干熄焦提升機(jī)減速機(jī)故障診斷與管理

喬玉華，張鎖方，牟作云，韓瞧，李丹，劉成海

（1.遼寧冶金職業(yè)技術(shù)學(xué)院機(jī)電工程系，遼寧本溪117000；2.本鋼焦化廠，遼寧本溪117021）

干熄焦提升機(jī)減速機(jī)故障診斷與管理

喬玉華1，張鎖方2，牟作云1，韓瞧1，李丹1，劉成海1

（1.遼寧冶金職業(yè)技術(shù)學(xué)院機(jī)電工程系，遼寧本溪117000；2.本鋼焦化廠，遼寧本溪117021）

提升機(jī)是干熄焦裝焦系統(tǒng)獨(dú)有及關(guān)鍵的工藝設(shè)備，其特點(diǎn)是負(fù)載大，啟停機(jī)頻繁，工況不平穩(wěn)，以及減速機(jī)減速比較大，結(jié)構(gòu)復(fù)雜。通過(guò)應(yīng)用設(shè)備狀態(tài)監(jiān)測(cè)與故障診斷技術(shù)，不僅能及早發(fā)現(xiàn)設(shè)備故障，確保正常運(yùn)轉(zhuǎn)，對(duì)維持正常生產(chǎn)、降低維修成本、提高企業(yè)經(jīng)濟(jì)效益等，也具有深遠(yuǎn)意義。

提升機(jī)；減速機(jī)；狀態(tài)檢測(cè)；故障診斷

0 前言

干熄焦提升機(jī)是把需要干熄的紅焦運(yùn)送到干洗槽的專用設(shè)備，是由微機(jī)控制、嚴(yán)格按程序運(yùn)行、精準(zhǔn)定位、自動(dòng)抓?。ㄌ崞穑⒎畔拢ㄋ摄^、脫鉤）的一種特殊結(jié)構(gòu)、特定功能的全自動(dòng)室外鉗取式橋式吊車(chē)，是干熄焦獨(dú)有、專用的關(guān)鍵設(shè)備。提升機(jī)的工作特點(diǎn)是啟停頻繁、工況不穩(wěn)定、負(fù)載大，減速機(jī)需要承受較大的負(fù)荷。減速機(jī)一旦出現(xiàn)故障，就可致使煉焦系統(tǒng)癱瘓，造成非計(jì)劃停機(jī)，給企業(yè)造成巨大的經(jīng)濟(jì)損失。

1提升機(jī)減速機(jī)的結(jié)構(gòu)

本鋼焦化廠提升機(jī)是由2臺(tái)功率相同的電機(jī)驅(qū)動(dòng)，電機(jī)功率為375 kW；額定轉(zhuǎn)速為744 r/min。減速機(jī)輸出扭矩2×178 kN·m，工作級(jí)別8級(jí)，單電機(jī)傳動(dòng)轉(zhuǎn)速比93.375，雙電機(jī)傳動(dòng)轉(zhuǎn)速比46.688。

減速機(jī)為5級(jí)減速，可實(shí)現(xiàn)較高的傳動(dòng)比和承受較大的轉(zhuǎn)矩。1#電機(jī)帶動(dòng)第一級(jí)齒輪與行星包大齒圈外齒嚙合，與2#電機(jī)帶動(dòng)的太陽(yáng)輪形成差動(dòng)行星齒輪傳動(dòng)輪系。行星輪公轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)速為第二級(jí)輸出轉(zhuǎn)速，然后經(jīng)過(guò)3次減速，輸出轉(zhuǎn)軸驅(qū)動(dòng)卷?yè)P(yáng)滾筒。第二級(jí)的行星輪系，不但有行星輪系的優(yōu)點(diǎn)，還可實(shí)現(xiàn)變傳動(dòng)比等功能，可實(shí)現(xiàn)93.375/46.688的2擋不同傳動(dòng)比的切換。實(shí)現(xiàn)方式是：當(dāng)2臺(tái)電機(jī)都在運(yùn)轉(zhuǎn)時(shí)，此時(shí)的行星輪系為差動(dòng)行星輪，減速機(jī)的傳動(dòng)比為46.688；當(dāng)1#電機(jī)和2#電機(jī)任何一臺(tái)運(yùn)轉(zhuǎn)時(shí)，減速機(jī)的傳動(dòng)比為93.375。減速機(jī)結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)圖見(jiàn)圖1。

2 提升機(jī)減速機(jī)特征頻率

在2臺(tái)電機(jī)同時(shí)工作情況下，通過(guò)計(jì)算得出焦化廠提升機(jī)減速機(jī)各軸轉(zhuǎn)頻及嚙合頻率。

圖1 減速機(jī)結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)圖

電機(jī)輸入轉(zhuǎn)數(shù)為n＝744 r/min；

1軸的回轉(zhuǎn)頻率：f1＝744/60＝12.364 Hz；

1，2軸的嚙合頻率：f1.2=f1×Z1＝12.364×32＝395.663 Hz；

內(nèi)齒輪回轉(zhuǎn)頻率：f內(nèi)＝f1×Z1/Z2＝12.36×32/112＝3.533 Hz；

太陽(yáng)輪回轉(zhuǎn)頻率：f太＝744/60＝12.364Hz；

行星架回轉(zhuǎn)頻率：fH＝（f太×Z4＋f內(nèi)×Z3）/（Z4+Z3）＝（12.364×20+ 3.533×70）/（20+70）＝5.495 Hz；

行星輪系嚙合頻率：（f太-fH）×Z4＝（fH-f內(nèi)）×Z3＝137.383 Hz；

2軸輸出轉(zhuǎn)頻：f2＝5.495 Hz；

2，3軸嚙合頻率：f2.3＝f2×Z7＝5.495×75＝412.149 Hz；

3軸回轉(zhuǎn)頻率：f3＝f2×Z6/Z7＝5.495 Hz；

3，4軸嚙合頻率：f3.4＝f3×Z8＝5.495×20＝109.906 Hz；

4軸回轉(zhuǎn)頻率：f4＝f3×Z8/Z9＝5.495×20/81＝1.357 Hz；

4，5軸嚙合頻率：f4.5=f4×Z10＝1.357×18＝24.424 Hz；

5軸（輸出軸）回轉(zhuǎn)頻率：f5＝f4×Z10/Z11＝1.357×18/92＝0.265 Hz；

減速機(jī)傳動(dòng)比：12.364/0.265＝46.688。

減速機(jī)齒輪齒數(shù)、各軸回轉(zhuǎn)頻率及齒輪嚙合頻率，表1。

表1 各軸齒輪齒數(shù)、各軸回轉(zhuǎn)頻率、嚙合頻率

3軸軸承為skf22230C雙列調(diào)心滾子軸承，球面滾道，外徑270 mm，內(nèi)徑150 mm，厚度73 mm，19個(gè)滾動(dòng)體，保持架為N黃銅實(shí)體。3軸轉(zhuǎn)頻為5.4953 Hz，軸承各零件特征頻率，表2。

表2 skf 22230C軸承各零件特征頻率Hz

3 提升機(jī)減速機(jī)狀態(tài)監(jiān)測(cè)與故障診斷

3.1 測(cè)點(diǎn)選擇及采集方法

提升機(jī)的工作特點(diǎn)是啟停車(chē)頻繁、變轉(zhuǎn)速和變載荷。一個(gè)工作周期要經(jīng)歷低速負(fù)載提升、高速負(fù)載提升、機(jī)架平移、低速負(fù)載下降、低速空載提升和高速空載下降6種工況。提升機(jī)在高速提升狀況時(shí)，齒輪傳動(dòng)所承受的力矩最大，振動(dòng)也最大，故障信號(hào)表現(xiàn)最明顯，所以選擇提升機(jī)在高速提升狀況時(shí)測(cè)試數(shù)據(jù)。為了保證數(shù)據(jù)的可比性，每一個(gè)測(cè)點(diǎn)數(shù)據(jù)都要在此工況下采集。測(cè)點(diǎn)選擇在各軸的兩端軸承座上，每個(gè)測(cè)點(diǎn)要測(cè)試垂直V，水平H和軸向A的3個(gè)方向上的振動(dòng)值，測(cè)試參數(shù)選擇位移、速度、加速度值。測(cè)試傳感器是加速度傳感器，磁座連接。采用總值趨勢(shì)和長(zhǎng)時(shí)域波形等方法監(jiān)測(cè)減速機(jī)。

3.2 分析過(guò)程

2014年7月以前對(duì)提升機(jī)減速機(jī)進(jìn)行狀態(tài)監(jiān)測(cè)，沒(méi)有發(fā)現(xiàn)異常，機(jī)組運(yùn)行情況良好。從7月開(kāi)始，3軸2#電機(jī)側(cè)測(cè)點(diǎn)監(jiān)測(cè)特征發(fā)生變化，該測(cè)點(diǎn)顯示了3軸2#電機(jī)側(cè)軸承內(nèi)圈及外圈特征。隨著設(shè)備的運(yùn)行，劣化較為緩慢，在9月中旬該測(cè)點(diǎn)加速度及位移信號(hào)趨勢(shì)出現(xiàn)變化，但是主要能量還是集中在嚙合頻率，軸承內(nèi)圈的特征逐漸被外圈特征掩蓋。

（1）總值趨勢(shì)。通過(guò)總值趨勢(shì)的變化圖可以觀察設(shè)備振動(dòng)的瞬息變化過(guò)程，便于現(xiàn)場(chǎng)分析設(shè)備振動(dòng)的變化過(guò)程。通過(guò)總值的變化情況，來(lái)判斷設(shè)備的運(yùn)行狀況。從3軸2#電機(jī)側(cè)3V 16 K加速度（2～10 K）總值趨勢(shì)與峭度趨勢(shì)上看，總值趨勢(shì)并沒(méi)有明顯的變化，峭度趨勢(shì)有所上升。

（2）長(zhǎng)時(shí)域波形。長(zhǎng)時(shí)域波形方法適用于設(shè)備的瞬態(tài)過(guò)程的數(shù)據(jù)采集。它具有很強(qiáng)的時(shí)域信號(hào)的采集能力，具有較高的分辨率。長(zhǎng)時(shí)域波形功能，可以把減速機(jī)的一個(gè)工作周期的數(shù)據(jù)采集下來(lái)進(jìn)行詳細(xì)的回放分析。用長(zhǎng)時(shí)域波形記錄的數(shù)據(jù)進(jìn)行時(shí)域波形分析、頻譜分析和包絡(luò)分析，并進(jìn)行精密診斷，判斷減速機(jī)運(yùn)行狀態(tài)和進(jìn)行故障診斷。2014年8月1日采集了3軸2#電機(jī)側(cè)長(zhǎng)波形頻譜、包絡(luò)解調(diào)圖譜、時(shí)域波形，其中長(zhǎng)波形頻譜顯示軸承內(nèi)圈特征并不明顯；但是在包絡(luò)解調(diào)圖中發(fā)現(xiàn)軸承內(nèi)圈特征明顯，且?guī)в修D(zhuǎn)頻邊帶；時(shí)域波形圖中同樣也出現(xiàn)了轉(zhuǎn)頻周期的沖擊及小間隔沖擊的內(nèi)圈特征頻率。9月19日同樣采集的3軸2#電機(jī)側(cè)長(zhǎng)波形頻譜、包絡(luò)解調(diào)圖譜、時(shí)域波形，其中長(zhǎng)波形頻譜顯示軸承22230明顯的外圈特征44.751 Hz，已經(jīng)掩蓋了該軸承的內(nèi)圈特征；解調(diào)出現(xiàn)了軸承外圈特征頻率及其諧波為主導(dǎo)的信號(hào)，且?guī)в?.3 Hz的轉(zhuǎn)頻邊帶，即該軸承的保持架特征；波形中出現(xiàn)明顯、凌亂的沖擊，來(lái)源于軸承的外圈及內(nèi)圈缺陷。

3.3 診斷結(jié)論

通過(guò)精密分析、診斷確定干熄焦提升機(jī)減速機(jī)3軸2#電機(jī)側(cè)軸承內(nèi)外圈嚴(yán)重剝落。建議本鋼焦化廠焦二車(chē)間盡快更換3軸2#電機(jī)側(cè)22230C軸承。

檢修驗(yàn)證：2015年10月對(duì)該減速機(jī)進(jìn)行檢修，更換了減速機(jī)3軸2#電機(jī)側(cè)軸承，對(duì)故障軸承進(jìn)行拆解驗(yàn)證，發(fā)現(xiàn)軸承內(nèi)外圈均有大面積剝落，與故障診斷結(jié)果完全一致。故障軸承實(shí)物圖片，圖2。軸承內(nèi)外圈剝落圖片，圖3。

4 結(jié)束語(yǔ)

圖2 故障軸承實(shí)物圖片

圖3 軸承內(nèi)外圈剝落圖片

干熄焦提升機(jī)減速機(jī)由于工況的特殊性，對(duì)其進(jìn)行狀態(tài)監(jiān)測(cè)及故障診斷存在很多的困難，從采集總值趨勢(shì)和長(zhǎng)時(shí)域波形的監(jiān)測(cè)方法入手，通過(guò)總值趨勢(shì)中的最大振動(dòng)值判斷設(shè)備是否正常；通過(guò)長(zhǎng)時(shí)域波形完整記錄減速機(jī)各工況下的數(shù)據(jù)，然后在通過(guò)時(shí)域波形、頻譜、包絡(luò)解調(diào)等分析方式進(jìn)行精密診斷，盡早地發(fā)現(xiàn)行減速機(jī)的故障，確保了提升機(jī)減速機(jī)的正常運(yùn)轉(zhuǎn)，對(duì)企業(yè)維持正常生產(chǎn)、降低維修成本、提高企業(yè)的經(jīng)濟(jì)效益具有深遠(yuǎn)意義。

［1］柴鵬飛.機(jī)械設(shè)計(jì)基礎(chǔ)2版[M].北京：機(jī)械工業(yè)出版社，2014，8.

［2］楊國(guó)安.齒輪故障診斷實(shí)用技術(shù)1版[M].北京:中國(guó)石化出版社，2012，2.

〔編輯王永洲〕

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10.16621/j.cnki.issn1001-0599.2016.12.04