PMS巡檢系統(tǒng)在齒輪減速機(jī)中的應(yīng)用

左全坤，馬榜樣

（1.江西銅業(yè)集團(tuán)公司 城門山銅礦，江西 九江 332100；2.江西銅業(yè)集團(tuán)公司 貴溪冶煉廠，江西 貴溪 335424）

PMS巡檢系統(tǒng)在齒輪減速機(jī)中的應(yīng)用

左全坤1，馬榜樣2

（1.江西銅業(yè)集團(tuán)公司 城門山銅礦，江西 九江 332100；2.江西銅業(yè)集團(tuán)公司 貴溪冶煉廠，江西 貴溪 335424）

齒輪減速機(jī)是工業(yè)生產(chǎn)過(guò)程中的關(guān)鍵設(shè)備。文中介紹了通過(guò)利用PMS巡檢系統(tǒng)的軟、硬件對(duì)減速機(jī)運(yùn)行狀態(tài)進(jìn)行檢測(cè)、分析及診斷，成功地預(yù)測(cè)、預(yù)報(bào)設(shè)備的隱形故障部位和產(chǎn)生故障的原因，從而為排除機(jī)組的缺陷提供可靠依據(jù)的實(shí)際應(yīng)用。

減速機(jī)；振動(dòng)時(shí)域；頻域；無(wú)量綱參數(shù)；歪度分析

1 引言

減速機(jī)設(shè)備是在銅冶煉生產(chǎn)過(guò)程中的關(guān)鍵傳動(dòng)設(shè)備，它性能狀態(tài)直接影響到主生產(chǎn)能否正常運(yùn)行，由于其在生產(chǎn)中的重要地位，因此對(duì)減速機(jī)進(jìn)行運(yùn)行狀態(tài)監(jiān)測(cè)、故障診斷顯得非常重要，為了有效開(kāi)展這方面的工作，需要對(duì)以往出現(xiàn)的一些減速機(jī)故障征兆進(jìn)行分析和解釋，據(jù)此建立一套機(jī)組點(diǎn)檢量化監(jiān)測(cè)和管理點(diǎn)。下面就以臥式減速B3SH07A和立式減速機(jī)KMPS 376為例，應(yīng)用HY-106C單通道數(shù)據(jù)采集器和PMS巡檢系統(tǒng)［1］，對(duì)其運(yùn)行過(guò)程中所檢測(cè)得到的有關(guān)振動(dòng)數(shù)據(jù)進(jìn)行時(shí)域和頻域方面的分析。

2 應(yīng)用實(shí)例

2.1 臥式減速機(jī)的案例應(yīng)用

下面利用貴溪冶煉廠熔煉車間的一臺(tái)臥式減速機(jī)為案例，簡(jiǎn)要介紹如何通過(guò)PMS巡檢系統(tǒng)來(lái)判斷它的工作狀況。

其設(shè)備簡(jiǎn)圖和測(cè)點(diǎn)示意圖及已知基本參數(shù)如下：

圖1 設(shè)備傳動(dòng)示意圖和測(cè)點(diǎn)示意圖

已知基本參數(shù)： 電機(jī)轉(zhuǎn)速1485rpm、轉(zhuǎn)頻24.8Hz；高速齒輪軸齒數(shù)21個(gè)，二級(jí)軸被動(dòng)齒輪34個(gè)，二級(jí)主動(dòng)軸齒輪齒數(shù)20個(gè)，三級(jí)軸被動(dòng)齒輪82個(gè)，三級(jí)主動(dòng)軸齒輪齒數(shù)18個(gè)，四級(jí)軸齒輪齒數(shù)69個(gè)。

轉(zhuǎn)動(dòng)頻率分別是：一級(jí)軸24.8Hz，二級(jí)軸轉(zhuǎn)動(dòng)頻率是15.3Hz，三級(jí)軸轉(zhuǎn)動(dòng)頻率是3.7Hz，四級(jí)軸轉(zhuǎn)動(dòng)頻率是0.97Hz。

齒輪副的嚙合頻率分別是：一級(jí)齒輪副嚙合頻率［2］是520.8Hz，二級(jí)齒輪副嚙合頻率是306.4Hz，三級(jí)齒輪副嚙合頻率是67.1Hz。

表1 SKF軸承頻率

我們從該機(jī)組上選擇8個(gè)測(cè)點(diǎn)，分別從三個(gè)方向（A、H、V）來(lái)檢測(cè)振動(dòng)的速度（mm/s）有效值和加速度（m/s2）峰值及溫度值℃。通過(guò)對(duì)振動(dòng)信號(hào)的采集和數(shù)據(jù)分析，我們發(fā)現(xiàn)其中一點(diǎn)有些特征頻率，并存在一些缺陷現(xiàn)象。首先、我們?cè)邶X輪減速箱體兩端軸承座采集的振動(dòng)信號(hào)上發(fā)現(xiàn)有突出的212.5Hz的頻率成份及衰減的倍頻分量。

見(jiàn)圖2頻譜圖一：

貴溪冶煉廠熔煉車間精密點(diǎn)檢［3］B3SH07A3V速度。

運(yùn)行轉(zhuǎn)速：1485Rpm；測(cè)量值：3.4mm/s；數(shù)據(jù)類型：頻譜圖；數(shù)據(jù)點(diǎn)數(shù)：1024；頻率帶寬：1000Hz。

圖2 頻譜圖（一）

結(jié)合實(shí)際情況電機(jī)（1485rpm約25Hz），高速軸軸承外圈頻率為214.9Hz，那么212.5Hz接近軸承外圈的頻率，由于分辨率為2.5Hz，可以確定該頻率為軸承外圈發(fā)出。進(jìn)步說(shuō)明該臺(tái)減速機(jī)的高速軸軸承的外圈存在劣化傾向，有可能是外圈內(nèi)部出現(xiàn)點(diǎn)蝕［4］。

其次，在電機(jī)的2#測(cè)點(diǎn)（負(fù)荷端），發(fā)現(xiàn)振動(dòng)速度值軸向最大4.56mm/s，垂直方向3.07mm/s，次之，水平方向最小1.78mm/s。從三個(gè)方向的振動(dòng)數(shù)值上比較看就有一種感覺(jué)該部位對(duì)中有問(wèn)題？在現(xiàn)場(chǎng)結(jié)合時(shí)域波形和頻譜圖分析發(fā)現(xiàn)：軸向以電機(jī)的二倍轉(zhuǎn)頻分量突出且大于一倍轉(zhuǎn)頻分量，更加確認(rèn)該點(diǎn)存有對(duì)中問(wèn)題。那么造成機(jī)組對(duì)中不良的原因有安裝上的同心度誤差和基礎(chǔ)松動(dòng)或剛性不足引起。再?gòu)拇怪睍r(shí)域波形圖上則出現(xiàn)明顯的波形的正、負(fù)半周不對(duì)稱現(xiàn)象（歪度正值大、而負(fù)值小）。

見(jiàn)圖3頻譜圖二、圖4時(shí)域波形圖及各點(diǎn)參數(shù)：

貴溪冶煉廠廠熔煉車間精密點(diǎn)檢 B3SH07A2A速度。

運(yùn)行轉(zhuǎn)速：1485Rpm；測(cè)量值：4.5618mm/s；數(shù)據(jù)類型：頻譜圖；數(shù)據(jù)點(diǎn)數(shù)：1024；頻率帶寬：1000Hz。

圖3 頻譜圖（二）

貴溪冶煉廠廠熔煉車間精密點(diǎn)檢 B3SH07A2A速度。

運(yùn)行轉(zhuǎn)速：1485Rpm；測(cè)量值：3.0677mm/s；數(shù)據(jù)類型：時(shí)間波形；數(shù)據(jù)點(diǎn)數(shù)：1024；頻率帶寬：1000Hz。

圖4 時(shí)域波形圖及各個(gè)參數(shù)

這是一個(gè)典型的不對(duì)中故障，而且這種不對(duì)中是由于電機(jī)2#測(cè)點(diǎn)部位下的水泥基礎(chǔ)的剛性不良和松動(dòng)所造成的。

驗(yàn)證結(jié)果和實(shí)際情況：（1）更換該臺(tái)減速機(jī)后，減速機(jī)的振動(dòng)時(shí)域波形［5］恢復(fù)正常，換下來(lái)的減速機(jī)解體檢查，發(fā)現(xiàn)高速軸軸承外圈有點(diǎn)蝕，軸承滾子內(nèi)圈也產(chǎn)生了點(diǎn)蝕。（2）重新對(duì)該臺(tái)設(shè)備進(jìn)行了找中，對(duì)該臺(tái)設(shè)備基礎(chǔ)鋼結(jié)構(gòu)進(jìn)行了加固，消除了該臺(tái)減速機(jī)在豎直方向上的振動(dòng)。

2.2 立式減速機(jī)的案例應(yīng)用

下面以城門山銅礦選礦廠一臺(tái)KMPS376型立式減速機(jī)為例進(jìn)一步說(shuō)明PMS系統(tǒng)判斷故障的準(zhǔn)確性，該減速機(jī)運(yùn)行開(kāi)始振動(dòng)值為0.43mm/s，運(yùn)行2年后發(fā)現(xiàn)減速機(jī)的振動(dòng)值明顯呈上升趨勢(shì)，減速機(jī)最大振動(dòng)值達(dá)到1.6mm/s。利用定修時(shí)機(jī)，在設(shè)備現(xiàn)場(chǎng)對(duì)該減速機(jī)進(jìn)行了檢測(cè)和檢查，情況如下：

①在正常運(yùn)轉(zhuǎn)時(shí)，減速機(jī)各處軸承聲音正常，溫度正常，減速箱體開(kāi)蓋檢查發(fā)現(xiàn)油池有鐵屑沉淀，濾芯上吸附著大量金屬粉末顆粒（如圖5所示）。

②對(duì)該臺(tái)立式減速機(jī)按監(jiān)測(cè)點(diǎn)布置圖6來(lái)布置監(jiān)測(cè)，逐點(diǎn)用HY-106巡檢儀采集頻譜圖。分析各測(cè)點(diǎn)頻譜圖，發(fā)現(xiàn)3H和4H測(cè)點(diǎn)的故障特征比較明顯。3H測(cè)點(diǎn)頻譜見(jiàn)圖7頻譜圖（三）所示。

圖5 金屬顆粒

圖6 測(cè)點(diǎn)示意圖

圖7 頻譜圖（三）

表2 相關(guān)頻率和幅值

輸入相關(guān)特征頻率時(shí)結(jié)果如下：輸入軸轉(zhuǎn)頻：15.5Hz，輸入軸齒輪嚙合頻率：293Hz，輸入軸軸承內(nèi)圈頻率：168.5Hz，輸入軸軸承外圈頻率：133.0Hz，由頻譜圖可以判斷，3H和4H分別對(duì)應(yīng)的2點(diǎn)為第2和第3峰值為1.38mm/s和1.36mm/s，正是軸承的內(nèi)圈頻率及其右邊頻，內(nèi)圈頻率的二倍頻及其左右邊頻非常嚴(yán)重，特別注意的是，所有邊頻的幅值非常突出，這種現(xiàn)象說(shuō)明軸承的故障程度比較嚴(yán)重。結(jié)合第①種現(xiàn)象，可以判斷，該減速機(jī)輸入軸軸承內(nèi)圈存在較為嚴(yán)重的缺陷，減速機(jī)應(yīng)及時(shí)進(jìn)行檢修。

③減速機(jī)維修及維修后運(yùn)行情況。在一次大修期間，拆開(kāi)減速機(jī)輸入軸，發(fā)現(xiàn)軸承內(nèi)圈及滾柱表面已發(fā)生嚴(yán)重的點(diǎn)蝕和剝落如圖8、圖9所示。

圖8 嚴(yán)重點(diǎn)蝕

圖9 嚴(yán)重剝落

在更換該減速機(jī)輸入軸軸承之后，磨機(jī)空載時(shí)減速機(jī)運(yùn)行振動(dòng)值為0.1 mm/s，滿載時(shí)振動(dòng)值為0.55 mm/s，基本上與剛安裝投產(chǎn)時(shí)振動(dòng)值接近，運(yùn)行狀態(tài)良好，完全符合上述技術(shù)判斷。

3 結(jié)語(yǔ)

雖然僅通過(guò)一次振動(dòng)檢測(cè)、信號(hào)分析，也使我們發(fā)現(xiàn)了2#點(diǎn)存在對(duì)中不良現(xiàn)象，而造成對(duì)中問(wèn)題原因是該部位出現(xiàn)地腳“軟腳”。主要是根據(jù)振動(dòng)值、頻譜和時(shí)域波形的不對(duì)稱來(lái)識(shí)別。

我們把傳感器垂直安裝好后，監(jiān)測(cè)過(guò)程中時(shí)域波形為正幅值表示受力是朝向傳感器方向的，為負(fù)幅值時(shí)表示受力是背離傳感器方向的。在監(jiān)測(cè)機(jī)座振動(dòng)上方向的約束比較，如果正峰值較大，說(shuō)明振動(dòng)主要是朝著傳感器方向的（或者說(shuō)是朝上的），表明這個(gè)方向上的約束較小，造成這種現(xiàn)象唯一解釋就是地腳螺栓松動(dòng)。否則，表明機(jī)座內(nèi)部有空洞之類的缺陷，使得這個(gè)正峰值小而負(fù)峰值大（理論上我們希望看到的時(shí)域波形圖的歪度［6］是對(duì)稱的）。至于齒輪的嚙合頻率，我們應(yīng)該關(guān)注它的邊頻分量和其倍頻成分結(jié)構(gòu)的出現(xiàn)。按正常方式我們應(yīng)該是先知道齒輪的齒數(shù)來(lái)計(jì)算其嚙合頻率的。而反過(guò)來(lái)推算，關(guān)鍵是如何在頻譜圖上估計(jì)、判斷找到有可能是嚙合頻率的特征信號(hào)。

總之，通過(guò)兩種案例分析說(shuō)明：通用旋轉(zhuǎn)機(jī)械設(shè)備，利用振動(dòng)（信號(hào)）參數(shù)進(jìn)行狀態(tài)監(jiān)測(cè)和故障診斷、分析是十分有效和可行的，PMS巡檢系統(tǒng)和106C單通道數(shù)采器也基本上能滿足現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備管理的要求，但是在對(duì)振動(dòng)檢測(cè)和分析，要合理的選擇振動(dòng)參數(shù)和分析帶寬及頻率分辨率。

［1］樊睿， 邱明權(quán).礦帶式輸送機(jī)架空巡檢系統(tǒng)［J］.煤礦機(jī)械， 2015-2，36（2）：169-170.

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［4］張向軍， 沈鑫珺， 張淑敏， 等.晶粒尺寸對(duì)含銅錫中鉻鐵素體不銹鋼耐蝕性的影響［J］.東北大學(xué)學(xué)報(bào)（自然科學(xué)版）， 2014（8）：1125-1126.

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The PMS Inspection System Application of Gear Speed Reducer

ZUO Quan-kun1， MA Bang-yang2
（1.Chenmenshan Copper Mine， Jiangxi Copper Corporation， Jiujiang 332100， Jangxi， China； 2.Guixi Smelter， Jiangxi Copper Corporation， Guixi 335424， Jiangxi， China）

gear speed reducer is the key auxiliary equipment in the process of industrial production.Introduces the utilization hardware and software of PMS inspection system which could inspect， analysis and diagnosis the speed reducer in the running state；also could successfully forcast， pre-calculate the potential fault parts and failure reason， gave the reliable actual practice application for eliminating the design defects.

speed reducer；vibration time domain；frequency domain；dimensionless parameter incline degree analysis

TH132.41

B

1009-3842（2015）06-0073-04

2015-10-10

左全坤（1981-），男，安徽亳州人，工學(xué)學(xué)士，主要從事設(shè)備管理等方面的工作。E-mail：43971530@qq.com