輸煤皮帶機滾動軸承故障診斷方法研究

馬建勇，彭程程，畢懿琳，杜 鑫，俞林浩

（1.浙江浙能紹興濱海熱電有限責任公司，浙江 紹興312073；2.珈藍電力科技有限公司，浙江 杭州 310000）

引言

滾動軸承是機械設備非常重要的組成部分，是非常關鍵的動力樞紐，輸煤皮帶機的滾動軸承良好與否，決定著輸煤皮帶機的運輸效率和質量。在工作過程中，軸承或多或少都會造成一定的磨損，反映為滾動軸承部位發熱以及產生異響，相關工作人員如果能夠及時發現滾動軸承的問題，采取相應的措施，就可以減少不必要的損失，否則將影響滾動軸承的工作效能。滾動軸承的更換不易，更換成本也高，更會造成輸煤機停工，最關鍵的是缺陷不會只出現一個，只出現一次，更換后還是可能會發生同樣的問題，如果一旦發生而不迅速確診并加以控制，后果是比較嚴重的。因此，相關工作人員和維護人員要對此加以重視，及時發現滾動軸承部位表現出來的問題，采用科學合理的方法去診斷分析并處理。

1 滾動軸承故障說明

1.1 滾動軸承故障外在表現

滾動軸承是非常關鍵的動力樞紐，滾動軸承如果出現故障，勢必影響到輸煤皮帶的工作效率和質量。另外，滾動軸承的更換不易、更換成本較高，都會帶來負面影響，因此加大對滾動軸承故障的重視，意義重大。滾動軸承故障的外在表現，無非就是“溫度升高”以及“產生異常響聲”兩個，嚴重者會導致軸承內外圈突然斷裂，設備報廢的情況。不過滾動軸承故障一般不會嚴重到報廢直接停機的地步，因此這里僅對“溫度升高”和“產生異響”兩個方面進行說明。在滾動軸承工作過程中，機械運動會產生一定熱量，但熱量控制應該不燙手，如果熱量控制燙手，就表明溫度過高。同理，滾動軸承工作中也會產生一定響聲，響聲特點應該是運轉平穩、輕快、無停滯現象，如出現刺耳的、不規律的、沉重的聲響，則表明出現了異常響聲[1]。

1.2 滾動軸承故障內在原因

1）溫度過高的內在原因：滾動軸承的溫度升高，代表著滾動軸承的工作負荷較大，而造成滾動軸承工作符合較大的，可能是“潤滑油”體系的問題，潤滑油的質量不足、潤滑油進水、潤滑油粘度過高等，都會影響到軸承工作。另外，則可能是“框架壓力”的問題，軸承太緊，或者整個框架不穩，會導致工作的負荷較大。

2）產生異響的內在原因：滾動軸承產生異常響動，代表著滾動軸承的工作環境存在摩擦，如果存在金屬的碰撞，存在砂礫雜物，會造成摩擦產生異響，軸承內圈出現傷痕、溝槽等，也會造成摩擦產生異響，軸承安裝松弛，內圈與軸的配合間隙過大，也會造成摩擦產生異響[2]。

1.3 滾動軸承故障產生因素

結合上面提到的滾動軸承外在表現和內在原因，其產生故障的因素表現在安裝因素、非正常磨損因素、維護因素以及外部因素四個方面。

1）安裝因素：滾動軸承的安裝過程中可能發生安裝不當的問題，在長期投入使用過程中，就會處于一個不良的工作環境中，進而導致出現故障，比如滾動軸承安裝得太緊，那么在工作中就會形成較大的張應力；如果滾動軸承的內圈與軸的配合間隙過大，那么工作的時候不穩固，就會造成碰撞加劇，產生過多耗損，外圈與軸承孔配合間隙過大，也會不穩固，造成碰撞，加劇磨損[3]。

2）非正常磨損因素：在機械設備長期投入使用過程中，自然而然會產生磨損，很多情況都是不可逆的磨損，導致機械設備的性能下降，而煤礦企業要做的，就是要將磨損控制在允許范圍之內。對于非正常磨損，指的是過度的磨損，軸承里面進去砂礫或者其他異物，會加劇磨損，軸承的內外圈的配合間隙，或許會隨著使用的加劇，出現一定松動或緊張，也會加劇磨損，內外圈滾道偏斜，也會加劇磨損。另外，導致加劇磨損的問題，在于潤滑油系統，潤滑油如果不夠，或者質量不足，或者潤滑油進水，那么自然會導致摩擦加劇，無法達到預期壽命。

3）維護因素：滾動軸承在使用過程中總會發生一些問題，產生一些磨損或者工作環境不良的問題，相關煤礦企業需要構建完善的維護機制，通過維護來盡可能保證滾動軸承的良好，保證工作環境的穩定，如果缺乏維護，那么產生故障的概率就會增大。一些煤礦企業對于設備維護存在不重視的問題，維護信息不完整、維護部門和人員不到位，缺乏科學、完善的維護機制，從而導致維護質量不足，加大故障發生可能性。

4）外部影響：外部因素比如皮帶的打滑，一般來說皮帶的打滑不會對滾動軸承造成影響，但是如果軸承的內外圈如果比較松的情況下，皮帶打滑是會對滾動軸承造成影響的，使其磨損加劇。

2 滾動軸承故障診斷方法

對于滾動軸承故障，診斷方法可以分為簡易診斷法以及深入診斷法，簡易診斷法包括聽聲診斷法、溫度診斷法以及經驗診斷法，而深入精細診斷法包括信號角度分析法、包絡解調分析法、人工智能學習等，這里進行逐一分析。

2.1 簡易診斷方法（常對故障后期來說）

1）聽聲診斷法：如果滾動軸承發生故障，一定會有外在的表現形式，這時候就可以根據滾動軸承發生故障的類型來進行簡易的檢查，根據不同的外在表現形式，有著不同故障類型。對于發生異常響聲的滾動軸承部位，現場工作人員和維護人員可以進行簡單的檢查。

2）溫度診斷法：感受一下滾動軸承部位的溫度，如果感覺到滾動軸承的溫度較高，那么第一時間反映是潤滑油系統的問題，潤滑油系統未能發揮作用，導致摩擦力變大，滾動軸承的工作不良，發熱加劇。除此之外，就看一看軸承內外圈配合間隙是不是太緊了，太緊的話也會導致摩擦力變大，加劇發熱情況。

3）經驗判斷法：對于皮帶機的滾動軸承故障來說，往往是具有連續性的，有的時候核心問題沒有得到解決，只是更換了滾動軸承，滾動軸承上可能會繼續發生問題，那么依據經驗來進行判斷，對問題進行檢查，從而優化診斷結果。

2.2 深入診斷方法（常對故障初期來說）

首先說一下滾動軸承故障診斷的難點，因為當滾動軸承位于復雜裝備內部時，我們所采集的振動信號往往是很多成分的混疊，即包含著大量的冗余噪聲信息，這給傳統故障診斷方法造成了挑戰，那么深入性的診斷方法，本質上都是在做消除冗余特征，提高強噪聲下的故障診斷效果，從而依據優良的算法來診斷滾動軸承是否存在故障，可以用來對沒有表現出溫度升高、產生異響的滾動軸承，來分析其故障情況。

1）信號分析法：從信號分析角度去做軸承診斷，即是找軸承的故障特征頻率，軸承故障有內圈、外圈、滾動體、保持架。信號處理的本質是收集振動信號，本質思想是在復雜信號中提取軸承的故障特征頻率。采集軸承振動信號，并對信號進行頻域分析，觀察信號的頻率成分，可以根據軸承相關尺寸去計算軸承的故障特征頻率，若出現某一組件故障頻率及其倍頻，則相應組件出現故障（適用于單一故障，復合故障診斷效果不佳）。FFT分析是常見的手段，將時域信號轉變為頻域，以FFT為變種的各種方法，小波、EMD、TQWT、EWT和VMD等等都是信號處理方法，其目的都是為了找到隱藏在復雜信號內部的故障特征頻率。

2）人工智能學習：在大數據時代，人工智能學習技術得到了飛速的發展，收集皮帶機滾動軸承故障的大數據，利用機器學習進行深度模擬學習，精準識別故障。

3 避免滾動軸承產生故障的策略

3.1 確保安裝的科學性

要想避免皮帶機滾動軸承產生故障，就需要注意滾動軸承安裝的科學性，一方面要保證滾動軸承材料，應保證質量合格，符合行業標準和實際需求，按照規范去設計安裝，檢查滾動軸承尺寸及規格，避免出現游隙問題，如果出現一些劣質軸承，自然會加大故障發生的可能性。另一方面，在安裝的過程中，要對軸承的每一個安裝細節進行把控，重點對內外圈的配合間隙進行分析，內外圈的配合間隙過大或過小，都會造成非常不良的影響[9]。

3.2 確保潤滑油系統的完好

潤滑油系統也是造成滾動軸承出現故障的原因之一，且是很容易出現的原因，那么落實對潤滑油系統的管理，選擇優質的潤滑油，定期對潤滑油進行檢查，避免斷油情況。另外，要減少潤滑油進水的情況發生率。

3.3 落實維護機制

煤礦企業應對滾動軸承故障重視起來，落實維護機制，建立健全各項規章制度，加強日常維護管理機制，將責任落實到人，嚴格做好日常維護、定期維護、不定期檢測等維護防治工作。另外，不斷加強操作和維護人員的技能培養，需要操作和維護人員了解滾動軸承問題的表現以及內在原因，掌握故障防治以及故障快速排查維修技能，相關煤礦企業需要構建長效的維護培訓機制才行[10]。

4 結語

機械設備在長期使用情況下必然會產生磨損情況，對于輸煤皮帶機來說，滾動軸承發生故障，將對皮帶機工作帶來直接影響，必須做好檢測才行，了解不同類型故障，找準故障原因，構建完善的故障維護機制。滾動軸承的故障一般為溫度升高以及產生異響，診斷方法簡易診斷法以及深入診斷法，簡易診斷法包括聽聲診斷法、溫度診斷法以及經驗診斷法，而深入精細診斷法包括信號角度分析法、包絡解調分析法、人工智能學習等。