鋼包回轉臺旋轉軸承故障檢測

孫永飛 王啟宏

(山西太鋼不銹鋼股份有限公司 山西太原030003)

1 前言

某廠連鑄機鋼包旋轉軸承已經連續使用12年，參考國內外該軸承的使用壽命，某廠該軸承正值使用壽命中后期，更換該軸承預計需要連鑄機停機7-10天，鑒于旋轉軸承偶發性損壞對生產的巨大不利影響，借助振動檢測設備對該軸承進行狀態監測是必要的，依據振動檢測數據對該軸承的使用狀態進行評估，在軸承損壞之前將其更換，有效減小軸承偶發性故障對生產造成的損失。

某廠從2016年開始陸續實施對鋼包回轉臺旋轉軸承的使用狀態進行評估，采用加速度傳感器測量軸承在生產期間的振動數據，通過數據儲存與采集系統儲存和獲取數據，對軸承的頻譜進行分析，將分析結果與軸承故障時計算的特征頻率進行比較，由于該軸承使用環境惡劣，系統能實現對采集的振動信號進行甄別，過濾掉背景噪聲，通過軸承振動頻譜數據分析評估軸承的使用狀態，對軸承日常的點檢和維護提供可以借鑒的經驗。

2 鋼包回轉臺及軸承結構

鋼包回轉臺最大負載為兩個標稱容量180噸鋼水包，鋼水包和鋼水最大重量約300噸，每個鋼水包裝滿鋼水后，由天車將鋼包吊運至鋼包回轉臺接鋼位，通過鋼包回轉臺的旋轉將鋼水包旋轉至澆鑄位。

表1 鋼包回轉臺與旋轉軸承主要結構

圖1 鋼包回轉臺結構

3 系統結構與測量原理

3.1 系統結構

系統拓撲結構如圖2所示，在旋轉軸承內圈固定架上安裝(粘接)四個加速度傳感器，安裝位置為澆鑄位、接鋼位、東側、西側，四個傳感器呈90°配置；在大包旋轉減速機處安裝速度傳感器，用于檢測軸承旋轉速度、旋轉時間等參數；傳感器數據存于系統電控柜PCB的SD卡中，定期讀取SD卡數據，借助軟件分析工具，對數據進行匯總、分析。

圖2 系統拓撲結構圖

3.2 軸承失效與測量原理

鋼包旋轉軸承是一種低速重載的滾動軸承，它是一種同時承受軸向力、徑向力、傾翻力矩的大型軸承，某廠鋼包回轉臺旋轉軸承是四排圓柱輥子組合軸承形式，軸承結構帶有安裝孔，密封裝置和潤滑孔等。該種類型軸承的主要失效形式滾動體和座圈(內、外圈)滾道表面產生疲勞點蝕或疲勞脫落[1]。

圖3 軸承結構與軸承故障測量原理

軸承的振動診斷是發現和預測軸承故障最實用和最有效的方法之一，振動對常見的軸承故障很敏感，軸承狀態正常時，滾動體運動產生的振動頻率曲線為平滑的，從頻譜上無顯著異常曲線，當軸承內外圈或滾動體元件出現損壞后，會出現沖擊振動信號或其它振動變化信號，軸承旋轉時，損壞部位的振動會比正常部位大，加速度傳感器獲取振動數據，頻譜分析結果會顯示振動曲線異常，通過監測軸承的沖擊振動信號可以對軸承的工作狀態做出判斷。

圖4 旋轉軸承P1、P2、P3、P4測量點頻譜

4 測量結果與結論

2017年7月-11月，某廠對3#連鑄機的大包旋轉軸承進行了測量，測量結果如下：某廠該軸承2006年上線使用，目前已經使用12年，從測試結果得出如下結論：

1)軸承各個測量點的頻譜沒有較大波動，P3(鋼包回轉臺接鋼位)較其余位置頻譜較為波動大；

2)從P2和P3頻譜分析得出：軸承內外圈存在微小缺陷，然后這個缺陷信號又時有時無，結合現場對軸承使用聽音棒檢查判斷，該缺陷信號不足以判斷軸承內外圈出現缺陷，需要更多檢測數據進行分析；

3)在所有測量點的測量數據中，特定速度下各點頻譜差別很大，特別是在回轉速度在0.8-1.1之間時，這種情況可能是測量開始時間太早(在加速階段)或太晚(在減速階段)，第三種可能性是旋轉臺的旋轉速度不穩定；

4)在大包回轉臺平均旋轉速度在1到1.1rpm時，兩次測量間能看到頻譜變化很大，認為由于速度變化引起的振動變化，不能代表軸承故障。

5)總體看，某廠鋼包回轉臺旋轉軸承使用狀態正常，未見異常征兆。