擠壓機齒輪泵減速箱故障診斷分析

肖光宇，李景彬

（1.獨山子石化公司設備檢修公司，新疆 獨山子 833699；2.石河子大學機械電氣工程學院，新疆 石河子 832000）

某化工廠擠壓機齒輪泵減速箱型號PB900-SFW，功率2kW，輸入轉速850rpm，輸出轉速28.1rpm，轉速比為1:30.9。減速箱由電機驅動高速輸入齒輪軸通過兩級行星齒輪系減速驅動齒輪泵。自2013 年出現高速端軸承振動烈度達到5.9mm/s 超出4.5mm/s 標準要求。

1 故障診斷

由于該齒輪箱沒有在線監測儀表，故采用現有離線監測設備BH550 診斷儀進行離線監測分析，監測點如圖1 所示。

圖1 減速箱振動測點布置

（1）故障頻率計算。減速箱高速齒輪軸轉速為850rpm，轉速頻率為：f=N/60=850/60 ≈14.2Hz，軸承采用SKF6222 深溝球軸承，滾動體個數為10 個、內徑110mm、節徑115mm、滾珠直徑28.57mm、外殼直徑200mm。依據表1 計算，外圈點蝕率為nZf=n×10×14.2=142n，當n 取1、2、3、…時外圈點蝕頻率為142Hz、284Hz、426Hz、……，內圈缺陷頻率83.89Hz、滾動體缺陷頻率37.12Hz、保持架缺陷頻率5.78Hz 等故障特征頻率。

表1 軸承部件故障特征頻率表

（2）采樣頻率設置。BH550 診斷儀設置可選分析頻率100Hz、200Hz、500Hz、1000Hz、2000Hz、5000Hz、10000Hz、20000Hz，分析線數200、400、800、1600、3200、6400。分析頻率選取決定于設備轉速和所要判斷的故障的最高分析頻率。根據齒輪泵以往檢修發現故障集中在高速端軸承的磨損，根據滾動軸承特征頻率、軸承滾珠數10 個及齒輪箱星形齒輪嚙合頻率等綜合考慮需要最高分析頻率Fm 取800Hz。根據采樣定理，Fm 與采樣頻率Fs 之間的關系一般為Fs=2.56Fm，采樣頻率Fs=2.56·Fm=2.56·800Hz=2048Hz，采樣線數M 取決于頻率分辨率ΔF，ΔF=Fm/M，M=Fm/ΔF。齒輪泵高速端轉速頻率為14.2Hz、軸承6222 特征頻率及行星齒輪嚙合頻率主要為高倍頻，設置分辨率1Hz 可以分辨出要想的頻率成分，同時采樣時間1s 保證采集效率，通過M=Fm/ΔF 計算采樣線數M=800。結合BH550 設置的分析頻率和分析線數，設置該設備振動數據采集采樣頻率為2kHz、分析線數800 線。

圖2 振動趨勢

圖3 振動波形

圖4 振動頻譜圖

（3）故障診斷分析。現場離線監測情況如圖2 ～4 所示。齒輪泵垂直方向（3V）振動呈上升趨勢，振動烈度有效值達到5.9mm/s，超出標準4.5mm/s 要求。波形圖上沖擊加速度達到27m/s2，出現高階頻次諧波，存在明顯的沖擊尖峰，周期時間7ms 對應頻率1000/7=142.8Hz（根據轉速變化）對應是軸承外圈頻率的諧波頻率。頻譜圖上，正常工作狀態下的特征頻率14.2Hz（1 倍頻）已經基本沒有了，而主要的振動能量集中在了10 倍頻外圈故障頻率142.5Hz，720 ～1200Hz 連續的尖峰振動帶，同時，在142.5Hz 故障頻率周圍還產生了小量的諧波。根據諧波出現的頻率、沖擊能量值和軸承外圈特征頻率，可以判斷軸承外圈出現磨損。

2 故障處理

（1）檢修點檢。如圖5 所示，通過解體檢修點檢發現，軸承外圈承載部位出現“魚鱗紋”磨損現象，驗證了離線故障診斷的軸承外圈損傷的正確性。

圖5 軸承外圈點蝕

（2）故障處理。由于齒輪泵高速端和電機剛性連接，電機通過聯軸器和軸承形成閉環，交變磁通穿過軸承界面會產生軸電流對軸承產生靜電腐蝕，軸承外圈出現“魚鱗紋”磨損，為避免靜電腐蝕需切斷軸電流產生的回路，更換帶絕緣涂層的絕緣軸承。

3 結語

檢修后，監測振動降到3.3mm/s 設備正常運行。正確分析可能出現的故障，選擇最大分析頻率和分析線數，通過離線監測儀器準確找出軸承外圈磨損故障故障所在，為檢修點檢提供方向避免過度檢修，采取合理措施解決故障，實現機組安穩長運行。