通過振動(dòng)狀態(tài)監(jiān)測(cè)排查煤磨主減速機(jī)故障

古金華

1 前言

我公司利用引進(jìn)的設(shè)備狀態(tài)監(jiān)測(cè)與故障診斷技術(shù)，成功排查出多起設(shè)備故障隱患，提高了設(shè)備運(yùn)轉(zhuǎn)率，有效降低了生產(chǎn)成本。本文主要介紹利用振動(dòng)狀態(tài)監(jiān)測(cè)技術(shù)，發(fā)現(xiàn)并解決了1號(hào)煤磨主減速機(jī)中速軸軸承故障的案例。

2 設(shè)備及狀態(tài)監(jiān)測(cè)方式基本情況

我公司有兩條5 000t/d熟料生產(chǎn)線，配置兩套?3.8m×（7+2.5）m風(fēng)掃煤磨。煤磨主減速機(jī)為SEW-傳動(dòng)設(shè)備（天津）有限公司生產(chǎn)，型號(hào)為ML2PSF120。

我公司采用上海華陽的設(shè)備在線監(jiān)測(cè)系統(tǒng)與離線PMS設(shè)備點(diǎn)巡檢管理系統(tǒng)（HY-106C手持式測(cè)振儀）采集數(shù)據(jù)、分析時(shí)域及頻域，根據(jù)設(shè)備各部件特征頻率的差異判斷故障情況。

3 油液狀態(tài)監(jiān)測(cè)現(xiàn)象

1號(hào)煤磨主減速機(jī)潤(rùn)滑油上次更換的時(shí)間為2014年5月29日，潤(rùn)滑油狀態(tài)監(jiān)測(cè)方式為離線監(jiān)測(cè)，以季度為周期。在設(shè)備正常運(yùn)轉(zhuǎn)時(shí)從固定油液取樣口取油樣，送至油液檢測(cè)實(shí)驗(yàn)室，對(duì)油液的40℃運(yùn)動(dòng)粘度、總酸值、水分、抗乳化性能、污染度及PQ指數(shù)（即潤(rùn)滑油液中鐵磁性金屬顆粒含量）等理化性能指標(biāo)進(jìn)行檢測(cè)，通過跟蹤各指標(biāo)的變化情況來分析潤(rùn)滑油性能及設(shè)備磨損情況。

該減速機(jī)每季度油液檢測(cè)均未發(fā)現(xiàn)異常，PQ指數(shù)在10～20之間變化（PQ指數(shù)參考值≤50）。所以該設(shè)備至發(fā)現(xiàn)故障隱患時(shí)，油液狀態(tài)監(jiān)測(cè)方面未發(fā)現(xiàn)異常，未檢測(cè)到故障隱患。

4 振動(dòng)狀態(tài)監(jiān)測(cè)現(xiàn)象

4.1 測(cè)點(diǎn)布置及符號(hào)意義（圖1、表1）

該減速機(jī)設(shè)置了六個(gè)測(cè)量部位，每個(gè)部位分別對(duì)軸向、水平及垂直三個(gè)方向進(jìn)行振動(dòng)數(shù)據(jù)的采集，其中軸向及水平方向測(cè)量振動(dòng)速度（6號(hào)測(cè)點(diǎn)因位置及安全因素未測(cè)水平方向振動(dòng)），垂直方向測(cè)量振動(dòng)速度及加速度。

4.2 減速機(jī)頻率（表2）

圖1 ML2PSF120減速機(jī)內(nèi)部結(jié)構(gòu)及振動(dòng)測(cè)量點(diǎn)示意圖

表1 測(cè)點(diǎn)符號(hào)及意義

表2 減速機(jī)頻率信息表

4.3 滾動(dòng)軸承故障的振動(dòng)診斷方法說明

滾動(dòng)軸承故障的振動(dòng)診斷方法有：簡(jiǎn)易振動(dòng)診斷法，頻譜分析法，倒頻譜分析法，沖擊脈沖法，共振解調(diào)法，噪聲分析法等。本文故障診斷案例主要運(yùn)用的分析方法為前兩項(xiàng)，即簡(jiǎn)易振動(dòng)診斷法及頻譜分析法。下面對(duì)這兩種分析方法做簡(jiǎn)要說明：

（1）簡(jiǎn)易振動(dòng)診斷法：用某些振動(dòng)的參數(shù)（如峰值指標(biāo)、峭度指標(biāo)、脈沖指標(biāo)等）判定軸承的工作狀態(tài)。

圖2 峰值指標(biāo)圖例

a峰值指標(biāo)（圖2）：即，峰值與有效值的比值。峰值指標(biāo)不受振動(dòng)信號(hào)絕對(duì)大小的影響，適用于檢測(cè)滾動(dòng)面剝落與裂紋等故障，但不適于檢測(cè)磨損。當(dāng)設(shè)備無故障時(shí)，峰值指標(biāo)a≈5，隨著故障的出現(xiàn)和發(fā)展，峰值指標(biāo)上升，b＞10，故障發(fā)展到一定程度后又逐步變小至c≈5。

圖3 峭度指標(biāo)Ku的概率密度函數(shù)圖例

b峭度指標(biāo)Ku（圖3）：指波形的尖峭程度，判斷軸承有無沖擊。當(dāng)設(shè)備無故障時(shí)峭度指標(biāo)為3左右，隨著故障的出現(xiàn)和發(fā)展，峭度指標(biāo)上升至10～15，甚至更高，而故障發(fā)展到一定程度后又逐步變小到接近于3。

（2）頻譜分析法：即用軸承的故障特征頻率來識(shí)別滾動(dòng)軸承的故障。當(dāng)潤(rùn)滑與安裝都良好的滾動(dòng)軸承元件發(fā)生故障的時(shí)候，可能會(huì)有軸承的內(nèi)外圈滾道、保持架或滾動(dòng)體的缺陷，當(dāng)滾動(dòng)體通過缺陷位置時(shí)，發(fā)生沖擊，而產(chǎn)生周期性故障沖擊脈沖。沖擊發(fā)生的周期由缺陷的部位決定，通過測(cè)量缺陷的頻率，可以判斷軸承的缺陷發(fā)生的部位。

4.4 煤磨主減速機(jī)軸承故障分析

2016年12月24日，1號(hào)煤磨主減速機(jī)在線監(jiān)測(cè)系統(tǒng)及HY-106C測(cè)振儀采集的數(shù)據(jù)，均發(fā)現(xiàn)減速箱出現(xiàn)異常沖擊現(xiàn)象。下面分別用簡(jiǎn)易振動(dòng)診斷法及頻譜分析法來判斷故障部位。

（1）簡(jiǎn)易振動(dòng)診斷法

監(jiān)測(cè)發(fā)現(xiàn)1號(hào)煤磨主減速機(jī)5V測(cè)點(diǎn)加速度時(shí)域波形有明顯的沖擊信號(hào)，時(shí)域峭度指標(biāo)指示值高達(dá)56.25，峰值指標(biāo)指示值高達(dá)17.91（見圖4）。根據(jù)上文4.3（1）內(nèi)容，推測(cè)該減速機(jī)內(nèi)部有某一軸承可能發(fā)生局部故障。

（2）頻譜分析法

監(jiān)測(cè)發(fā)現(xiàn)1號(hào)煤磨主減速機(jī)5V測(cè)點(diǎn)加速度時(shí)域波形圖中出現(xiàn)了間隔頻率為44.7Hz的沖擊信號(hào)及間隔頻率為5.6Hz的調(diào)制信號(hào)，見圖5。對(duì)照表2，發(fā)現(xiàn)44.7Hz頻率為減速機(jī)第二軸軸承22338的內(nèi)圈通過頻率，而5.6Hz為減速機(jī)第二軸的轉(zhuǎn)速頻率（5V測(cè)點(diǎn)加速度數(shù)據(jù)采集時(shí)，設(shè)置數(shù)據(jù)點(diǎn)數(shù)為16碼384、頻率帶寬為5 000Hz，所以數(shù)據(jù)分辨率＝5 000÷（16 384÷2.56）≈0.78Hz）。沖擊發(fā)生的周期由缺陷部位決定，說明該減速機(jī)的缺陷部位在減速機(jī)第二軸軸承22338的內(nèi)圈滾道上，即：減速機(jī)第二軸每轉(zhuǎn)一圈（即軸承內(nèi)圈轉(zhuǎn)一圈），軸承有3個(gè)滾動(dòng)體在軸承受力面通過內(nèi)圈缺陷部位并形成3次沖擊，而在非受力面時(shí)沖擊信號(hào)不明顯。在后續(xù)的跟蹤監(jiān)測(cè)中發(fā)現(xiàn)其測(cè)點(diǎn)的振動(dòng)值也有上升的趨勢(shì)。

圖4 5V加速度時(shí)域指標(biāo)

圖6 煤磨主減速機(jī)22338軸承內(nèi)圈滾道損傷圖片

5 檢修確認(rèn)

我公司窯系統(tǒng)年度大修時(shí)間計(jì)劃在2017年3月，原檢修計(jì)劃無1號(hào)煤磨主減速機(jī)軸承的更換項(xiàng)目，但因振動(dòng)狀態(tài)監(jiān)測(cè)發(fā)現(xiàn)了減速機(jī)軸承故障隱患，并有擴(kuò)展趨勢(shì)，所以立即采購該減速機(jī)軸承，并在設(shè)備大修時(shí)進(jìn)行了更換，確保了1號(hào)煤磨在非大修時(shí)間的安全穩(wěn)定運(yùn)行。圖6為該減速機(jī)大修時(shí)更換下的第二軸軸承22338的內(nèi)圈滾道損傷圖片。

6 結(jié)語

本文所述故障屬于軸承局部損傷，若通過監(jiān)測(cè)潤(rùn)滑油中金屬顆粒含量的變化，短時(shí)間內(nèi)較難發(fā)現(xiàn)異常，而通過振動(dòng)狀態(tài)監(jiān)測(cè)中能量沖擊的變化及其特征頻率，能更為及時(shí)地發(fā)現(xiàn)此類設(shè)備的故障信息。因此，采用新的技術(shù)手段為設(shè)備管理服務(wù)并不是單一的，多種技術(shù)手段的相輔相成才能實(shí)現(xiàn)設(shè)備管理由定性向定量的全面轉(zhuǎn)型。■