BH550系統(tǒng)在滾動軸承故障診斷中的應(yīng)用

鞠琦

摘要：滾動軸承是機械轉(zhuǎn)動設(shè)備的關(guān)鍵部件之一，軸承故障直接影響設(shè)備正常運作，降低了生產(chǎn)效率。本文對軸承的常見故障原因及形式進行分析，并闡述了BH550系統(tǒng)在滾動軸承發(fā)生故障時振動信號特征的分析思路及方法。

關(guān)鍵詞：設(shè)備檢修;預(yù)知性維修;故障檢測;BH550

1、概述

滾動軸承是旋轉(zhuǎn)機械易損件之一，旋轉(zhuǎn)機械的故障大約有 30% 都是由滾動軸承引起的，因此滾動軸承的故障診斷非常重要[1] 。最初，人們通過銅聽針接觸軸承部位，憑靠聽覺診斷軸承故障，之后雖然改進為電子聽診器診斷故障，提高了診斷的正確率，但對操作者的經(jīng)驗要求較高，而且影響因素也比較多[2] 。為了降低設(shè)備的維護費用，新的科研手段也不斷引入維修工程。故障診斷技術(shù)就是其中最重要，最廣泛應(yīng)用的一項，以預(yù)測工作狀態(tài)發(fā)展的趨勢，分析出最佳維修時間及最佳方案。故障診斷技術(shù)的發(fā)展，對確保各種設(shè)備的安全運行，及時發(fā)現(xiàn)異常，對故障的早期診斷和預(yù)防起著重要作用，對提高設(shè)備使用的可靠性有著重要意義[3] 。

BH550 是北京博華公司信智科技發(fā)展公司的一款狀態(tài)檢測系統(tǒng)，BH550綜合分析診斷儀及設(shè)備診斷維修管理系統(tǒng)具有強大的設(shè)備故障診斷和分析功能，可提供機泵在線離線狀態(tài)檢測，集設(shè)備診斷、檢測、管理與一身，對設(shè)備管理與維修保障提供重要依據(jù)。

2、滾動軸承故障的主要失效形式與原因

要準確地判斷滾動軸承故障，首先要知道軸承的主要的損壞形式及其原因，滾動軸承在工作過程中，由于裝配不良、潤滑欠缺、異物侵入、超負荷運轉(zhuǎn)、長時間工作后產(chǎn)生疲勞剝落或者自然磨損等都會產(chǎn)生故障。常見的滾動軸承故障可分為損傷類和磨損類。常見的損傷類故障有疲勞剝落、塑性變形、軸承燒傷、銹蝕、斷裂、膠合六種;磨損類故障為軸承長期正常工作引起的漸變性故障。

2.1 疲勞剝落

滾動軸承的疲勞剝落：設(shè)備運轉(zhuǎn)過程中，軸承滾珠和滾道接觸面相對滾動的同時又互相擠壓，再加上周期交變載荷的作用，軸承部件接觸面將產(chǎn)生小的剝落坑，最終發(fā)展為大面積剝落，該現(xiàn)象稱作疲勞剝落。

2.2 塑性變形

設(shè)備運轉(zhuǎn)過載時，滾動軸承承受的過大的沖擊力和靜載荷，軸承滾道的表面上會形成不均勻的凹坑，這種現(xiàn)象主要發(fā)生在低速旋轉(zhuǎn)的軸承上，同時熱變形應(yīng)力產(chǎn)生的額外的載荷也能使軸承產(chǎn)生塑性變形。

2.3 斷裂

過大的負荷是軸承內(nèi)部部件斷裂的主要原因，另外工作過程中摩擦產(chǎn)生的熱應(yīng)力過大時也能引起軸承零件的斷裂。

2.4 軸承燒傷

軸承裝配存在較大偏斜量時，容易引起軸承溫度升高，并出現(xiàn)軸承燒傷現(xiàn)象。另外，軸承潤滑不良、應(yīng)用不合格或者變質(zhì)的潤滑油、裝配過緊都能引起軸承的燒傷。設(shè)計員在裝配設(shè)計時熱膨脹考慮欠缺，造成運轉(zhuǎn)中間隙越來越小也能引起軸承的燒傷現(xiàn)象。燒傷的軸承其滾道、滾動體上有回火現(xiàn)象。

2.5 銹蝕

水分的侵入是造成軸承銹蝕的主要原因。軸承工作時其溫度高于環(huán)境溫度，軸承停止工作時，軸承溫度下降，空氣中的水分易在軸承表面凝結(jié)水珠，未及時清理就會引起軸承的銹蝕。由于維護不當，水分直接進入軸承箱腐蝕軸承的情況也是有的。

2.6膠合

軸承在高速高負荷和且潤滑欠缺的情況下運行，軸承滾珠與滾道相對運動產(chǎn)生的擠壓力、侵入軸承滾道的雜物會引起軸承的表面磨損，潤滑不良更會加速表面磨損。這些摩擦熱量使?jié)L動軸承部件迅速升溫，超過某一溫度時就會引起軸承部件相互接觸的金屬表面粘連，這種現(xiàn)象稱作膠合。

3、滾動軸承振動機理與信號特征

滾動軸承表面損傷類故障最大的特點就是有沖擊脈沖信號，脈沖的寬度一般很小，一般為微秒級，頻譜范圍則可從直流延展到100～500kHz，脈沖的大小與沖擊速度（軸承轉(zhuǎn)速）及疲勞損傷的大小均成正比。軸承出現(xiàn)故障時，軸承內(nèi)圈、外圈、滾動體及保持架產(chǎn)生的沖擊脈沖都不相同，這樣就可以根據(jù)出現(xiàn)的沖擊脈沖及其頻率判斷滾動軸承發(fā)生故障的部位。磨損類故障的最大特點是無明顯的沖擊脈沖信號，但軸承整體振動能量大幅增加。當內(nèi)圈、外圈、滾子出現(xiàn)點蝕等故障時，會產(chǎn)生一定（特征）頻率的沖擊，引起軸承振動，機器運轉(zhuǎn)會出現(xiàn)周期性脈沖。這種周期性脈沖作用時間短，形狀陡峭。根據(jù)軸承產(chǎn)生缺陷零件的不同，滾動軸承的缺陷特征頻率：

內(nèi)滾道缺陷 fi=0.5（1+d/Dmcosα）frZ

外滾道缺陷fo=0.5（1-d/Dmcosα）frZ

滾珠缺陷 fRS=0.5（1-d2/Dm2cosα2）fr·Dm/d

保持架碰外圈 fBO=0.5（1-d/Dmcosα）fr

保持架碰內(nèi)圈 fBt=0.5（1+d/Dmcosα）fr

其中：Z：滾動體數(shù)目;Dm：節(jié)圓直徑;fr-軸的旋轉(zhuǎn)頻率;fi：內(nèi)圈轉(zhuǎn)動頻率;d：滾動體直徑;fo：外圈轉(zhuǎn)動頻率;α：軸承的壓力角。當軸承出現(xiàn)故障后，在其振動頻譜中會出現(xiàn)故障部件其特征頻率的頻譜。但在實際應(yīng)用中，譜峰的頻率并不總是精確地等于理論計算值，這主要是因為滾動體并非純滾動等因素（如實際軸承的幾何尺寸的誤差、軸承安裝后的變形）造成的。所以在頻譜圖上尋找各種特征頻率時圍內(nèi)找與其近似的值來進行診斷判斷[4] 。

4、BH550系統(tǒng)應(yīng)用

4.1簡易實例

我公司聚丙烯廠某夾套水循環(huán)泵介質(zhì)為夾套水，設(shè)備型號為GDS400-6500，介質(zhì)溫度為入口為34℃，出口溫度為80℃，介質(zhì)壓力為0.6/0.7MPa，轉(zhuǎn)速為2996RPM，通過上述公式計算，軸承特征頻率為：內(nèi)圈頻率fi=390HZ，外圈頻率fo =260HZ，滾珠頻率fRS=117HZ，保持架頻率fB=20HZ。發(fā)現(xiàn)設(shè)備振動值超標后，采用BH500采集頻譜圖如圖所示，軸承箱的水平振動與垂直振動頻譜圖：

通過對水平與垂直振動的頻譜分析，主要頻率成分為1X轉(zhuǎn)頻及其多重諧波，多達8X諧波頻率。根據(jù)現(xiàn)場情況及特征頻譜，認為該機泵存在軸承跑圈現(xiàn)象。而且通過時域波形圖1、2顯示，振動波形上下不對稱，下邊呈“截頭”狀，上邊尖銳，呈摩擦特征，如上圖1、2所示。解體機泵檢查發(fā)現(xiàn)：軸承座孔有滑動磨損的痕跡，孔徑呈不均勻磨損，如圖3、4所示。

4.2故障處理

原因分析為安裝不良，軸承與軸承座配合間隙控制不達標。經(jīng)過軸承座鍍層處理，更換新滾動軸承后，運行狀態(tài)非常好，采集頻譜圖如下圖5、6所示：

5、結(jié)語

設(shè)備出現(xiàn)故障時，運用BH550系統(tǒng)進行采集軸承的振動信號并進行分析處理后，可以簡單直觀地查看頻譜圖和波形圖，結(jié)合本文對滾動軸承故障原因和種類進行分類總結(jié)，分析采集的振動信號特征，便可以分析出故障部位及其原因，并且容易操作，是化工企業(yè)監(jiān)測轉(zhuǎn)動設(shè)備的利器。

參考文獻：

[1] 李芳麗.軸承的故障診斷與保全對策[J].現(xiàn)代制造技術(shù)與裝備.2015，（6）：91-95.

[2] 楊國華.滾動軸承故障診斷及經(jīng)驗總結(jié)[J].通用機械.2011，（5）：19-22.

[3] 文金成.故障診斷與維修[J].中國有線電視.2017，（7）：859-861.

[4] 趙曉玲.滾動軸承故障振動檢測方法[J].重慶科技學(xué)院學(xué)報（自然科學(xué)版）.2007，9（1）：41-44.

（作者單位：大慶煉化公司）