淺析軋機減速箱診斷技術的運用

周根榮，周德剛，林 素

（乳源東陽光優艾希杰精箔有限公司，廣東韶關 512721）

0 引言

隨著國內診斷技術的成熟、診斷設備的多樣化以及投資成本的下降，振動分析和專業診斷工具在旋轉設備上的運用已得到了廣泛運用。振動分析是設備狀態監測的一種有效手段，它通過專業軟件分析，配合專業診斷輔助工具的使用，可診斷設備劣化趨勢和具體劣化部位，可以選擇最佳庫存準備和停機檢修時機，使設備管理進入最經濟的保全模式，而不單靠以往傳統的“事后保全”和“時間保全”等模式，更能滿足企業可持續發展要求。

1 設備概況

根據鋁箔生產工藝要求，某公司配置有不同規格的鑄軋機、熱軋機、冷粗軋機、冷箔精軋機等生產設備，其中減速箱是機械裝置中最核心的部件。以1850 高速鋁箔軋機主減速機為例，該設備是三軸平行式圓柱齒輪減速箱，通過2 級串聯1600 kW 直流調速電機傳動，配置氣動換擋高低速切換裝置來實現傳動鏈額定轉速420/1000 r/min 的切換；低速擋一級傳動比（60 齒/22 齒）為2.727，高速擋一級傳動比（34 齒/49 齒）為1.442、二級高低速擋共用傳動比（25 齒/25 齒）為1；齒輪和軸承的潤滑由地下室稀油總泵站齒輪泵進行齒輪油集中循環供油潤滑，總泵站設置有壓力傳感器及液位計；配置的無縫鋼管上安裝有油流信號器。

2 1850 高速鋁箔軋機主減速機振動分析的運用

通過對國內外設備狀態監測系統品牌和同行業使用情況深入調研，選擇性價比較高的供應商，按規范要求安裝、調試及培訓設備狀態在線監測系統。2021 年8 月上線后，對1850 高速鋁箔軋機主減速機進行振動分析。理論上計算各軸和齒輪頻率如表1 所示。

表1 各軸和齒輪頻率

2.1 低速擋位下齒輪運行狀態分析

2022 年1 月14 日，在輸出轉速為267 r/min 的低速擋位下，對齒輪的運行狀態進行分析。

（1）設備加速度趨勢分析。齒輪箱測點高頻加速度趨勢顯示，1#軸輸出軸端A 測點振動值存在較高幅值波動范圍4.438～36.634 m/s2（圖1）。

圖1 1#軸輸出軸端A 測點的高頻加速度趨勢（0.1～20 000）

（2）設備加速度時域波形分析。高點數據為低速擋時數據，時域波形顯示1#軸輸出軸端A 測點存在明顯1#、2#軸嚙合頻率（256.967 Hz）受到2 軸轉頻（4.443 Hz）調制現象，沖擊明顯不對稱（沖擊峰值為146.8 m/s2，沖擊谷值為-208.302 m/s2，圖2）。

圖2 1#軸輸出軸端A 加速度波形（0.1～20 000）的時域波形

（3）設備加速度頻譜分析。高點數據為低速擋時頻譜同樣顯示1#軸輸出軸端A 測點主要以1#、2#軸嚙合頻率（265.967 Hz）及諧波（2×GMF-531.934 Hz、3×GMF-797.901 Hz、4×GMF-1063.868 Hz）為主（圖3）。

圖3 1#軸輸出軸端A 加速度波形（0.1～20 000）的頻譜波形

（4）包絡調解分析。針對高點數據為低速擋時1#軸輸出軸端A 測點進行包絡調解可見存在1#、2#軸嚙合頻率（265.967 Hz）及其諧波帶二軸轉頻（4.443 Hz）邊帶現象（圖4）。

圖4 1#軸輸出軸端A 加速度波形（0.1～20 000）的包絡解調

（5）速度時域波形分析。速度時域波形已出現“M”字周期波形，間隔對應2X 的1#、2#軸嚙合頻率，即轉子旋轉一周出現2次明顯受力現象（圖5）。

圖5 1#軸輸出軸端A 測點的速度趨勢（2～1000）的時域波形

（6）速度頻譜波形分析。速度頻譜可見振動較高主要來自1×、2×軸嚙合頻率成分，低速擋位下1#、2#軸齒輪存在齒不對中現象（圖6）。

圖6 1#軸輸出軸端A 測點的速度趨勢（2～1000）的頻譜波形

（7）速度頻譜波形分析。通過低通濾波240 Hz 內頻段，可見2#、3#軸嚙合頻率在低頻段占據主導成分，同樣存在齒不對中現象，且帶有2#、3#軸邊帶成分極為豐富，2#、3#軸同步齒輪因嚙合不良出現偏磨現象（圖7）。

圖7 主傳動2#軸輸出軸端H 測點速度趨勢（2～1000）的時域波形

2.2 高速擋位下齒輪運行狀態分析

2022 年12 月28 日，在輸出轉速為504 r/min 高速擋位下，對齒輪的運行狀態進行分析。

（1）設備加速度趨勢分析。選擇高速擋數據，2#軸輸出端加速度總值幅值較高，可達11.38 m/s2（圖8）。

圖8 主傳動2#軸輸出軸端H 測點的高頻加速度趨勢（0.1～20 000）

（2）設備加速度時域波形分析。時域波形顯示兩軸輸出端點H 存在2#軸轉頻（8.398 Hz）間隔沖擊及調制現象（2#、3#軸的嚙合頻率為209.816 Hz），特征較明顯（圖9）。

圖9 2#軸輸出軸端H 測點加速度波形（0.1～20 000）的時域波形

（3）設備加速度頻譜和包絡調解分析分析。選擇查看高速擋數據頻譜顯示各測點主要為2#、3#軸嚙合頻率209.668 Hz 及諧波為主，二倍頻顯著（419.336 Hz），并帶明顯同步軸轉頻邊帶（8.398 Hz），高速擋位下2#、3#軸齒不對中特較低速擋位下更加明顯（圖10）。

圖10 2#軸輸出軸端H 測點加速度波形（0.1～20 000）的頻譜波形

圖11 1#軸輸出軸端A 測點的速度趨勢（2～1000）

2.3 振動分析結論

根據高低速擋幅值高點數據分析，結合現場高速擋時現場存在較大噪聲，噪聲來源為2#、3#軸同步嚙合不良，齒輪應存在不對中現象，趨勢穩定。建議檢查確認2#、3#軸軸承安裝定位情況，確認兩端軸承同軸度是否超差。經過拆蓋，對嚙合齒面進行接觸斑點檢查，發現未達到齒面嚙合面積要求（沿齒高方向≥50%，沿齒長方向≥70%）。查詢以往故障歷史記錄，有發生過由于稀油總泵站齒輪泵聯軸器損壞和齒輪箱上硬管斷裂，齒輪油無法供應到齒面潤滑。綜合分析后認為，之前有突發性潤滑不良導致兩端軸承同軸度超差、齒面變形，振動值大、齒輪嚙合不良，高速運行時產生嘯叫。

3 1850 高速鋁箔軋機主減速機其他診斷技術的運用

3.1 熱成像預測性維護性技術

熱成像預測性維護性技術可以進行非接觸式紅外溫度測量，可以以二維圖像形式記錄設備溫度狀況。點檢員可以迅速監視和測量軋機減速機旋轉過程中軸承和潤滑油溫度，識別軸承內外圈與軸孔和端蓋是否有磨碰導致的溫度高點，識別潤滑油管路泄漏點熱量特征，無需中斷設備運行。發現溫度異常時，可以結合振動分析及油液分析結果，來綜合考慮設備的實際運行狀況。

3.2 高清工業視頻內窺鏡診斷技術

高清工業視頻內窺鏡診斷技術可快速、準確地將插入管末端導入狹小復雜的物體內部進行檢查，監視和測量軋機減速機旋轉過程中齒面嚙合情況，識別齒面是否剝落、點蝕、裂紋等問題。探頭在任何彎曲狀態下保持3 s 可自動鎖定，鎖定后開啟定點記憶功能，再操作搖桿時探頭將以鎖定時的角度為軸心進行小幅度調整，不僅使檢測更精準、無需開蓋，還大大減少作業時間。

3.3 機械故障聽診器技術

它能迅速測出各種軸承運轉狀態、快速判別發出的機械雜聲，對發出的異常噪聲和雜聲進行鑒別，并準確找出故障的部位，從而避免事故發生。

3.4 油液分析技術

長期使用后，齒輪油很難達到相關標準要求，因為油液中已經存在很多的鐵屑顆粒，會造成齒輪齒面和軸承輥道面點蝕、剝落。

一套完整的減速箱齒輪油管理方法主要由3 個環節組成。

（1）外觀檢查標準。通過現場齒輪油多次采樣，對比油液顏色、透明度等外觀，形成該標準，每季度進行對標檢查。

（2）灰分試驗和鐵含量檢測。因齒輪油黏度過高，將其與基礎油混合過濾，再將鐵含量為檢測灰分后殘渣，用稀鹽酸溶解后，用分光光度法檢測出結果，換算成原齒輪油樣中的鐵含量。通過過濾檢測雜質，分析顆粒大小和重量趨勢，了解齒輪嚙合劣化趨勢和齒輪油更換標準（原油樣鐵含量限值≤0.05%）。

（3）磁性凈化。通過將磁鐵焊接圓鋼制作銑床工具，用于對現場減速機底部雜質進行檢測和清理。同時運用市場上的全顆粒凈油器，將其放入稀油泵站底部，能高效去除零件磨損產生的顆粒，有效降低在用齒輪油的污染度，阻止磨粒造成的二次磨損，從而延長零部件使用壽命。

4 效果

2022 年2 月7 日低速擋位設備速度趨勢分析：齒輪箱各測點速度趨勢顯示1#軸輸出軸端A 測點速度總值較高，振動高點可達8.427 mm/s，維護后恢復至1.3 mm/s 左右。通過幅值和圖譜變化，有效驗證設備檢修前后運行狀態，并對檢修質量進行驗收。

通過診斷技術的運用，除了增加專業診斷工具和振動分析振動分析之外，瞬時指標的報警進入集控調度中心。集控中心進行調度，實現報警、調度、停機、檢查等快速反應機制，杜絕減速箱運行過程中突發性故障，將減速箱故障消滅在萌芽狀態。