溢流型球磨機小齒輪軸故障診斷及振動趨勢分析

摘要：本文對齒輪傳動的異?，F象、故障原因和基準頻譜進行簡單介紹，并通過長期生產狀態監測，對原料磨球磨機小齒輪軸的振動趨勢進行跟蹤，掌握其運轉性能，分析異常振動的頻譜特性，進行故障診斷，為小齒輪軸維修提供科學依據。

關鍵詞：溢流型球磨機；小齒輪軸；故障；診斷；VB測振儀；檢測；振動；頻譜；嚙合頻率

1、前言

在生產連續性高要求的氧化鋁廠，球磨機即屬于齒輪傳動的大型旋轉設備，而作為推動磨機運轉的球磨機小齒輪軸，故障多發且非常關鍵的部位。因此，小齒輪軸運轉狀態掌握和故障診斷非常重要。為此，我們對小齒輪軸的振動進行狀態跟蹤和頻譜特性分析，積累了一些小齒輪軸現場故障診斷的實用技巧，把故障消除在萌芽狀態，并對小齒輪軸的檢修及操作維護進行指導，使我們對設備故障的辨識從簡單的五感診斷上升到理性診斷。

2.齒輪的振動原因分析

齒輪的振動異常主要原因如下：

2.1制造誤差 齒輪制造時造成的主要有：偏心、齒距偏差、齒形誤差等；

2.2裝配不良 齒輪裝配不當，會造成齒輪的工作狀態惡化。

2.3齒輪的損傷

齒輪由于本身不合理的設計、制造本身誤差、不當的裝配，或在缺油等不適當地條件下運行時會產生種種損傷，其損傷形式往往是多種多樣、及其復雜的。

3.齒輪振動檢測的采集

3.1齒輪振動的異常原因是各種各樣的，而發生最大振動值的方向也不盡相同，因此要求振動測定時，盡可能的延齒輪的水平、垂直和軸向三個方向進行測定，每次測定點的位置必須保持不變，表面光滑。

3.2由于大型旋轉設備的齒輪軸傳動部振動原因和頻譜特性都較復雜，要以單一的振動值和頻譜圖中去分析辨認是否有故障、是何種故障比較困難。為此，一個有效可行的方法就是針對設備關鍵的齒輪傳動部進行狀態跟蹤監測，采集它在狀態良好、工作正常的情況下的振動趨勢及頻譜特性圖，可稱作基礎振動值和基準頻譜，它就是以后狀態檢測和故障診斷時作對比參考的振動值及頻譜。

3.3故障齒輪傳動部振動值特性及頻譜波形特性

3.3.1對于螺旋齒輪、斜齒輪和人字齒輪，軸向振動值大。

3.3.2故障齒輪在嚙合頻率和諧波頻率上有較大的振動分離。

3.3.3小周期的齒輪故障，在嚙合頻率及其諧波頻率附近，有以故障齒輪的運行頻率為間隔的調制作用的邊帶族，而且齒輪軸的旋轉頻率及諧波處的振幅隨故障的惡化而加大。

4.球磨機小齒輪軸的結構和各部振動嚙合頻率

4.1.1球磨機小齒輪軸由兩盤雙列調心滾子軸承固定安裝于兩個相對獨立的軸承座上，一端與減速機輸出軸用齒輪聯軸器連接，小齒輪軸是斜齒軸齒輪，直接與磨機筒體上的斜齒大齒圈工作嚙合傳動。小齒輪軸軸承型號為：23264C（C表示滾子對稱型），18×2個球面滾子。軸齒輪齒數Z1=21，大齒圈Z2=244，齒輪聯軸器齒數Z3=54。

4.1.2小齒輪軸相關振動頻率

根據球磨機主電機轉速計算出主電機基頻為：fr≈12.38Hz，磨機主減速機速比i=4，可計算出以下頻率：

a、大齒輪嚙合頻率：f大小=fr/4×21≈65Hz

b、小齒輪軸旋轉頻率為：f小轉=fr/4=3.096≈3.1Hz

c、軸承滾動體旋轉頻率為：f滾=fr×Dm×[1-（Db×Conα/Dm）2]/2Db≈10Hz

d、軸承內滾道有損傷點產生振動頻率為：0.6×18×fr≈33.4Hz

e、外滾道有損傷點產生振動頻率為：0.4×18×fr≈22.3Hz

f、齒輪聯軸器嚙合頻率為：3.1×54≈167.4Hz

5.球磨機小齒輪軸故障診斷分析及檢修維護

5.1 診斷技巧實例

通過對原料車間2#球磨機各傳動部的長期狀態監測跟蹤，我們發現運行時大小齒輪嚙合處的聲音和振動有很強的規律性，正常運行時各部振動值和嚙合聲音均維持一定的水平，頻譜圖也主要出現嚙合頻率的波峰，噪音連續持恒。2014年6月19日點檢發現大小齒輪嚙合處有周期性的沖擊噪音，用VB5振動測量儀檢測得振動值，小齒輪軸減速機端及筒體端軸承均在正常值范圍內，且從小齒輪軸兩端軸承的各項振動數據值與以前相同部位振動值比較，并無大的變化，可判斷小齒輪軸當時的運行性能仍處于正常狀態，但它的嚙合聲音有異常，可判斷小齒輪軸已存在一定的萌芽故障，為確診并消除小齒輪軸的萌芽故障，我們利用VB5測振儀對小齒輪軸軸承部位進行振動頻譜提取，并對頻譜波形圖進行分析（圖1），分辨率為1.25Hz：

從圖（1）可看出小齒輪軸振動頻譜圖波峰主要出現在小齒輪軸嚙合頻率和二倍頻、三倍頻處，高倍頻處無波峰，可判斷小齒輪軸軸承無異常松動等故障，通過細化圖（1）200Hz以內的頻譜圖，把分辨率提到0.125Hz得圖（2）：

從圖（2）可以看出在嚙合頻率65Hz及其諧波周圍產生以小齒輪軸旋轉頻率3.1Hz為間隔的邊帶頻波峰，即小齒輪軸傳動部有能量消耗在其軸旋轉上。綜合以上情況，可以判斷出小齒輪軸齒上出現局部異常，即齒裂紋或齒面剝落，要求6月20日停機檢查，發現小齒輪軸有一齒出現約200mm裂紋，為避免小齒輪軸齒崩而損壞磨機大齒圈，要求立即更換小齒輪軸，經過調試磨合運行，2014年6月29日檢測小齒輪軸同樣部位的故障已消除。

6.結束語

設備故障診斷能及時地、正確地對各種異常狀態或故障做出診斷，預防或消除故障，設備的狀態監控可對設備的運行進行必要的指導，提高設備運行的可靠性、安全性和有效性。

參考文獻：

[1]中國運載火箭技術研究院北京京航公司編印的《設備故障診斷技術及應用》

[2]上?？茖W技術文獻出版社《機械安裝工》

作者簡介：黃少君，出生年月1988年05月，漢族，籍貫廣西平果縣，研究方向：機械、齒輪傳動故障、振動學。