淺析軋機(jī)減速箱診斷技術(shù)的運(yùn)用

周根榮，周德剛，林 素

（乳源東陽光優(yōu)艾希杰精箔有限公司，廣東韶關(guān) 512721）

0 引言

隨著國內(nèi)診斷技術(shù)的成熟、診斷設(shè)備的多樣化以及投資成本的下降，振動(dòng)分析和專業(yè)診斷工具在旋轉(zhuǎn)設(shè)備上的運(yùn)用已得到了廣泛運(yùn)用。振動(dòng)分析是設(shè)備狀態(tài)監(jiān)測的一種有效手段，它通過專業(yè)軟件分析，配合專業(yè)診斷輔助工具的使用，可診斷設(shè)備劣化趨勢和具體劣化部位，可以選擇最佳庫存準(zhǔn)備和停機(jī)檢修時(shí)機(jī)，使設(shè)備管理進(jìn)入最經(jīng)濟(jì)的保全模式，而不單靠以往傳統(tǒng)的“事后保全”和“時(shí)間保全”等模式，更能滿足企業(yè)可持續(xù)發(fā)展要求。

1 設(shè)備概況

根據(jù)鋁箔生產(chǎn)工藝要求，某公司配置有不同規(guī)格的鑄軋機(jī)、熱軋機(jī)、冷粗軋機(jī)、冷箔精軋機(jī)等生產(chǎn)設(shè)備，其中減速箱是機(jī)械裝置中最核心的部件。以1850 高速鋁箔軋機(jī)主減速機(jī)為例，該設(shè)備是三軸平行式圓柱齒輪減速箱，通過2 級(jí)串聯(lián)1600 kW 直流調(diào)速電機(jī)傳動(dòng)，配置氣動(dòng)換擋高低速切換裝置來實(shí)現(xiàn)傳動(dòng)鏈額定轉(zhuǎn)速420/1000 r/min 的切換；低速擋一級(jí)傳動(dòng)比（60 齒/22 齒）為2.727，高速擋一級(jí)傳動(dòng)比（34 齒/49 齒）為1.442、二級(jí)高低速擋共用傳動(dòng)比（25 齒/25 齒）為1；齒輪和軸承的潤滑由地下室稀油總泵站齒輪泵進(jìn)行齒輪油集中循環(huán)供油潤滑，總泵站設(shè)置有壓力傳感器及液位計(jì)；配置的無縫鋼管上安裝有油流信號(hào)器。

2 1850 高速鋁箔軋機(jī)主減速機(jī)振動(dòng)分析的運(yùn)用

通過對(duì)國內(nèi)外設(shè)備狀態(tài)監(jiān)測系統(tǒng)品牌和同行業(yè)使用情況深入調(diào)研，選擇性價(jià)比較高的供應(yīng)商，按規(guī)范要求安裝、調(diào)試及培訓(xùn)設(shè)備狀態(tài)在線監(jiān)測系統(tǒng)。2021 年8 月上線后，對(duì)1850 高速鋁箔軋機(jī)主減速機(jī)進(jìn)行振動(dòng)分析。理論上計(jì)算各軸和齒輪頻率如表1 所示。

表1 各軸和齒輪頻率

2.1 低速擋位下齒輪運(yùn)行狀態(tài)分析

2022 年1 月14 日，在輸出轉(zhuǎn)速為267 r/min 的低速擋位下，對(duì)齒輪的運(yùn)行狀態(tài)進(jìn)行分析。

（1）設(shè)備加速度趨勢分析。齒輪箱測點(diǎn)高頻加速度趨勢顯示，1#軸輸出軸端A 測點(diǎn)振動(dòng)值存在較高幅值波動(dòng)范圍4.438～36.634 m/s2（圖1）。

圖1 1#軸輸出軸端A 測點(diǎn)的高頻加速度趨勢（0.1～20 000）

（2）設(shè)備加速度時(shí)域波形分析。高點(diǎn)數(shù)據(jù)為低速擋時(shí)數(shù)據(jù)，時(shí)域波形顯示1#軸輸出軸端A 測點(diǎn)存在明顯1#、2#軸嚙合頻率（256.967 Hz）受到2 軸轉(zhuǎn)頻（4.443 Hz）調(diào)制現(xiàn)象，沖擊明顯不對(duì)稱（沖擊峰值為146.8 m/s2，沖擊谷值為-208.302 m/s2，圖2）。

圖2 1#軸輸出軸端A 加速度波形（0.1～20 000）的時(shí)域波形

（3）設(shè)備加速度頻譜分析。高點(diǎn)數(shù)據(jù)為低速擋時(shí)頻譜同樣顯示1#軸輸出軸端A 測點(diǎn)主要以1#、2#軸嚙合頻率（265.967 Hz）及諧波（2×GMF-531.934 Hz、3×GMF-797.901 Hz、4×GMF-1063.868 Hz）為主（圖3）。

圖3 1#軸輸出軸端A 加速度波形（0.1～20 000）的頻譜波形

（4）包絡(luò)調(diào)解分析。針對(duì)高點(diǎn)數(shù)據(jù)為低速擋時(shí)1#軸輸出軸端A 測點(diǎn)進(jìn)行包絡(luò)調(diào)解可見存在1#、2#軸嚙合頻率（265.967 Hz）及其諧波帶二軸轉(zhuǎn)頻（4.443 Hz）邊帶現(xiàn)象（圖4）。

圖4 1#軸輸出軸端A 加速度波形（0.1～20 000）的包絡(luò)解調(diào)

（5）速度時(shí)域波形分析。速度時(shí)域波形已出現(xiàn)“M”字周期波形，間隔對(duì)應(yīng)2X 的1#、2#軸嚙合頻率，即轉(zhuǎn)子旋轉(zhuǎn)一周出現(xiàn)2次明顯受力現(xiàn)象（圖5）。

圖5 1#軸輸出軸端A 測點(diǎn)的速度趨勢（2～1000）的時(shí)域波形

（6）速度頻譜波形分析。速度頻譜可見振動(dòng)較高主要來自1×、2×軸嚙合頻率成分，低速擋位下1#、2#軸齒輪存在齒不對(duì)中現(xiàn)象（圖6）。

圖6 1#軸輸出軸端A 測點(diǎn)的速度趨勢（2～1000）的頻譜波形

（7）速度頻譜波形分析。通過低通濾波240 Hz 內(nèi)頻段，可見2#、3#軸嚙合頻率在低頻段占據(jù)主導(dǎo)成分，同樣存在齒不對(duì)中現(xiàn)象，且?guī)в?#、3#軸邊帶成分極為豐富，2#、3#軸同步齒輪因嚙合不良出現(xiàn)偏磨現(xiàn)象（圖7）。

圖7 主傳動(dòng)2#軸輸出軸端H 測點(diǎn)速度趨勢（2～1000）的時(shí)域波形

2.2 高速擋位下齒輪運(yùn)行狀態(tài)分析

2022 年12 月28 日，在輸出轉(zhuǎn)速為504 r/min 高速擋位下，對(duì)齒輪的運(yùn)行狀態(tài)進(jìn)行分析。

（1）設(shè)備加速度趨勢分析。選擇高速擋數(shù)據(jù)，2#軸輸出端加速度總值幅值較高，可達(dá)11.38 m/s2（圖8）。

圖8 主傳動(dòng)2#軸輸出軸端H 測點(diǎn)的高頻加速度趨勢（0.1～20 000）

（2）設(shè)備加速度時(shí)域波形分析。時(shí)域波形顯示兩軸輸出端點(diǎn)H 存在2#軸轉(zhuǎn)頻（8.398 Hz）間隔沖擊及調(diào)制現(xiàn)象（2#、3#軸的嚙合頻率為209.816 Hz），特征較明顯（圖9）。

圖9 2#軸輸出軸端H 測點(diǎn)加速度波形（0.1～20 000）的時(shí)域波形

（3）設(shè)備加速度頻譜和包絡(luò)調(diào)解分析分析。選擇查看高速擋數(shù)據(jù)頻譜顯示各測點(diǎn)主要為2#、3#軸嚙合頻率209.668 Hz 及諧波為主，二倍頻顯著（419.336 Hz），并帶明顯同步軸轉(zhuǎn)頻邊帶（8.398 Hz），高速擋位下2#、3#軸齒不對(duì)中特較低速擋位下更加明顯（圖10）。

圖10 2#軸輸出軸端H 測點(diǎn)加速度波形（0.1～20 000）的頻譜波形

圖11 1#軸輸出軸端A 測點(diǎn)的速度趨勢（2～1000）

2.3 振動(dòng)分析結(jié)論

根據(jù)高低速擋幅值高點(diǎn)數(shù)據(jù)分析，結(jié)合現(xiàn)場高速擋時(shí)現(xiàn)場存在較大噪聲，噪聲來源為2#、3#軸同步嚙合不良，齒輪應(yīng)存在不對(duì)中現(xiàn)象，趨勢穩(wěn)定。建議檢查確認(rèn)2#、3#軸軸承安裝定位情況，確認(rèn)兩端軸承同軸度是否超差。經(jīng)過拆蓋，對(duì)嚙合齒面進(jìn)行接觸斑點(diǎn)檢查，發(fā)現(xiàn)未達(dá)到齒面嚙合面積要求（沿齒高方向≥50%，沿齒長方向≥70%）。查詢以往故障歷史記錄，有發(fā)生過由于稀油總泵站齒輪泵聯(lián)軸器損壞和齒輪箱上硬管斷裂，齒輪油無法供應(yīng)到齒面潤滑。綜合分析后認(rèn)為，之前有突發(fā)性潤滑不良導(dǎo)致兩端軸承同軸度超差、齒面變形，振動(dòng)值大、齒輪嚙合不良，高速運(yùn)行時(shí)產(chǎn)生嘯叫。

3 1850 高速鋁箔軋機(jī)主減速機(jī)其他診斷技術(shù)的運(yùn)用

3.1 熱成像預(yù)測性維護(hù)性技術(shù)

熱成像預(yù)測性維護(hù)性技術(shù)可以進(jìn)行非接觸式紅外溫度測量，可以以二維圖像形式記錄設(shè)備溫度狀況。點(diǎn)檢員可以迅速監(jiān)視和測量軋機(jī)減速機(jī)旋轉(zhuǎn)過程中軸承和潤滑油溫度，識(shí)別軸承內(nèi)外圈與軸孔和端蓋是否有磨碰導(dǎo)致的溫度高點(diǎn)，識(shí)別潤滑油管路泄漏點(diǎn)熱量特征，無需中斷設(shè)備運(yùn)行。發(fā)現(xiàn)溫度異常時(shí)，可以結(jié)合振動(dòng)分析及油液分析結(jié)果，來綜合考慮設(shè)備的實(shí)際運(yùn)行狀況。

3.2 高清工業(yè)視頻內(nèi)窺鏡診斷技術(shù)

高清工業(yè)視頻內(nèi)窺鏡診斷技術(shù)可快速、準(zhǔn)確地將插入管末端導(dǎo)入狹小復(fù)雜的物體內(nèi)部進(jìn)行檢查，監(jiān)視和測量軋機(jī)減速機(jī)旋轉(zhuǎn)過程中齒面嚙合情況，識(shí)別齒面是否剝落、點(diǎn)蝕、裂紋等問題。探頭在任何彎曲狀態(tài)下保持3 s 可自動(dòng)鎖定，鎖定后開啟定點(diǎn)記憶功能，再操作搖桿時(shí)探頭將以鎖定時(shí)的角度為軸心進(jìn)行小幅度調(diào)整，不僅使檢測更精準(zhǔn)、無需開蓋，還大大減少作業(yè)時(shí)間。

3.3 機(jī)械故障聽診器技術(shù)

它能迅速測出各種軸承運(yùn)轉(zhuǎn)狀態(tài)、快速判別發(fā)出的機(jī)械雜聲，對(duì)發(fā)出的異常噪聲和雜聲進(jìn)行鑒別，并準(zhǔn)確找出故障的部位，從而避免事故發(fā)生。

3.4 油液分析技術(shù)

長期使用后，齒輪油很難達(dá)到相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)要求，因?yàn)橛鸵褐幸呀?jīng)存在很多的鐵屑顆粒，會(huì)造成齒輪齒面和軸承輥道面點(diǎn)蝕、剝落。

一套完整的減速箱齒輪油管理方法主要由3 個(gè)環(huán)節(jié)組成。

（1）外觀檢查標(biāo)準(zhǔn)。通過現(xiàn)場齒輪油多次采樣，對(duì)比油液顏色、透明度等外觀，形成該標(biāo)準(zhǔn)，每季度進(jìn)行對(duì)標(biāo)檢查。

（2）灰分試驗(yàn)和鐵含量檢測。因齒輪油黏度過高，將其與基礎(chǔ)油混合過濾，再將鐵含量為檢測灰分后殘?jiān)?，用稀鹽酸溶解后，用分光光度法檢測出結(jié)果，換算成原齒輪油樣中的鐵含量。通過過濾檢測雜質(zhì)，分析顆粒大小和重量趨勢，了解齒輪嚙合劣化趨勢和齒輪油更換標(biāo)準(zhǔn)（原油樣鐵含量限值≤0.05%）。

（3）磁性凈化。通過將磁鐵焊接圓鋼制作銑床工具，用于對(duì)現(xiàn)場減速機(jī)底部雜質(zhì)進(jìn)行檢測和清理。同時(shí)運(yùn)用市場上的全顆粒凈油器，將其放入稀油泵站底部，能高效去除零件磨損產(chǎn)生的顆粒，有效降低在用齒輪油的污染度，阻止磨粒造成的二次磨損，從而延長零部件使用壽命。

4 效果

2022 年2 月7 日低速擋位設(shè)備速度趨勢分析：齒輪箱各測點(diǎn)速度趨勢顯示1#軸輸出軸端A 測點(diǎn)速度總值較高，振動(dòng)高點(diǎn)可達(dá)8.427 mm/s，維護(hù)后恢復(fù)至1.3 mm/s 左右。通過幅值和圖譜變化，有效驗(yàn)證設(shè)備檢修前后運(yùn)行狀態(tài)，并對(duì)檢修質(zhì)量進(jìn)行驗(yàn)收。

通過診斷技術(shù)的運(yùn)用，除了增加專業(yè)診斷工具和振動(dòng)分析振動(dòng)分析之外，瞬時(shí)指標(biāo)的報(bào)警進(jìn)入集控調(diào)度中心。集控中心進(jìn)行調(diào)度，實(shí)現(xiàn)報(bào)警、調(diào)度、停機(jī)、檢查等快速反應(yīng)機(jī)制，杜絕減速箱運(yùn)行過程中突發(fā)性故障，將減速箱故障消滅在萌芽狀態(tài)。