鞍鋼礦業(yè)球磨機(jī)齒輪的狀態(tài)監(jiān)測(cè)與故障診斷

于廣宇，王忠生

（鞍鋼集團(tuán)礦業(yè)有限公司裝備制造分公司，遼寧鞍山 114001）

鞍鋼礦業(yè)球磨機(jī)齒輪的狀態(tài)監(jiān)測(cè)與故障診斷

于廣宇，王忠生

（鞍鋼集團(tuán)礦業(yè)有限公司裝備制造分公司，遼寧鞍山 114001）

結(jié)合球磨機(jī)常見故障特點(diǎn)，以球磨機(jī)齒輪故障為例，剖析球磨機(jī)齒輪的劣化過程，給出振動(dòng)變化及頻譜圖特征，總結(jié)齒輪常見故障原因和狀態(tài)監(jiān)測(cè)診斷工作的作用。

球磨機(jī)齒輪；狀態(tài)監(jiān)測(cè)；故障診斷

10.16621/j.cnki.issn1001-0599.2017.10.54

0 引言

狀態(tài)監(jiān)測(cè)中，由于球磨機(jī)空間狹窄和齒輪箱封閉的特點(diǎn)，傳感器探頭只能對(duì)齒輪兩側(cè)軸承座進(jìn)行測(cè)點(diǎn)，而齒輪對(duì)設(shè)備安全穩(wěn)定運(yùn)行很重要，所以齒輪狀態(tài)監(jiān)測(cè)一直是球磨機(jī)狀態(tài)監(jiān)測(cè)的難點(diǎn)。

1 球磨機(jī)齒輪監(jiān)測(cè)和診斷方法

1.1 球磨機(jī)齒輪工況

齒輪運(yùn)行狀態(tài)影響到設(shè)備的安全性，隨著齒輪運(yùn)行時(shí)間的增加，最終導(dǎo)致齒輪失效。齒輪失效形式有齒面磨損、膠合、接觸疲勞、彎曲疲勞與斷齒等。齒輪失效的部位不定，有的會(huì)集中在幾個(gè)齒，有的會(huì)出現(xiàn)在各個(gè)輪齒。在工作現(xiàn)場(chǎng)中，齒輪的裝配及其維護(hù)是保證齒輪正常運(yùn)行的關(guān)鍵。

球磨機(jī)傳動(dòng)部分包括大齒圈、小齒輪軸裝置、齒輪罩等部件，大小齒輪一般釆用斜齒傳動(dòng)，易調(diào)整、壽命長(zhǎng)、傳動(dòng)平穩(wěn)，沖擊小，噪聲低、承載能力強(qiáng)。在齒輪箱故障診斷中，由于齒輪箱各軸存在偏心誤差，故障診斷不能只檢測(cè)齒輪特征頻率，還要同時(shí)檢測(cè)嚙合頻率的倍頻。

1.2 齒輪傳動(dòng)系統(tǒng)狀態(tài)監(jiān)測(cè)與振動(dòng)診斷方法

除了有明顯的嚙合頻率及倍頻外，頻譜圖上還有許多按一定規(guī)律分布的小譜線。這些小譜線是齒輪振動(dòng)頻譜圖中常見的邊頻帶譜。由于球磨機(jī)齒輪為斜齒，斜齒上相鄰齒不同時(shí)嚙合，不同程度的嚙合相互疊加產(chǎn)生調(diào)制，導(dǎo)致譜線反映出有多種動(dòng)載作用在齒輪上。有疑似故障趨勢(shì)的齒輪，可以從齒輪振動(dòng)的邊頻帶譜和調(diào)制信號(hào)中入手。故障齒輪的振動(dòng)信號(hào)往往表現(xiàn)為旋轉(zhuǎn)頻率對(duì)嚙合頻率及其倍頻的調(diào)制，在譜圖上形成以嚙合頻率為中心、等間隔分布的邊頻帶。邊頻帶的間隔反映了故障源頻率，幅值反映了故障程度。利用振動(dòng)值過大來判斷齒輪損傷程度要注意3方面的問題。

（1）齒輪的制造與安裝誤差、點(diǎn)蝕等故障會(huì)直接體現(xiàn)為振動(dòng)值過大。

（2）正常齒輪嚙合周期至少為2 a，所以不排除某些球磨機(jī)振動(dòng)值雖然大但仍可繼續(xù)使用的情況。振動(dòng)值大，多是小齒輪質(zhì)量不好導(dǎo)致的斷齒現(xiàn)象。

（3）幅值超過正常值的4倍即＞16 mm/s時(shí)，時(shí)域信號(hào)沖擊明顯，幅值達(dá)50～80 mm/s，峭度、加速度峰值均有所提高，尤其以垂直方向?yàn)橹?。?dāng)具備上述條件時(shí)，很大程度會(huì)出現(xiàn)齒輪故障。這種情況應(yīng)在出現(xiàn)早期征兆時(shí)及時(shí)寫入報(bào)告，與用戶溝通并實(shí)時(shí)跟蹤觀察。如果有突然變化，建議立即停機(jī)檢查齒輪。

1.3 球磨機(jī)參數(shù)

球磨機(jī)傳動(dòng)裝置是將電機(jī)動(dòng)力通過一系列裝置傳遞到球磨機(jī)上，使球磨機(jī)滾筒轉(zhuǎn)動(dòng)，傳動(dòng)結(jié)構(gòu)包括電機(jī)、聯(lián)軸器、減速器、齒輪和輔助傳動(dòng)等。高速運(yùn)行時(shí)，齒輪加速度的變化會(huì)給球磨機(jī)帶來沖擊，為了保證球磨機(jī)平穩(wěn)運(yùn)行，要按照給定要求裝配，否則就會(huì)出現(xiàn)故障隱患。礦業(yè)公司球磨機(jī)多采用中心傳動(dòng)方式，由電機(jī)通過減速機(jī)帶動(dòng)球磨機(jī)（表1）。減速機(jī)的輸出軸與球磨機(jī)中心線在同一條直線上，驅(qū)動(dòng)裝置的傳動(dòng)比為128.65∶1。

表1 礦業(yè)公司主要球磨機(jī)參數(shù)

2 齒輪故障案例

2.1 疑似故障

2015年5月至8月，某作業(yè)區(qū)2-1#球磨機(jī)，小齒輪軸承（靠近電機(jī)端）垂直振動(dòng)閾值持續(xù)在17 mm/s左右，9月突然升高至27 mm/s左右，引起操作人員的注意（圖1）。

2.2 振動(dòng)分析與故障診斷報(bào)告

該球磨機(jī)設(shè)備轉(zhuǎn)速為250 r/min，設(shè)備參數(shù)信息見表1。經(jīng)狀態(tài)監(jiān)測(cè)與振動(dòng)跟蹤監(jiān)測(cè)，結(jié)合頻譜圖分析，發(fā)現(xiàn)齒輪嚙合頻率及諧波幅值沖擊過高懷疑齒輪嚙合故障；結(jié)合時(shí)域圖分析，信號(hào)沖擊較大且波形不對(duì)稱，因此推斷齒輪嚙合間隙增大并且伴有偏載現(xiàn)象。綜上分析，懷疑齒輪嚙合間隙增大是源于調(diào)整問題。目前很大程度上已出現(xiàn)磨損異?，F(xiàn)象，應(yīng)引起注意，應(yīng)適時(shí)采取措施降低嚙合沖擊，避免給設(shè)備造成影響。同時(shí)要加強(qiáng)狀態(tài)監(jiān)測(cè)，避免設(shè)備事故突發(fā)。

2.3 維修效果與復(fù)查

更換下來的齒輪確實(shí)存在缺陷（圖2），正是由于偏載或疲勞裂紋擴(kuò)展造成的齒輪輪缺齒損傷，驗(yàn)證了此前的推斷。幸好及時(shí)更換，未造成更多損失。經(jīng)過維修后，對(duì)該球磨機(jī)進(jìn)行觀察。在2015年8月至2016年8月，檢測(cè)到該球磨機(jī)振動(dòng)值在合理范圍內(nèi)變化（16 mm/s左右），結(jié)合年底的定期檢修，可以認(rèn)為一年之內(nèi)該球磨機(jī)振動(dòng)值趨于穩(wěn)定，沒有出現(xiàn)類似故障（圖3）。

3 結(jié)論

齒輪傳動(dòng)是球磨機(jī)主要的傳動(dòng)形式，齒輪也是球磨機(jī)故障的易發(fā)零件。根據(jù)大量案例可知，齒輪常見故障原因，主要是由于偏載或疲勞裂紋擴(kuò)展造成的輪齒損傷。總結(jié)鞍鋼集團(tuán)礦業(yè)公司球磨機(jī)齒輪故障診斷方法，就檢測(cè)球磨機(jī)齒輪不同工作狀態(tài)提出合理建議和維修計(jì)劃，為設(shè)備的故障預(yù)警和診斷提供支持。

圖1 小齒輪軸承振動(dòng)監(jiān)測(cè)

圖2 齒輪早期故障

圖3 一年內(nèi)垂直方向振動(dòng)趨勢(shì)

TH132.41

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〔編輯 吳建卿〕