hz以內(nèi)的頻譜圖，把分辨率提到0.125Hz得圖（2）：

從圖（2）可以看出在嚙合頻率65Hz及其諧波周圍產(chǎn)生以小齒輪軸旋轉(zhuǎn)頻率3.1Hz為間隔的邊帶頻波峰，即小齒輪軸傳動(dòng)部有能量消耗在其軸旋轉(zhuǎn)上。綜合以上情況，可以判斷出小齒輪軸齒上出現(xiàn)局部異常，即齒裂紋或齒面剝落，要求6月20日停機(jī)檢查，發(fā)現(xiàn)小齒輪軸有一齒出現(xiàn)約200mm裂紋，為避免小齒輪軸齒崩而損壞磨機(jī)大齒圈，要求立即更換小齒輪軸，經(jīng)過調(diào)試磨合運(yùn)行，2014年6月29日檢測小齒輪軸同樣部位的故障已消除。

6.結(jié)束語

設(shè)備故障診斷能及時(shí)地、正確地對各種異常狀態(tài)或故障做出診斷，預(yù)防或消除故障，設(shè)備的狀態(tài)監(jiān)控可對設(shè)備的運(yùn)行進(jìn)行必要的指導(dǎo)，提高設(shè)備運(yùn)行的可靠性、安全性和有效性。

參考文獻(xiàn)：

[1]中國運(yùn)載火箭技術(shù)研究院北京京航公司編印的《設(shè)備故障診斷技術(shù)及應(yīng)用》

[2]上海科學(xué)技術(shù)文獻(xiàn)出版社《機(jī)械安裝工》

作者簡介：黃少君，出生年月1988年05月，漢族，籍貫廣西平果縣，研究方向：機(jī)械、齒輪傳動(dòng)故障、振動(dòng)學(xué)。