振動診斷技術(shù)在齒輪故障診斷上的應(yīng)用

何鳳英

(鞍鋼集團有限公司教育培訓(xùn)中心，遼寧 鞍山 114000)

0 引言

齒輪減速機和增速機是各類廠礦A類關(guān)鍵設(shè)備，工作中出現(xiàn)振動、噪音增大等異?，F(xiàn)象時，可通過振動狀態(tài)監(jiān)測與故障診斷，確認齒輪是否存在故障而機組的正常運行。

1 減速機振動狀態(tài)監(jiān)測與故障診斷

某設(shè)備主傳動系統(tǒng)如圖1所示，采集振動數(shù)據(jù)時電機轉(zhuǎn)速740 r/min，錐齒輪齒數(shù)Z1=22、Z2=20。由于現(xiàn)場條件限制，僅能在減速機軸承座①～④部位安裝傳感器，測量其水平方向、垂直方向和軸向的振動，測試結(jié)果均超標(biāo)。

圖1 設(shè)備主傳動系統(tǒng)及測點布置示意圖

測點①水平方向振動加速度值較大，達到9 G。其低頻頻譜圖出現(xiàn)圓錐齒輪嚙合頻率及其諧波，且幅值較大；嚙合頻率及其諧波帶有較明顯的邊帶，邊帶為Ⅰ軸轉(zhuǎn)頻，并且邊帶數(shù)量較多，分布范圍比較寬，如圖2所示。(Ⅰ軸轉(zhuǎn)頻fr=12.33 Hz，圓錐齒輪嚙合頻率fm=271.33 Hz)；在高、低頻時域波形中，Ⅰ軸轉(zhuǎn)頻的沖擊非常明顯，如圖2、圖3所示；在時域自相關(guān)后的波形中，齒輪嚙合頻率被轉(zhuǎn)頻調(diào)制很明顯，如圖4所示。

圖2 測點①水平方向加速度低頻時域波形與頻譜圖

圖3 測點①水平方向加速度高頻時域波形與頻譜圖

圖4 測點①水平方向加速度時域自相關(guān)波形圖

其它測點信號特征與此類似，不再贅述。根據(jù)齒輪故障的振動診斷理論，可判斷減速機Ⅰ軸齒輪存在比較嚴重的局部故障[2]。

根據(jù)振動診斷結(jié)論，適時對減速機進行檢修，解體時發(fā)現(xiàn)Ⅰ軸齒輪齒面剝落現(xiàn)象嚴重，見圖5所示的Ⅰ軸圓錐齒輪齒面損壞照片。

圖5 減速機Ⅰ軸齒輪齒面嚴重剝落

2 增速機振動狀態(tài)監(jiān)測與故障診斷

某鼓風(fēng)機設(shè)備簡圖及振動測點布置，如圖6所示。該設(shè)備電機容量為680 kW，電機轉(zhuǎn)速為

圖6 鼓風(fēng)機設(shè)備簡圖及測點布置示意圖

1 480 rpm，增速機采用滾動軸承，增速機斜齒輪齒數(shù)分別為Z1=162、Z2=65。

由于設(shè)備振動與噪音增大，對該設(shè)備進行振動監(jiān)測與診斷，測量結(jié)果見表1。

表1 鼓風(fēng)機振動速度有效值 (mm·s-1)

由表中測量結(jié)果可知：增速機高速軸振動速度幅值較大，測點⑥垂直方向振動速度有效值達13.21 mm/s，參照ISO2373標(biāo)準，判斷增速機處于較差運行狀態(tài)[1]。

圖7和圖8分別為測點⑥垂直方向振動加速度的時域波形與頻譜圖。

圖7 測點⑥垂直方向振動加速度時域波形圖

圖8 測點⑥垂直方向振動加速度頻譜圖

由圖7可以確定增速機齒輪運行存在較明顯的沖擊現(xiàn)象，沖擊時間間隔為低速軸回轉(zhuǎn)周期，低速軸每轉(zhuǎn)2轉(zhuǎn)有一次較大的沖擊發(fā)生；從圖8垂直方向振動加速度頻譜圖可以看出：500～5 000 Hz間振形凸起、峰值較高，這部分頻率包含部件、箱體共振頻率，說明齒輪箱存在較嚴重問題。頻譜圖出現(xiàn)齒輪嚙合頻率3 996 Hz且幅值較大，同時帶有少量低、高速軸轉(zhuǎn)頻(24.67 Hz和65.65 Hz)的邊帶。根據(jù)齒輪故障的振動診斷理論，可判斷高速軸齒輪有均布性故障[2]。

根據(jù)振動診斷結(jié)論，鼓風(fēng)機適時安排檢修，打開增速機箱體后，發(fā)現(xiàn)高速軸齒輪存在明顯的疲勞點蝕現(xiàn)象，見圖9、圖10。

圖9 高速齒輪齒面疲勞剝落

圖10 齒輪疲勞剝落的金屬屑

3 結(jié)語

齒輪減速機與增速機是各類廠礦關(guān)鍵設(shè)備，受齒輪材料、熱處理、運行條件、使用維護、制造安裝等諸多因素的影響，運行中會產(chǎn)生如齒輪齒面疲勞點蝕剝落、磨損、膠合、塑性變形和輪齒折斷等多種形式故障，導(dǎo)致其不能正常工作，甚至造成重大設(shè)備事故而影響生產(chǎn)。因此必須準確把握設(shè)備運行狀態(tài)并預(yù)測其發(fā)展趨勢，實踐證明實施振動狀態(tài)監(jiān)測和故障診斷，是最常用的且行之有效的方法。