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目前減速機(jī)軸承的故障診斷技術(shù)手段較多,，其中以振動(dòng)診斷技術(shù)應(yīng)用最為廣泛，效果較為顯著,。通過(guò)跟蹤檢測(cè)起重機(jī)主起升機(jī)構(gòu)減速器的異常振動(dòng)信息,，運(yùn)用時(shí)域分析,、頻域分析、包絡(luò)解調(diào)分析,，并與同類(lèi)設(shè)備相同工況對(duì)比分析,，以及軸承運(yùn)行過(guò)程中使用聽(tīng)音棒檢查等技術(shù)手段，逐步確認(rèn)故障,。詳細(xì)闡述了振動(dòng)異常的發(fā)現(xiàn),、振動(dòng)異常分析、劣化趨勢(shì)跟蹤,，以及故障部位確認(rèn)和處理的過(guò)程,。

起重機(jī)用于物料的搬運(yùn)作業(yè)，減速機(jī)是起重機(jī)日常點(diǎn)檢維護(hù)的重要部位,。隨著社會(huì)工業(yè)化水平的不斷提升及無(wú)人駕駛起重機(jī)越來(lái)越廣泛的應(yīng)用,，對(duì)起重設(shè)備的運(yùn)行效率要求越來(lái)越高。起重設(shè)備的維修策略也經(jīng)歷了從事后維修到預(yù)防維修再到預(yù)知維修的轉(zhuǎn)變,，其目的是最大限度地實(shí)現(xiàn)起重設(shè)備的高效率運(yùn)行,，創(chuàng)造更大的經(jīng)濟(jì)價(jià)值，以及更早地發(fā)現(xiàn)故障隱患,，最大限度地降低故障損失,。近年來(lái)，機(jī)械振動(dòng)檢測(cè)技術(shù)成功應(yīng)用于重要機(jī)械設(shè)備的監(jiān)測(cè),、故障預(yù)報(bào)和識(shí)別等方面,，隨著電子技術(shù)、計(jì)算機(jī)技術(shù)和人工智能的不斷發(fā)展,，目前設(shè)備振動(dòng)在線監(jiān)測(cè)平臺(tái)已普遍應(yīng)用于工業(yè)領(lǐng)域,，極大地提高了機(jī)械設(shè)備的運(yùn)行效率和可靠性。

一,、設(shè)備概況

某廠140t鑄造起重機(jī)主起升機(jī)構(gòu)采用2臺(tái)繞線式異步電動(dòng)機(jī)分別驅(qū)動(dòng)2臺(tái)減速機(jī),，電動(dòng)機(jī)控制方式為定子調(diào)壓調(diào)速，額定轉(zhuǎn)速589r/min,。2臺(tái)減速機(jī)在低速軸通過(guò)鼓形齒聯(lián)軸器傳動(dòng)軸同步,，減速機(jī)內(nèi)部設(shè)置有棘輪棘爪裝置。傳動(dòng)簡(jiǎn)圖如圖1,。

圖1  傳動(dòng)簡(jiǎn)圖

二,、振動(dòng)診斷

2.1 常用術(shù)語(yǔ)說(shuō)明

加速度時(shí)域波形：機(jī)械振動(dòng)的時(shí)間函數(shù)，橫坐標(biāo)為時(shí)間，縱坐標(biāo)為振動(dòng)加速度振幅,，用以描述振動(dòng)的運(yùn)動(dòng)規(guī)律,。

加速度頻譜：將時(shí)域波形進(jìn)行傅里葉變換，把信號(hào)分解為許多諧波分量,，用其振幅和相位來(lái)表征各次諧波,，并按其頻率的高低排列呈譜狀。橫坐標(biāo)為時(shí)間,，縱坐標(biāo)為加速度振幅,，用來(lái)描述振動(dòng)特征。

頻譜包絡(luò)解調(diào)：在調(diào)頻信號(hào)中,，一個(gè)高頻信號(hào)的幅度是按調(diào)制信號(hào)變化的,。如果把高頻調(diào)幅信號(hào)的峰點(diǎn)連接起來(lái)，就可以得到一個(gè)與低頻調(diào)制信號(hào)相對(duì)應(yīng)的曲線,，這條曲線就是包絡(luò)線,。

峭度：無(wú)量綱參數(shù)，反映隨機(jī)變量分布特性的數(shù)值統(tǒng)計(jì)量,，正常情況不超過(guò)3.5,。由于它與軸承轉(zhuǎn)速、尺寸,、載荷等無(wú)關(guān),，對(duì)沖擊信號(hào)特別敏感，特別適用于表面損傷故障,、尤其是早期故障的診斷,。峭度值越大，說(shuō)明軸承故障越嚴(yán)重,。

2.2 振動(dòng)異常的發(fā)現(xiàn)

2022年1月檢測(cè)發(fā)現(xiàn)1臺(tái)140t起重機(jī)主起升機(jī)構(gòu)右側(cè)減速機(jī)振動(dòng)異常,，周期沖擊明顯， 如圖2,，但體感振動(dòng)沒(méi)有明顯變化,。通過(guò)對(duì)比發(fā)現(xiàn)其時(shí)域波形水平方向測(cè)點(diǎn)的沖擊波形比垂直和軸向更為明顯，即故障引起的振動(dòng)在水平方向更加敏感,。查看時(shí)域指標(biāo)加速度峭度值8.56,，超過(guò)正常值。

圖2  右側(cè)減速機(jī)驅(qū)動(dòng)側(cè)水平方向振動(dòng)加速度時(shí)域波形

2.3振動(dòng)異常原因分析

在頻域進(jìn)行分析,，左側(cè)減速機(jī)振動(dòng)正常,，觀察其時(shí)域波形如圖3，無(wú)明顯的沖擊,，頻譜如圖4存在一級(jí)嚙合頻率209 Hz及4次諧波的尖峰，說(shuō)明一級(jí)齒輪嚙合產(chǎn)生的振動(dòng)是主要振源,，屬正常圖譜,。

再觀察右側(cè)減速機(jī)振動(dòng)異常的加速度頻譜,，如圖5，與左側(cè)對(duì)比發(fā)現(xiàn)中心頻率2400Hz,，帶通寬度500Hz位置異常突出,，懷疑為故障激起了某一部件的固有頻率。

對(duì)該頻率段進(jìn)行包絡(luò)解調(diào)見(jiàn)圖6,，發(fā)現(xiàn)存在頻率為31.250 Hz的基波尖峰及諧波,，說(shuō)明故障頻率為31.50Hz。

圖3  左側(cè)減速機(jī)驅(qū)動(dòng)側(cè)水平方向振動(dòng)加速度時(shí)域波形

圖4  左側(cè)減速機(jī)驅(qū)動(dòng)側(cè)水平方向振動(dòng)加速度頻譜

圖5  右側(cè)減速機(jī)驅(qū)動(dòng)側(cè)水平方向振動(dòng)加速度頻譜

經(jīng)過(guò)收集減速機(jī)的輸入額定轉(zhuǎn)數(shù),、各軸軸承型號(hào)及各級(jí)齒輪齒數(shù)等信息,，公式計(jì)算出減速機(jī)各部件的故障頻率見(jiàn)表1，比對(duì)發(fā)現(xiàn)故障特征頻率31.250Hz與減速機(jī)1軸軸承的滾動(dòng)體故障頻率32.593Hz極為接近,。因?yàn)檎駝?dòng)檢測(cè)過(guò)程中,，設(shè)備的輸入轉(zhuǎn)數(shù)與額定值會(huì)存在一定的誤差，同時(shí)振動(dòng)信號(hào)也會(huì)受到各種信號(hào)的調(diào)制,，以及計(jì)算誤差等都會(huì)導(dǎo)致計(jì)算值與實(shí)際值存在較小的差異,，且其他部件的故障特征頻率都與該頻率存在較大的差異，所以認(rèn)為31.250Hz是檢測(cè)到的調(diào)心輥?zhàn)虞S承(型號(hào)22222CA/W33)的滾動(dòng)體故障頻率,。

圖6  右側(cè)減速機(jī)驅(qū)動(dòng)側(cè)水平方向振動(dòng)加速度包絡(luò)解調(diào)譜

表1  140t主起升機(jī)構(gòu)減速機(jī)振動(dòng)診斷參數(shù)表

2022年2月定修,，打開(kāi)減速機(jī)端蓋檢查軸承，由于空間狹小不能直接觀察到軸承情況,，但發(fā)現(xiàn)油液污染嚴(yán)重,，軸承較臟，如圖7,。在更換了潤(rùn)滑油后振動(dòng)加速度幅值和加速度峭度有所下降,。經(jīng)過(guò)后續(xù)的跟蹤檢測(cè)，輕載,、重載波形及頻譜比對(duì),，以及采用軸承聽(tīng)音等段，仍然懷疑1軸軸承滾動(dòng)體存在輕微的疲勞脫落,。同時(shí)監(jiān)測(cè)1軸兩側(cè)的振動(dòng)加度,，相比于自由側(cè)，驅(qū)動(dòng)側(cè)的加速度有效值稍大,，故判斷驅(qū)動(dòng)側(cè)軸承故障可能性更大,。

圖7  開(kāi)窺視孔及軸承端蓋檢查情況

在故障沒(méi)有確認(rèn)和解決的情況下，采取監(jiān)護(hù)運(yùn)行措施,，每3天實(shí)施1次振動(dòng)監(jiān)測(cè),，整理數(shù)據(jù)發(fā)現(xiàn)相同工況下加速度和速度有效值在允許值內(nèi)且變化不大，加速度峭度指標(biāo)上下浮動(dòng)與載荷大小正相關(guān)，且變化較大,。包絡(luò)譜中31.250Hz幅值呈現(xiàn)緩慢爬升趨勢(shì),。參考前1次開(kāi)端蓋檢查情況綜合判斷，軸承缺陷可繼續(xù)監(jiān)護(hù)運(yùn)行,。

三,、故障確認(rèn)

5月設(shè)備年修期間，對(duì)疑似存在缺陷的右側(cè)減速機(jī)解體檢查,，打開(kāi)減速機(jī)上蓋,，吊出減速機(jī)1軸，仔細(xì)檢查軸承后確認(rèn)1軸驅(qū)動(dòng)側(cè)軸承(型號(hào)：22222CA/W33)的3個(gè)滾動(dòng)體發(fā)生疲勞脫落,，如圖8,，內(nèi)外圈滾道及保持架無(wú)可見(jiàn)損傷。因準(zhǔn)備充分,，當(dāng)天更換了高速軸軸承,，故障排除。

圖8  滾動(dòng)體疲勞剝落

四,、滾動(dòng)體剝落故障原因分析

該軸承使用時(shí)間約4年,，滾動(dòng)體數(shù)量為18個(gè)，其中有3個(gè)滾動(dòng)體出現(xiàn)表面剝落,，分布在軸承的0°,、90°、230°位置,，剝落長(zhǎng)度分別占到滾動(dòng)體接觸帶周長(zhǎng)的1/5,、1/10、1/20,，觀察滾動(dòng)體表面剝落的部位均位于與內(nèi)外圈接觸區(qū)域,。該型號(hào)軸承的滾動(dòng)體和內(nèi)外圈材質(zhì)及硬度基本相同，若因固體污染物過(guò)度碾壓引起金屬與金屬的接觸,，從而造成表面微凸體相互剪切,，出現(xiàn)微裂紋和微剝落，內(nèi)外圈應(yīng)有損傷,，故排除這種可能,。參照ISO 20816:2016(機(jī)械振動(dòng).機(jī)械振動(dòng)的測(cè)量和評(píng)估)和NSK產(chǎn)業(yè)機(jī)械用軸承綜合樣本(CAT.NO.CH1103b)分析故障原因?yàn)? 受到軸承質(zhì)量、載荷,、潤(rùn)滑的影響,，滾動(dòng)接觸表面在循環(huán)載荷作用下，隨著時(shí)間的推移導(dǎo)致材料結(jié)構(gòu)發(fā)生變化,，從而產(chǎn)生微裂紋,。微裂紋在滾動(dòng)體表面下的夾雜物處萌生,，隨后擴(kuò)展至表面，發(fā)生剝落,，導(dǎo)致軸承過(guò)早的損壞,。

五、結(jié)語(yǔ)

診斷案例證明了運(yùn)用振動(dòng)診斷技術(shù)實(shí)施周期性的振動(dòng)監(jiān)測(cè),， 是起重機(jī)關(guān)鍵減速機(jī)健康監(jiān)測(cè)的有效技術(shù)手段，其特點(diǎn)是具有在早期檢測(cè)出軸承異常的能力,，可以確定具體損傷部位并對(duì)損傷的程度作出量化分析,。由于優(yōu)點(diǎn)突出，振動(dòng)診斷法在軸承故障診斷中得到了廣泛應(yīng)用,，同時(shí)在減速機(jī)的日常維護(hù)中,，需定期檢測(cè)潤(rùn)滑油，根據(jù)檢測(cè)結(jié)果進(jìn)行更換,，良好的潤(rùn)滑能有效地延長(zhǎng)減速機(jī)軸承的使用壽命,。

【作者】

馬廣程　歐冶工業(yè)品股份有限公司

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來(lái)源：《寶鋼技術(shù)》

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