鋼包回轉(zhuǎn)臺旋轉(zhuǎn)軸承故障檢測

孫永飛 王啟宏

(山西太鋼不銹鋼股份有限公司 山西太原030003)

1 前言

某廠連鑄機鋼包旋轉(zhuǎn)軸承已經(jīng)連續(xù)使用12年，參考國內(nèi)外該軸承的使用壽命，某廠該軸承正值使用壽命中后期，更換該軸承預(yù)計需要連鑄機停機7-10天，鑒于旋轉(zhuǎn)軸承偶發(fā)性損壞對生產(chǎn)的巨大不利影響，借助振動檢測設(shè)備對該軸承進行狀態(tài)監(jiān)測是必要的，依據(jù)振動檢測數(shù)據(jù)對該軸承的使用狀態(tài)進行評估，在軸承損壞之前將其更換，有效減小軸承偶發(fā)性故障對生產(chǎn)造成的損失。

某廠從2016年開始陸續(xù)實施對鋼包回轉(zhuǎn)臺旋轉(zhuǎn)軸承的使用狀態(tài)進行評估，采用加速度傳感器測量軸承在生產(chǎn)期間的振動數(shù)據(jù)，通過數(shù)據(jù)儲存與采集系統(tǒng)儲存和獲取數(shù)據(jù)，對軸承的頻譜進行分析，將分析結(jié)果與軸承故障時計算的特征頻率進行比較，由于該軸承使用環(huán)境惡劣，系統(tǒng)能實現(xiàn)對采集的振動信號進行甄別，過濾掉背景噪聲，通過軸承振動頻譜數(shù)據(jù)分析評估軸承的使用狀態(tài)，對軸承日常的點檢和維護提供可以借鑒的經(jīng)驗。

2 鋼包回轉(zhuǎn)臺及軸承結(jié)構(gòu)

鋼包回轉(zhuǎn)臺最大負載為兩個標(biāo)稱容量180噸鋼水包，鋼水包和鋼水最大重量約300噸，每個鋼水包裝滿鋼水后，由天車將鋼包吊運至鋼包回轉(zhuǎn)臺接鋼位，通過鋼包回轉(zhuǎn)臺的旋轉(zhuǎn)將鋼水包旋轉(zhuǎn)至澆鑄位。

表1 鋼包回轉(zhuǎn)臺與旋轉(zhuǎn)軸承主要結(jié)構(gòu)

圖1 鋼包回轉(zhuǎn)臺結(jié)構(gòu)

3 系統(tǒng)結(jié)構(gòu)與測量原理

3.1 系統(tǒng)結(jié)構(gòu)

系統(tǒng)拓撲結(jié)構(gòu)如圖2所示，在旋轉(zhuǎn)軸承內(nèi)圈固定架上安裝(粘接)四個加速度傳感器，安裝位置為澆鑄位、接鋼位、東側(cè)、西側(cè)，四個傳感器呈90°配置；在大包旋轉(zhuǎn)減速機處安裝速度傳感器，用于檢測軸承旋轉(zhuǎn)速度、旋轉(zhuǎn)時間等參數(shù)；傳感器數(shù)據(jù)存于系統(tǒng)電控柜PCB的SD卡中，定期讀取SD卡數(shù)據(jù)，借助軟件分析工具，對數(shù)據(jù)進行匯總、分析。

圖2 系統(tǒng)拓撲結(jié)構(gòu)圖

3.2 軸承失效與測量原理

鋼包旋轉(zhuǎn)軸承是一種低速重載的滾動軸承，它是一種同時承受軸向力、徑向力、傾翻力矩的大型軸承，某廠鋼包回轉(zhuǎn)臺旋轉(zhuǎn)軸承是四排圓柱輥子組合軸承形式，軸承結(jié)構(gòu)帶有安裝孔，密封裝置和潤滑孔等。該種類型軸承的主要失效形式滾動體和座圈(內(nèi)、外圈)滾道表面產(chǎn)生疲勞點蝕或疲勞脫落[1]。

圖3 軸承結(jié)構(gòu)與軸承故障測量原理

軸承的振動診斷是發(fā)現(xiàn)和預(yù)測軸承故障最實用和最有效的方法之一，振動對常見的軸承故障很敏感，軸承狀態(tài)正常時，滾動體運動產(chǎn)生的振動頻率曲線為平滑的，從頻譜上無顯著異常曲線，當(dāng)軸承內(nèi)外圈或滾動體元件出現(xiàn)損壞后，會出現(xiàn)沖擊振動信號或其它振動變化信號，軸承旋轉(zhuǎn)時，損壞部位的振動會比正常部位大，加速度傳感器獲取振動數(shù)據(jù)，頻譜分析結(jié)果會顯示振動曲線異常，通過監(jiān)測軸承的沖擊振動信號可以對軸承的工作狀態(tài)做出判斷。

圖4 旋轉(zhuǎn)軸承P1、P2、P3、P4測量點頻譜

4 測量結(jié)果與結(jié)論

2017年7月-11月，某廠對3#連鑄機的大包旋轉(zhuǎn)軸承進行了測量，測量結(jié)果如下：某廠該軸承2006年上線使用，目前已經(jīng)使用12年，從測試結(jié)果得出如下結(jié)論：

1)軸承各個測量點的頻譜沒有較大波動，P3(鋼包回轉(zhuǎn)臺接鋼位)較其余位置頻譜較為波動大；

2)從P2和P3頻譜分析得出：軸承內(nèi)外圈存在微小缺陷，然后這個缺陷信號又時有時無，結(jié)合現(xiàn)場對軸承使用聽音棒檢查判斷，該缺陷信號不足以判斷軸承內(nèi)外圈出現(xiàn)缺陷，需要更多檢測數(shù)據(jù)進行分析；

3)在所有測量點的測量數(shù)據(jù)中，特定速度下各點頻譜差別很大，特別是在回轉(zhuǎn)速度在0.8-1.1之間時，這種情況可能是測量開始時間太早(在加速階段)或太晚(在減速階段)，第三種可能性是旋轉(zhuǎn)臺的旋轉(zhuǎn)速度不穩(wěn)定；

4)在大包回轉(zhuǎn)臺平均旋轉(zhuǎn)速度在1到1.1rpm時，兩次測量間能看到頻譜變化很大，認為由于速度變化引起的振動變化，不能代表軸承故障。

5)總體看，某廠鋼包回轉(zhuǎn)臺旋轉(zhuǎn)軸承使用狀態(tài)正常，未見異常征兆。