減速器故障監(jiān)測(cè)與診斷

李 健

（大慶石化公司設(shè)備維修中心，黑龍江大慶 163714）

0 引言

減速器是一種由封閉在剛性殼體內(nèi)的齒輪傳動(dòng)、蝸桿傳動(dòng)、齒輪—蝸桿傳動(dòng)所組成的獨(dú)立部件，常用作原動(dòng)件與工作之間的減速傳動(dòng)裝置。減速器在石油化工企業(yè)廣泛應(yīng)用，主要用于低轉(zhuǎn)速大扭矩的轉(zhuǎn)動(dòng)設(shè)備，將電機(jī)、內(nèi)燃機(jī)或高速運(yùn)轉(zhuǎn)的動(dòng)力通過減速機(jī)輸入軸齒數(shù)少的齒輪嚙合輸出軸的大齒輪，來達(dá)到減速的目的，減速器是一種相對(duì)精密的機(jī)器。減速機(jī)在使用過程中頻繁啟動(dòng)與停車，超負(fù)荷運(yùn)行等原因，致使減速器易出現(xiàn)齒輪磨損甚至斷裂，軸承磨損損壞，軸承裂等情況，導(dǎo)致減速器在運(yùn)行過程中存在嚴(yán)重的安全隱患對(duì)人身安全與財(cái)產(chǎn)安全產(chǎn)生威脅。據(jù)統(tǒng)計(jì)，齒輪箱故障中，由于設(shè)計(jì)、制造、裝備等原因引起的故障占40%，由于維護(hù)和操作不當(dāng)引起的故障占43%，軸承故障或缺陷引起的故障占17%；裝備質(zhì)量及其運(yùn)行維護(hù)水平是關(guān)鍵問題，齒輪和軸承的實(shí)效比例最大，分別為60%和19%。因此，通過振動(dòng)監(jiān)測(cè)分析與診斷及時(shí)發(fā)現(xiàn)和排除減速器故障是十分必要的。

1 監(jiān)測(cè)手段

（1）工具：法國(guó)01-db 振動(dòng)分析儀。

（2）方法：通過現(xiàn)場(chǎng)巡檢發(fā)現(xiàn)軸承部位聲音異常，到現(xiàn)場(chǎng)核實(shí)故障情況并進(jìn)行數(shù)據(jù)采集，利用頻譜分析故障原因。

（3）監(jiān)測(cè)標(biāo)準(zhǔn)：ISO 10816-3。

2 故障現(xiàn)象描述

某廠低壓裝置減速器機(jī)組，由電機(jī)拖動(dòng)齒輪箱，經(jīng)減速后帶動(dòng)螺桿工作。輸入轉(zhuǎn)速為1480 r/min，中間軸轉(zhuǎn)速為510 r/min，輸出轉(zhuǎn)速為185 r/min。其中輸入軸齒輪齒數(shù)為29 齒，中間軸齒輪齒數(shù)為21 齒，輸出軸齒輪齒數(shù)為58 齒。機(jī)組自安裝后運(yùn)行一直處于平穩(wěn)狀態(tài)，監(jiān)測(cè)人員每月對(duì)機(jī)組進(jìn)行定期監(jiān)測(cè)，及時(shí)掌握機(jī)組運(yùn)行的狀態(tài)，在某一次的監(jiān)測(cè)過程中發(fā)現(xiàn)振動(dòng)值出現(xiàn)小幅上漲且軸承部分聲音異常（圖1）。

圖1 機(jī)組測(cè)點(diǎn)分布

經(jīng)測(cè)量，減速器各測(cè)點(diǎn)的振動(dòng)分布為：最大點(diǎn)位于減速器3#點(diǎn)垂直（7.49 mm/s），其次為減速器4 點(diǎn)水平方向（4.97 mm/s）。通過頻譜分析顯示，振動(dòng)頻率以嚙合頻率179.68 Hz 和720.31 Hz 為主，同時(shí)伴有嚙合頻率的二倍、三倍頻，伴有大量邊頻帶且出現(xiàn)179.92 Hz 的非同步轉(zhuǎn)速頻率及其諧波。

3 故障分析與診斷

3.1 振動(dòng)數(shù)據(jù)及圖形

各測(cè)點(diǎn)的振動(dòng)數(shù)據(jù)見表，由于結(jié)構(gòu)原因5#點(diǎn)、6#點(diǎn)、9#點(diǎn)水平方向不具備監(jiān)測(cè)條件。從表1 可知，3#點(diǎn)垂直方向和4#點(diǎn)水平振動(dòng)值較大，相應(yīng)的振動(dòng)頻譜圖和時(shí)域波形圖見圖2～圖5。

表1 減速器各測(cè)點(diǎn)振動(dòng)值 mm/s

圖2 3#點(diǎn)垂直方向振動(dòng)頻譜圖

圖3 4#點(diǎn)水平方向振動(dòng)頻譜圖

圖4 3#點(diǎn)垂直方向時(shí)域波形圖

圖5 4#點(diǎn)水平方向時(shí)域波形圖

3.2 故障分析

（1）從振動(dòng)頻譜圖上觀察，3#點(diǎn)垂直方向和4#點(diǎn)水平振動(dòng)值主要成分是嚙合頻率179.68 Hz 和720.31 Hz，同時(shí)伴隨嚙合頻率的二倍、三倍頻。因?yàn)辇X輪箱的故障分析實(shí)質(zhì)是對(duì)邊頻帶的辨識(shí)。一階嚙合頻率兩側(cè)均存在軸轉(zhuǎn)頻頻率，表明故障點(diǎn)在該轉(zhuǎn)速軸上。較高幅值的二倍嚙合頻率也表明存在兩軸中心線空間交叉型的不平行問題，齒輪型線改變。初判齒輪箱齒輪嚙合不良，溫度異常導(dǎo)致該機(jī)組3#點(diǎn)振動(dòng)值增大。

（2）從時(shí)域波形圖上觀察有明顯的沖擊顯示，綜合頻譜認(rèn)為減速器軸系存在一定程度的磨損現(xiàn)象，尤其是減速器嚙合頻率附近有較高幅值的邊頻顯示，說明齒輪箱存在偏心、游隙或軸不平行的可能，齒輪嚙合非正常狀態(tài)。

（3）軸承缺陷的振動(dòng)信號(hào)能量一般小于齒輪和軸系故障，很容易被淹沒在其他信號(hào)之中，通過計(jì)算和細(xì)化提取，發(fā)現(xiàn)低頻段處有軸承外圈缺陷特征頻率（179.92 Hz），盡管幅值不高但正常的軸承不會(huì)出現(xiàn)此頻率，結(jié)合時(shí)域波形判斷軸承有劣化的可能?，F(xiàn)場(chǎng)監(jiān)測(cè)（VM63a）3#點(diǎn)垂直加速度低頻31 m/s2，加速度高頻101 m/s2，表明沖擊來自高頻段，應(yīng)該是軸系機(jī)械故障。

（4）初判齒輪箱嚙合不良，滾動(dòng)軸承失效。

4 驗(yàn)證

機(jī)組停車檢修時(shí)，發(fā)現(xiàn)該減速器輸入軸軸承存在明顯磨損。檢修后更換了磨損的部件、齒輪找正等，并建議使用絕緣軸承。開車后對(duì)機(jī)組進(jìn)行振動(dòng)監(jiān)測(cè)，各測(cè)點(diǎn)振動(dòng)值均在正常范圍內(nèi)，減速器運(yùn)行狀態(tài)良好（圖6）。

圖6 減速器運(yùn)行良好

通過以上維修，得到如下經(jīng)驗(yàn)：電機(jī)軸在旋轉(zhuǎn)過程中產(chǎn)生軸電壓，一般較小，但當(dāng)量值達(dá)到足以擊穿軸承潤(rùn)滑油膜時(shí)，瞬間在軸承、電機(jī)定子機(jī)座構(gòu)成回路，并產(chǎn)生火花，一旦出現(xiàn)過電流現(xiàn)象，軸承在電流導(dǎo)通區(qū)域形成熔滴、破壞表面，造成失效（搓衣板狀）。

5 結(jié)束語(yǔ)

在大型石油、石化企業(yè)的生產(chǎn)過程中，運(yùn)用設(shè)備狀態(tài)監(jiān)測(cè)技術(shù)，確保轉(zhuǎn)動(dòng)設(shè)備在平穩(wěn)狀態(tài)下運(yùn)行，已經(jīng)成為生產(chǎn)中必不可少的一種技術(shù)手段，精確診斷、預(yù)知維修不僅可以為企業(yè)帶來可觀的經(jīng)濟(jì)效益，并且可以降低安全生產(chǎn)事故發(fā)生率。因此，提高狀態(tài)監(jiān)測(cè)工作水平，對(duì)于企業(yè)生產(chǎn)裝置安全平穩(wěn)運(yùn)行具有重要意義。