某熱軋廠精軋機組故障分析

徐建平， 肖 涵

(1 武漢鋼鐵重工集團冶金重工有限公司， 湖北 武漢 430083； 2 武漢科技大學機械自動化學院， 湖北 武漢 430081)

某熱軋廠在日常點檢過程中發現F1精軋機在咬鋼瞬間產生巨大沖擊，并且伴有劇烈聲響，其聲響程度遠大于其余精軋機，同時也發現F6精軋機的齒輪分配箱振動值較其余精軋機的齒輪分配箱大得多．由于不知道該聲響產生的具體原因，因此很長一段時間只能軋制強度較低的鋼種，嚴重影響了其正常生產．為找出該熱軋機組傳動系統的故障原因，對該精軋機組F6軋機齒輪座進行了實驗研究和理論分析，并提出改進方案．

1 測試信號及測點分布

齒輪座的故障信息可以通過其振動信號反應出來，通過分析振動信號的時域信號與頻域信號即可獲得齒輪座的故障特征[3-4]．因此，主要測試了F1齒輪箱高速軸和低速軸、F6齒輪軸傳動端和工作端的各向振動量等25個信號．部分測點分布圖見表1．

表1 精軋機部分測點位置及測試信號

2 F1齒輪箱振動信號分析

2.1 測試信號時域分析

在主軋線正常生產工況下，分別測取該軋機在空轉狀態與軋制狀態的各測點信號．部分典型振動實測時域信號見圖1．

由圖1可知：1)F1咬鋼瞬間沖擊很大，加速度均方根值最大達到43 m/s2，且較大值發生在水平方向，F2咬鋼瞬間沖擊也很大，加速度均方根值最大達到42.5 m/s2，但較大值發生在垂直方向，在穩態軋制時的振動較小；2)F1高速軸傳動側測點的咬入峰值與穩態軋制時的均方根比值較工作側較大；低速軸垂直方向的咬入峰值與穩態軋制時的均方根比值較水平方向較大；F1高速軸傳動側的咬入峰值與穩態軋制時的均方根比值較F2大得多；3)F1齒輪座的振動較小．

(a)高速軸傳動側水平方向

(b)高速軸傳動側垂直方向

(c)低速軸傳動側垂直方向

(d)低速軸工作側垂直方向

(e)低速軸工作側水平方向

(f)高速軸工作側垂直方向

進一步對時域信號進行統計分析(表2)后發現，F1的振動強度整體較F2偏大，其主要振動方向為水平方向，而F2的主要振動方向為垂直方向．F1的主要振動方向與軋鋼前進方向一致．

表2 F1典型振動信號統計分析

2.2 測試信號頻域分析

部分典型振動信號的功率譜見圖2．

(a)F1高速軸傳動側垂直方向

(b)F2高速軸傳動側垂直方向

(c)F1低速軸工作側垂直方向

(d)F2低速軸工作側垂直方向

(e)F1高速軸傳動側水平方向

(f)F2高速軸傳動側水平方向

由圖2可知：從振動信號的譜圖看，F1和F2軋機減速箱測點能量較大的頻率成分主要是減速機齒輪的嚙合頻率及其倍頻，水平方向的振動大于垂直方向的振動，在譜圖中未見軸承及其他零部件故障信息．故F1和F2軋機主傳動系統無明顯故障，但F1軋機在鋼坯咬入時受到巨大的沖擊．

3 F6齒輪座振動信號分析

3.1 測試信號時域分析

由圖3實測振動加速度曲線可知：F6、F7在咬鋼和拋鋼瞬間存在強大沖擊，振動加速度沖擊峰值最大達到30 m/s2，軋件拋出時也出現較大的沖擊振動．這種沖擊振動是由于齒輪座在咬鋼和拋鋼時承受較大的傾翻力矩所致．

(a)F6上人字齒輪軸傳動側鉛垂方向

(b) F6上人字齒輪軸傳動側軸向

(c) F6上人字齒輪軸傳動側水平方向

(d) F6上人字齒輪軸工作側鉛垂方向

(e) F6上人字齒輪軸工作側水平方向

(f) F6下人字齒輪軸傳動側水平方向

各次測試的均方根值計算結果如表3所示．從表3可以看出：軋鋼狀態下，各測點的振動加速度均方根值比空轉狀態下有所增加，但其絕對值并不明顯偏大．三次后測試發現，各測點分別在空轉狀態下和軋鋼狀態下的振動加速度均方根值沒有顯著增加，表明齒輪座沒有惡化趨勢．

表3 各測點振動信號的均方根值 m/s2

3.2 振動信號的頻域分析

選取典型實測時域信號進行頻譜分析，其中空轉時F6上人字齒輪軸水平方向振動信號及頻譜圖析如圖4所示．經計算可得F6齒輪座的轉頻4.11 Hz，嚙合頻率123.3 Hz．

(a) 時域信號局部放大圖

(b) 功率譜

從圖4(a)中可明顯看出時域信號存在周期性的沖擊，且與人字齒輪軸的轉頻相等，且在一個周期內共出現30個振動峰值，這與人字齒輪齒數剛好吻合．由該信號功率譜可知在齒輪嚙合頻率及其二倍頻周圍存在邊頻帶，但邊頻帶分布并不對稱．

圖5所示為軋鋼狀態下的時域波形及其頻譜，其中同樣存在嚙合頻率及其二倍頻邊頻帶．

綜上可知其存在齒輪調節誤差或聯接軸不平衡故障特征1-2,5．但由相同廠家生產的其它幾架機組均未出現上述故障特征，故該故障應該為接軸不平衡．該故障長期存在將導致該齒輪座的軸承和齒輪加速損壞．

(a) 時域信號

(b) 功率譜

圖6是軋制狀態下F7軋機上人字齒輪軸傳動側水平方向的振動信號的波形及其功率譜．由圖可知F7軋機的振動波形周期性沖擊的能量比F6小得多．其功率譜圖中存在有齒輪嚙合頻率，無明顯2倍嚙合頻率成份，嚙合頻率附近未見明顯邊頻帶，屬于正常齒輪嚙合信號的譜圖，F7軋機齒輪座狀況正常．

(a) 時域信號放大圖

(b) 功率譜

4 結論及建議

1)F1軋機在鋼坯咬入時受到巨大沖擊，但減速機本身及人字齒輪座均無明顯故障，F6、F7在咬鋼和拋鋼瞬間存在強大沖擊振動，齒輪座沒有惡化趨勢；

2)F6精軋機齒輪座的時域信號存在周期性的沖擊，頻域信號表明齒輪嚙合頻率及其二倍頻周圍存在邊頻帶，但齒輪座無軸承故障征兆；

3)與精軋機組其它齒輪座的運行狀態進行比較分析后得出F6齒輪座振動過大是由接軸不平衡而并非齒輪出現調節誤差所造成的；

4)建議調整F1軋機機前輥道輸送速度，使之與F1工作輥咬入點線速度的水平分量匹配，同時采取其它措施降低鋼坯咬入時對軋機的沖擊；

5)建議檢查F6軋機主電動機與齒輪座之間接軸的動平衡，并做現場動平衡試驗，使其達到動平衡要求．

[參考文獻]

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