劉愛軍1 肖富英2
（1.湖南科技大學機電工程學院；2.中南大學機電工程學院）
摘 要：通過測量冷酸軋機鋼帶生產線上軸承在異常情況下的振動速度,在振動異常原因不明的情況下,對振動信號進行了頻譜分析。同時與軸承外圈、內圈與滾動體特征頻的計算結果相結合,判斷出故障的原因以及部位。經過停機檢查后,確認測點4處軸承外圈嚴重點蝕。從而說明頻譜分析結果的正確性。
1 引言
我國某大型鋼鐵生產企業,其主要生產工藝型式以熱軋為主,而大型軋機是鋼材生產線上重點設備。但由于軋機大部分處于惡劣的運行環境中,不利于機械設備的監測與維護,建立在線監測系統難度非常大,所以生產線系統故障時有發生。設備的日常維護和安裝調試過程中,經常遇到因劇烈振動而無法正常生產的情況,而振動的原因錯綜復雜,僅靠耳聽、手摸的原始方法,很難全面準確的分析判斷故障的原因。采用先進的設備狀態檢測和故障診斷技術,通過振動檢測掌握各類設備在一定時期的運行狀態,為從事設備維護、安裝、調試的工程技術人員提供一套完整的設備運行狀態資料,根據這些資料進行數據分析,可以準確的分析判斷故障原因,合理的安排維修計劃,從而避免因突發故障而造成經濟損失,確保生產順利進行。
2 試驗裝置及數據采集
2.1電機軸承振動傳感器的布置
6個振動速度傳感器安裝在電機軸承的1、2測點處,每個測點采用三個傳感器測量水平、垂直以及軸線方向的速度,其具體布置示意圖,如圖1所示。
經電機轉子更換處理后,機組運行狀態保持了短期的穩定,即呈快速劣化趨勢。至9月27日檢測時發現,機組振動已出現較大變化,如表所示。
從測點2瓦振動狀況看,振動最大仍為軸向,已嚴重超標,且垂直方向較水平方向大。僅依據振動水平及方向性,按常規的診斷方法分析,可能聯軸器存在嚴重不對中,即轉子更換過程中破壞了聯軸器原有對中精度,且基座可能存在松動。但從振動譜圖分析,譜圖特征與前明顯不同。軸向振動主振頻率為82.1Hz,單峰突出,能量集中,非轉頻及倍頻激振頻率。可見,與轉子更換前相比,測點2軸瓦強烈振動的故障原因明顯不同。可以推斷,電機振動劣化的直接原因可能與減速機元件故障激振的傳遞有關。考慮到傳動部分各級軸轉頻及齒輪嚙合頻率在譜圖識別上具有較強的確定性,因此,軸承故障激振成為分析的重點。
從測點3、4的振動譜圖(見圖2、3)分析,82.1Hz及其倍頻成份豐富,雖然振動幅值相對較小,但譜圖包含明顯的故障信息。根據滾動軸承振動特征,軸承振動在界面遞上具有較強的衰減性,故障激振在機殼的振動速度值反映不很明顯,可通過頻譜分析來判定軸承故障及類型。
根據軸承故障特征頻率的理論計算方法,可算出其軸承故障特征頻率。根據公式、給合軸承型號及運動參數,軸承故障特征頻率進行如下計算(參見軸承示意圖4):
型號為3538(雙列向心球面滾子軸承)高速軸軸承故障特征頻率計算:
d=37.5mm,D=225mm,n=19(粒),fr=9.8Hz,∂=10.25’。可以得出:f外=82.16Hz;f內=106.1Hz;f滾=35.8
對照軸承故障特征頻率計算值,可以看出,高速軸軸承外圈故障特征頻率與激振頻率極為接近,可以推論,高速軸軸承存在故障。
分析認為,高速軸軸承故障在機組的響應隨剛性及傳遞方式不同存在明顯差異。電機負荷端在剛度上為機組的薄弱環節,對激勵較敏感,響應強烈。電機負荷端強烈振動的直接原 因為軸承故障激振,間接原因為機座可能存在松動、剛性差。
3 處理措施及效果
按上述診斷分析,2005年10月19日開始對機組進行停機檢查。發現測點4軸承外圈嚴重點蝕,高速齒輪存在磨損,聯軸器滾珠及滾道磨損,電機負荷端基座存在松動。此次檢修對故障軸承,高速齒輪軸及滾珠聯軸器一并進行了更換,基礎螺栓進行了緊固。處理后,機組振動明顯下降,其中測點2軸向振動由原來的23.2mm/s下降至4.0mm/s,軸承故障頻率及齒輪嚙合故障頻率得到消除。
來源：《機械設計與制造》
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