Rp106分解槽減速機軸承故障診斷

杜永春　楊生貴（廣西華銀鋁業有限公司　廣西百色）

Rp106分解槽減速機軸承故障診斷

杜永春楊生貴
（廣西華銀鋁業有限公司廣西百色）

利用Vb7振動分析儀對分解槽減速機軸承進行振動監測與故障診斷，運用振動分析技術對減速機振動信號進行頻譜分析，判斷減速機軸承存在故障，經解體檢修驗證診斷的正確性，確保了生產的連續穩定，具有顯著的經濟效果。

齒輪減速機軸承故障診斷振動分析頻譜分析

一、概述

分解槽是氧化鋁生產中的關鍵設備，氫氧化鋁的析出就是在分解槽中進行的，公司共有64臺。由于分解槽攪拌裝置減速機輸出轉速只有4.77 r/min，其軸承故障診斷一直是靠有經驗的設備管理和維修人員利用聽音棒，通過聲音識別、配合鐵譜分析、開觀察孔檢查是否存在鐵屑來判斷，不能及時發現處于早、中期的軸承故障，發現時往往已處于晚期。因此，時常發生因軸承損壞導致齒輪損壞的設備事故，不但造成嚴重損失，更重要是嚴重影響生產的連續穩定。

2013年7月公司開始用Vb7振動分析儀及Ascent資產管理系統，對RP106分解槽減速機運行振動數據進行監測管理。監測中發現第三軸支撐軸承異常，解體檢查，與監測結果相符。由于更換軸承及時，有效避免了減速機事故的發生。

二、機組情況

1.機組簡圖及測點布置

機組簡圖及測點布置如圖1所示，電機通過皮帶驅動方式帶動減速機運行，電機額定轉速1480 r/min，皮帶傳動速比為1，經過4級降速后驅動攪拌軸旋轉，實現對鋁酸鈉溶液的攪拌。

圖1　機組簡圖

2.分解槽減速機參數

分解槽減速機型號ML4PVSF120，傳動比310.379，轉速4.77～1480 r/min，減速機軸承型號及齒輪齒數見表1。

表1　減速機軸承型號及齒輪齒數

3.減速機軸承故障特征頻率分析

減速機軸承故障特征頻率主要包括軸頻、齒輪的嚙合頻率、軸承的內外圈、滾動體、保持架的故障特征頻率，與諧頻、邊頻相結合，成為對減速機故障判斷的依據。

三、測點布置

測點布置見如圖1所示，與電機相聯的高速軸稱為1軸，順此為2軸、3軸、4軸、5軸，測點選擇盡量靠近軸承處，對其3個方向即水平、垂直、軸向振動信號進行采集，由于4軸、5軸轉速較低，分別為15.89 r/min，4.77 r/min，采集時間較長，1臺設備約需1 h，費工費時，對減速機來說意義不大，故放棄對4軸、5軸振動情況的采集。

四、故障分析

1.振動數據采集

參數設置完成后，將其傳到Vb7測振儀器，開始對設備振動數據進行采集。Rp106分解槽減速機采集數據如表2。

2.振動故障頻譜分析

2014-01-23按計劃對分解槽上的減速機振動數據進行采集，發現RP106槽上減速機3軸振動頻譜異常，24日再次對其采集確認，振動頻譜與23日采集相同。振動速度頻譜如圖2、圖3所示，3軸上下2軸承的軸向振動頻譜均出現小山包樣的譜線族。通過分析發現譜線間距（A光標與B光標之差）正好是轉頻1.094 Hz，如表1所示（3軸轉速65.25 r/min，頻率1.094 Hz），即譜線是以轉頻為等間距的譜線族。輸入軸承型號進行分析，可以看到譜線族是軸承外圈故障特征頻率的諧波及其轉頻邊帶（圖4、圖5），特征符合軸承晚期故障的頻譜特征。

觀其振動值，比2013年8月、12月采集到的振動值還要小，見Rp106分解槽減速機采集數據表2。利用Ascent軟件的“頻譜堆棧圖”功能，調出近幾個月的振動頻譜進行對比（圖6、圖7），可以看出，2013年8月、12月，振動頻譜圖上未出現軸承故障特征頻率、轉頻邊帶，而2014年1月23日、24日卻出現了軸承外圈的故障特征頻率及諧波，而且伴有大量的轉頻邊帶，這是典形的軸承故障的晚期特征。

立即通知設備使用單位退槽，將設備從生產線上解列出來進行檢修。當天取油樣進行鐵譜分析，鐵譜片上存在大量來自齒輪與軸承的疲勞磨粒，其中來自軸承的疲勞磨粒占多數，疲勞磨粒最大尺寸超過100 μm，此外譜片上還存在著中量的嚴重滑動磨粒，設備齒輪與軸承均在異常磨損，以軸承磨損為主。設備使用單位第二天開始退槽，將設備解列出來，避免了一場即將發生的設備事故。

五、檢修情況

Rp106分解槽減速機2014-3-7在檢修基地解體開蓋吊出，3軸上下兩盤軸承座處有大量的鐵屑，軸承磨損嚴重。軸承內圈、外圈、滾動體嚴重剝落，下盤軸承有1顆滾珠脫出保持架掉下來；其它軸軸承除1軸上盤軸承有輕微磨損外，均完好；齒輪有輕微磨損，但不影響使用；檢修人員更換軸承后，設備恢復正常。

表2　Rp106分解槽減速機數據mm/s

圖2　3軸上盤軸承軸向振動頻譜圖

圖3　3軸下盤軸承軸向振動頻譜圖

圖4　3軸上盤軸承軸向振動頻譜圖

圖5　3軸下盤軸承軸向振動頻譜圖

六、結束語

通常情況下，齒輪減速機的振動信號相當復雜，各種干擾源加劇了信號的混疊，識別較困難，但當某一故障發展至一定程度，成為振動信號的主要激振源時，通過振動信號進行故障診斷就成為可能。應選擇最佳檢測狀態如轉速、測點、采樣頻率等，以減少各種干擾因素的影響，提高信號的可比性。

對于結構簡單裝配良好的齒輪減速機，故障相對單一且發展到一定程度時，可以通過直接測量箱體上低頻段的振動信號并利用時域、頻域圖譜對故障予以識別，這個頻段應包含齒輪的多階嚙合頻率或軸的多階旋轉頻率，視具體的診斷要求而定。

對于復雜的齒輪箱及較復雜的故障，通過共振解調方法提取高頻沖擊信號的包絡信號，再根據包絡信號的周期特征，頻譜特征（如特征頻率多階等間距譜線結構等），往往可以獲得較為滿意的診斷結果。

齒輪減速機的軸承故障診斷中，振動值的大小只能作為參考，不能完全反應設備的技術狀況，要從頻譜變化的角度出發，去發現振動頻譜是否出現軸承故障特征頻率，如果出現軸承故障頻率及多倍頻，要引起足夠重視，如出現轉頻邊帶，不管振動值大小，應立即停機檢修處理。

圖6　3軸上盤軸承軸向振動頻譜堆棧圖

圖7　3軸下盤軸承軸向振動頻譜堆棧圖

〔編輯利文〕

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