油液分析技術(shù)在船舶軸承故障診斷中的應(yīng)用

程 明

（海軍駐南昌地區(qū)航空軍事代表室，江西 南 昌 3 30024）

在對某船主動力裝置進(jìn)行振動測試時，發(fā)現(xiàn)主機(jī)推力軸承出現(xiàn)故障特征，由于擔(dān)負(fù)的任務(wù)和修理工程量大，于是采取了降速使用的措施，并使用軸承監(jiān)測儀器隨時監(jiān)測振動狀況的變化，同時及時采集潤滑油樣進(jìn)行分析。后又對該主機(jī)推力軸承進(jìn)行了3次精密振動測試，進(jìn)一步確定了故障的存在，在主機(jī)的油樣中也發(fā)現(xiàn)異常磨粒有增加的趨勢。綜合振動測試和油液分析的結(jié)果，拆檢前左主機(jī)推力軸承，結(jié)果證實(shí)了診斷的準(zhǔn)確性。

該船推力軸承為3個7330AC單列徑向止推滾珠軸承。軸承節(jié)圓直徑235mm，軸承內(nèi)徑150mm，滾動體直徑50.75mm，滾動體個數(shù)13個，接觸角25°。振動測試中考慮機(jī)艙內(nèi)主推力軸承實(shí)際安裝位置及軸承受力方向，安排了軸承軸向和徑向振動測點(diǎn)。

一、軸承沖擊脈沖測試分析

滾動軸承如果在有缺陷（如疲勞點(diǎn)蝕、裂紋、磨損或混入雜物等）時運(yùn)轉(zhuǎn)，就會發(fā)生沖擊，引起脈沖沖擊振動。脈沖性振動是一種衰減性振動，因而沖擊脈沖的強(qiáng)弱反映了故障的程度。沖擊脈沖法就是通過沖擊脈沖計來測量滾動軸承的沖擊脈沖值來判斷軸承是否有故障。當(dāng)軸承工作表面出現(xiàn)損傷時，所產(chǎn)生的實(shí)際脈沖值用dBsv表示，它與初始脈沖值dBi之差稱為歸一化沖擊脈沖值dBn。

根據(jù)歸一化的沖擊脈沖值dBn可以將軸承的工作狀態(tài)分為三個區(qū)域進(jìn)行診斷，軸承工作狀態(tài)良好：0～20dB；軸承有輕微損傷：2l～35dB；軸承有嚴(yán)重?fù)p傷：35dB以上。

利用沖擊脈沖計可以得到?jīng)_擊脈沖的最大值dBm和地毯值dBc。根據(jù)dBm值和dBm與dBc的差值判斷軸承的技術(shù)狀態(tài)。

從2008年下半年至2009年上半年，技術(shù)人員利用沖擊脈沖計對前左主機(jī)推力軸承進(jìn)行了軸承跟蹤監(jiān)測。表1是歸一化沖擊脈沖值，測試工況為軸轉(zhuǎn)速650r／min，測試方向?yàn)檩S向，初始脈沖值dBi為16dB。

從測試的沖擊脈沖數(shù)據(jù)看，最大值＞45dB，且與dBm與dBc的差值較大，說明軸承已經(jīng)嚴(yán)重?fù)p傷。根據(jù)滾動軸承的振動故障特征分析，從表2可以清楚地看到，主推力軸承存在著典型的故障特征頻率。按上述公式計算，得出頻率93.75 Hz為軸承內(nèi)圈損傷時的特征頻率，而81.25 Hz、106.25 Hz為93.75 Hz頻率的邊頻。同時還伴有二階186.25 Hz、三階280 Hz等諧波及邊頻頻率，三階的有效值高達(dá)36.77m ／s2。

經(jīng)以上分析表明，主推力軸承內(nèi)圈疲勞點(diǎn)蝕故障特征明顯，軸承損傷嚴(yán)重，建議拆檢修理。從拆檢情況看，與監(jiān)測分析結(jié)果相同，推力軸承正車兩道內(nèi)圈和保持架表層剝落嚴(yán)重，滾珠過度磨損。若繼續(xù)使用將發(fā)生機(jī)械事故，不僅會造成很大的經(jīng)濟(jì)損失，而且影響艦艇的在航率和戰(zhàn)斗力。

表1 推力軸承沖擊脈沖測試數(shù)據(jù)表 dB

表2 推力軸承振動數(shù)據(jù)表

表3 油樣光譜分析及鐵譜分析數(shù)據(jù)表

二、潤滑油液分析

由于推力軸承的潤滑是主機(jī)潤滑系統(tǒng)的一個分支，所以推力軸承的潤滑油在通過摩擦副后進(jìn)入主機(jī)的循環(huán)油柜，而取樣部位是在油泵出油管路上，所以采集的油樣中包含的信息比較豐富，即有主機(jī)的又有推力軸承的，這為定位磨損部位帶來了一定難度。但是，通過與振動測試相結(jié)合，就可以增加綜合診斷的準(zhǔn)確性。

油樣光譜分析及鐵譜分析數(shù)據(jù)見表3。從表中鐵譜分析結(jié)果可見，在該主機(jī)滑油監(jiān)測初期發(fā)現(xiàn)了球形磨粒，而球形磨粒正是滾動摩擦導(dǎo)致的最典型磨粒。隨著磨損的加劇，當(dāng)滾珠表面呈現(xiàn)出點(diǎn)蝕剝落，這時球形磨粒就比較少了，代之形成的是大量的塊狀疲勞剝落磨粒，在后期的多個油樣中均發(fā)現(xiàn)了大尺寸的塊狀磨粒。

三、實(shí)際驗(yàn)證情況

在測試過程結(jié)束后，修理部門根據(jù)測試結(jié)果對前左主機(jī)推力軸承進(jìn)行了拆檢，發(fā)現(xiàn)推力軸承正車兩道內(nèi)圈和保持架表層剝落嚴(yán)重，滾珠磨損嚴(yán)重，符合監(jiān)測診斷的結(jié)果。在更換相關(guān)部件及潤滑油隨后的監(jiān)測中，振動監(jiān)測及油液分析結(jié)果正常，主機(jī)故障狀況消失，運(yùn)行良好。

[1]陳長征，胡立新，周勃，費(fèi)朝陽.設(shè)備振動分析與故障診斷技術(shù) [M].北京：科學(xué)出版社，2007.

[2]韓捷，張瑞林.旋轉(zhuǎn)機(jī)械故障機(jī)理及診斷技術(shù) [M].北京：機(jī)械工業(yè)出版社，1997.

[3]毛美娟，朱子新，王峰.機(jī)械裝備油液監(jiān)控技術(shù)與應(yīng)用[M].北京：國防工業(yè)出版社，2006.

[4]楊其明.磨粒分析——磨粒圖譜與鐵譜技術(shù) [M].北京：中國鐵道出版社，2002.

[5]張梅軍.機(jī)械狀態(tài)檢測與故障診斷 [M].北京：國防工業(yè)出版社，2008.