SKF加速度包絡(luò)分析在軸承故障診斷分析中的應(yīng)用

鄭曉龍

（上海金菲石油化工公司，上海 200540）

1 雙螺桿擠出機(jī)概況

上海金菲石油化工有限公司的雙螺桿擠出機(jī)是生產(chǎn)中的關(guān)鍵設(shè)備，機(jī)組示意圖如圖1 所示。機(jī)組中，螺桿：三頭，460/345r/min 雙速；同步齒輪：斜齒輪，32 齒；軸系長約6m，軸向膨脹量約6.0mm；8 處軸承：FAG 23244，循環(huán)油潤滑，自由端軸承。

圖1 雙螺桿擠出機(jī)振動測點(diǎn)布置示意圖

2 測試方案

設(shè)備振動測點(diǎn)布置如圖1 所示，在支撐螺桿軸系的6個軸承部位（實際測試是在靠近測點(diǎn)的箱體上），分別在水平、垂直和軸向三個方向進(jìn)行測量。測量參數(shù)有振動速度（mm/s，峰值）和SKF 加速度包絡(luò)（gE，峰-峰值）。加速度包絡(luò)技術(shù)是SKF 公司專門針對滾動軸承的診斷而開發(fā)的一項技術(shù)，它濾除了機(jī)器低頻強(qiáng)信號的干擾，而加強(qiáng)了軸承缺陷部位所激發(fā)的微弱沖擊信號的能量，能早期監(jiān)測到滾動軸承的缺陷。

振動測試儀器：SKF MicroLog65 便攜式數(shù)據(jù)采集器及頻譜分析儀；振動分析軟件：SKF Machine Analyst 3.01；加速度傳感器：SKF CMSS2200 通用加速度傳感器。

此外，在測試過程中，還對軸系潤滑油做了鐵譜分析；用紅外測溫儀測量了靠近測點(diǎn)5 和8的密封軸套的溫度；用聽診儀監(jiān)聽了機(jī)組各部位的設(shè)備聲音。

3 故障現(xiàn)象

測點(diǎn)8 處23244 軸承于2010 年12 月發(fā)生蠕動腐蝕，致使軸頸磨損0.6mm。后對該處軸頸進(jìn)行了重新加工和鑲套，并更換了新軸承。運(yùn)行至2011 年5 月，在檢查該軸承及軸套時，發(fā)現(xiàn)軸承與軸套的配合面上有大量的點(diǎn)狀凹坑，部分成帶狀。于是去除舊軸套，重新進(jìn)行鑲套，并焊接了軸套兩端面，更換了新軸承。運(yùn)行至2011 年9 月，測點(diǎn)8 處發(fā)生異常響聲，響聲時斷時續(xù)且強(qiáng)度也時強(qiáng)時弱。停車后對同步齒輪箱開蓋進(jìn)行局部檢查，密封部位和同步齒輪未見異常。運(yùn)行至10 月中旬，該響聲變強(qiáng)，影響安全生產(chǎn)。盡管擔(dān)心該處軸承又發(fā)生了蠕動腐蝕，但因為新訂購螺桿未到貨，停機(jī)檢修生產(chǎn)損失太大，因此為維持生產(chǎn)的連續(xù)，利用現(xiàn)有的設(shè)備對機(jī)組狀態(tài)進(jìn)行評判，重點(diǎn)是確認(rèn)測點(diǎn)8 處軸承的狀況。

4 故障分析過程

10 月中旬對螺桿擠出機(jī)進(jìn)行了振動測試，測試的典型頻譜如圖2 和圖3 所示，各特征頻率見圖中標(biāo)識。

圖2 和圖3中，均明顯可見螺桿頻率及其4 階諧波；兩圖中均見到了寬帶隨機(jī)振動，特別是圖2（測點(diǎn)7 處）中，兩個頻段內(nèi)的寬帶隨機(jī)振動更是顯著；圖2中還明顯見到了同步齒輪嚙合頻率以及螺桿轉(zhuǎn)速的調(diào)制邊頻；據(jù)此初步判定軸系部件有松動，但無法確認(rèn)具體的松動部件。

圖2 測點(diǎn)7 水平方向速度譜

圖3 測點(diǎn)8 水平方向速度譜

在各加速度包絡(luò)頻譜中，均未見軸承各缺陷頻率的振動。同時，軸承聽診未聽到軸承異常；測溫表明，靠近測點(diǎn)5 和8的密封軸套溫度在正常范圍內(nèi)；潤滑油分析未見金屬顆粒的存在。綜合四方面的相互驗證，斷定軸承狀況良好。于是建議在密切監(jiān)測該軸承處振動趨勢和溫度變化的情況下維持正常生產(chǎn)。為了隨時掌握該處軸承的異常情況，加強(qiáng)振動監(jiān)測的頻率，由原來的每周一次，增加到每天兩次。

該設(shè)備維持正常運(yùn)行，期間響聲斷斷續(xù)續(xù)始終存在。到11 月中旬異響更加劇烈，但各方面顯示該處軸承無異常情況，運(yùn)行至12 月初新螺桿到貨后方停機(jī)檢修機(jī)組，從出現(xiàn)異響到最終停機(jī)維修，共維持生產(chǎn)運(yùn)行3個月。

5 原因分析

5.1 現(xiàn)場觀察情況

在設(shè)備解體后，現(xiàn)場觀察：同步齒輪嚙合面良好。測點(diǎn)8 處23244 軸承內(nèi)外滾道面和滾動體表面均無明顯磨損痕跡，滾動體端面無軸向力痕跡，外圈無蠕動痕跡。測點(diǎn)7 處軸承（固定端）良好。測點(diǎn)8 處軸承（自由端）與同步齒輪之間的軸向定位套間有0.02mm的軸向間隙，該定位套用手可輕松周向旋動，但由于受到同步齒輪鍵銷的阻礙只能來回擺動。經(jīng)檢查，該軸向定位套鍵槽有明顯的撞擊痕跡，相對應(yīng)的同步齒輪鍵銷位置也有痕跡。檢查與之對應(yīng)的另一根螺桿軸，軸承和軸向定位套情況類似；但盡管該軸向定位套也可以旋動，但明顯能感到此軸向定位套用手旋轉(zhuǎn)的阻力較大。其它軸向定位套能做360°旋轉(zhuǎn)。

5.2 情況分析

查看圖紙，23244 軸承內(nèi)圈與軸頸的過盈量為：+0.08～+0.12mm。該軸承靠近螺桿側(cè)由軸肩定位，靠近同步齒輪側(cè)則由軸向定位套進(jìn)行軸向定位。同步齒輪與軸采用鍵銷連接，其軸向由與23244 軸承間的軸向定位套定位。

由于此前該軸承曾經(jīng)發(fā)生過蠕動腐蝕，這次異常響聲又恰恰靠近該軸承，為此，拆卸了23244 軸承，隨后又對該軸承內(nèi)圈配合面做了進(jìn)一步檢查，照片如圖4 所示?？梢娫撦S承沒有發(fā)生蠕動腐蝕。

圖4 23244 軸承與軸的配合面

為尋找異響來源，又進(jìn)一步解體23244 軸承，各部件照片如圖5 所示。解體軸承排除了軸承各部件是異響來源的可能。

5.3 異常響聲來源的確認(rèn)

仔細(xì)檢查與23244 軸承相鄰的軸向定位套，發(fā)現(xiàn)軸向定位套與軸是間隙配合，其軸向竄動量是0.02mm，其靠近同步齒輪側(cè)的開口腰槽寬度為50.0mm。同步齒輪鍵銷寬度是46.0mm。傳動鍵鑲嵌在開口的腰槽之中，兩側(cè)各有2.0mm的間隙。手動旋轉(zhuǎn)軸向定位套發(fā)出的碰撞聲音與設(shè)備的異常響聲接近。在腰槽的弧線處以及對應(yīng)的鍵銷部位均有明顯的碰撞痕跡，見圖6。

圖5 23244 軸承各部件解體照片

圖6 軸向定位套腰槽與同步齒輪傳動鍵銷的碰撞痕跡

至此確認(rèn)了該擠出機(jī)持續(xù)幾個月異常響聲的來源。

6 結(jié)語

作為化工生產(chǎn)關(guān)鍵設(shè)備的擠出機(jī)，由于機(jī)組結(jié)構(gòu)的特殊性，振動測點(diǎn)難以接近軸承部位，只能在厚重的箱體上測量，信號有很大衰減，難以確定設(shè)備故障。而采用SKF 加速度包絡(luò)技術(shù)，能從微弱的信號中提取滾動軸承缺陷沖擊造成的缺陷的振動頻率，從而可以準(zhǔn)確地判斷軸承狀況。

擠出機(jī)軸系較長，軸向膨脹量大，安裝時應(yīng)確保每個部件都牢固定位、鎖緊。特別是軸承和齒輪，進(jìn)行熱裝時，要充分考慮到軸向熱膨脹因素的影響，確保有足夠的冷卻時間。

此例中的軸向定位套，不僅要考慮其軸向定位，還應(yīng)確保其周向定位。建議制作一個凹型零件鎖緊軸向定位套，確保周向不能旋轉(zhuǎn)，從而消除其周向碰撞發(fā)出異常響聲的可能。