連軋機減速箱振動故障診斷

王光平

熱軋連軋機在產品的軋制和新產品的開發方面，比如印刷行業使用的鋁制印刷版，以及高速列車上使用的高強度的5083鋁合金等，都起著舉足輕重的作用。因此，對于連軋機的狀態監測尤為重要，如何保證設備的正常運轉和鋁產品的正常軋制，是維修人員面對的一個重要課題。

連軋機第三機架傳動及測點布置如圖1所示，由兩臺直流電機串聯，每臺電機功率1491.4kW，轉速250r/min/500r/min；減速箱一級減速，高速齒輪齒數為31個，低速齒輪齒數為117個，分齒箱兩齒輪齒數為28個；輸入和輸出聯軸器均為鼓形齒齒輪聯軸器。測點1位于高速輸入軸，測點4位于減速箱輸出軸。

2009年4月份，在現場巡檢中發現第三機架減速箱振動過大，減速箱輸入軸軸承處振動值較大，并伴隨著很大的轟鳴聲，腳下有非常明顯的振感，于是，在隨后的幾天內，對該減速箱進行了重點監測。表1列出了維修前后軋制3104合金時測點1和測點2的振動值。

圖2為2009年4月一次監測的測點1頻譜圖，從圖2a水平方向可以看出，齒輪1倍嚙合頻率為203.86Hz，其2倍和3倍諧頻幅值較大，而且在齒輪嚙合頻率及其諧頻兩邊都出現了輸入軸的轉頻，即6.58Hz的轉頻，邊帶的幅值與嚙合頻率比較，相對較高。在1倍齒輪嚙合頻率的兩邊，邊帶族甚至比齒輪嚙合頻率還要高。從這些現象判斷齒輪齒面磨損嚴重，齒輪漸開線齒廓已經受到嚴重的破壞，齒面可能點蝕嚴重。

從圖2b垂直方向的頻譜來看，其振動能量主要集中在1倍的齒輪嚙合頻率處，其幅值非常大，相對于測點1水平方向來說，其振動幅值在其3倍以上。為了解釋這一現象，對上下箱體進行振動測試，發現振動值以箱體的結合面為分界線，振動烈度相差較大，因此，造成垂直方向振動值大的原因，很可能是由于箱體的緊固螺栓預緊力不夠。而且在齒輪嚙合頻率的兩邊有很明顯的邊帶族，說明齒輪有偏心或磨損的現象，以及齒輪有磨損的跡象。

由于生產任務比較緊，針對實際情況，維修人員對所有的緊固螺栓進行了預緊，并標記劃線。預緊時，發現螺栓的確有松動的跡象，根據要求把所有螺栓預緊后，振動有所下降。

圖3為2009年6月監測的測點2垂直方向時域和頻譜信號，其振動總值達到19.8mm/s，從圖3a可以明顯的看出，兩個尖峰之間的時間差為0.00695s，即143.69Hz，當時高速軸的轉速為278r/min，根據轉速和齒輪齒數，可以計算出這個頻率為齒輪的嚙合頻率。在零線的兩邊，可以看出零線以上的振動尖峰幅值比零線以下的幅值大，這說明了由于螺栓的松動，導致了箱體上下剛性差異，所以出現了這種形狀的時域波形。

圖3a中有明顯的調制現象，從圖中可以看出，調制信號的時間間隔為0.215s，即4.6Hz，這個頻率為齒輪箱輸入軸的轉頻。即，齒輪嚙合頻率為載頻，輸入軸轉頻調制了齒輪嚙合頻率信號，在頻譜上表現出來的就是齒輪嚙合頻率兩邊的邊帶，從圖3b頻譜圖中也可以證明，在齒輪嚙合頻率及其2倍頻兩邊都有4.6Hz左右的轉頻邊帶，這也說明了齒輪偏心或者是磨損，很可能出現點蝕，從而進一步驗證了4月份的判斷。

在圖3a中還有一個信號，即夾在0.00695s中間的半倍頻信號，這個沖擊信號的出現，說明了齒輪有空回的現象，根據時域頻域的轉換理論，在頻譜上會出現齒輪嚙合頻率的2倍頻，而且附帶邊帶，這從圖3b頻譜可以看出，在287.4Hz的2倍齒輪嚙合頻率處，有較高幅值譜線，并且在譜線兩邊，存在著轉頻的邊帶族，這也說明了齒輪磨損嚴重、配合不好。

根據現場監測的報告，公司決定對連軋機第三機架減速箱進行解體。檢查結果表明，高速軸齒輪的齒面磨損嚴重，而且有很明顯的點蝕坑，齒輪的漸開線齒廓遭到嚴重的破壞，從而在齒輪嚙合的時候，產生了空回，造成了大的振動和噪聲。現場來看，低速軸的齒面磨損也較嚴重，并出現了輕微的點蝕。此外，預緊力不夠，也使齒輪嚙合發生了變化，進而使齒輪工作狀態惡化加劇。

在這種情況下，如果繼續在大的軋制力下高速軋制，齒輪很快就會損壞。因此，經研究決定換用高速軸齒輪的備件，并按照要求預緊緊固螺栓，雖然備件高速軸齒輪的狀態也不是特別好，但是經換用以后，振動值（表1）和噪聲比以前顯著減小。

表1 減速箱解體維修前后的振動總值 mm/s

圖4是在解體維修后軋制合金3104時監測的測點2振動頻譜，從圖中可以看出，振動值明顯減小，在1倍齒輪嚙合頻率處雖然有邊帶，但只存在1倍的轉頻邊帶，而且其值很小；在2倍齒輪嚙合頻率處，振動幅值顯著減小。因此，換用高速軸齒輪取得了一定的效果。

從這個案例可以看出，振動監測對于工廠預防維修的重要性，只有提前并及時的發現問題，才能使維修有針對性，對設備管理做到游刃有余。