PMS巡檢系統(tǒng)在齒輪減速機中的應(yīng)用

左全坤，馬榜樣

（1.江西銅業(yè)集團公司 城門山銅礦，江西 九江 332100；2.江西銅業(yè)集團公司 貴溪冶煉廠，江西 貴溪 335424）

PMS巡檢系統(tǒng)在齒輪減速機中的應(yīng)用

左全坤1，馬榜樣2

（1.江西銅業(yè)集團公司 城門山銅礦，江西 九江 332100；2.江西銅業(yè)集團公司 貴溪冶煉廠，江西 貴溪 335424）

齒輪減速機是工業(yè)生產(chǎn)過程中的關(guān)鍵設(shè)備。文中介紹了通過利用PMS巡檢系統(tǒng)的軟、硬件對減速機運行狀態(tài)進行檢測、分析及診斷，成功地預(yù)測、預(yù)報設(shè)備的隱形故障部位和產(chǎn)生故障的原因，從而為排除機組的缺陷提供可靠依據(jù)的實際應(yīng)用。

減速機；振動時域；頻域；無量綱參數(shù)；歪度分析

1 引言

減速機設(shè)備是在銅冶煉生產(chǎn)過程中的關(guān)鍵傳動設(shè)備，它性能狀態(tài)直接影響到主生產(chǎn)能否正常運行，由于其在生產(chǎn)中的重要地位，因此對減速機進行運行狀態(tài)監(jiān)測、故障診斷顯得非常重要，為了有效開展這方面的工作，需要對以往出現(xiàn)的一些減速機故障征兆進行分析和解釋，據(jù)此建立一套機組點檢量化監(jiān)測和管理點。下面就以臥式減速B3SH07A和立式減速機KMPS 376為例，應(yīng)用HY-106C單通道數(shù)據(jù)采集器和PMS巡檢系統(tǒng)［1］，對其運行過程中所檢測得到的有關(guān)振動數(shù)據(jù)進行時域和頻域方面的分析。

2 應(yīng)用實例

2.1 臥式減速機的案例應(yīng)用

下面利用貴溪冶煉廠熔煉車間的一臺臥式減速機為案例，簡要介紹如何通過PMS巡檢系統(tǒng)來判斷它的工作狀況。

其設(shè)備簡圖和測點示意圖及已知基本參數(shù)如下：

圖1 設(shè)備傳動示意圖和測點示意圖

已知基本參數(shù)： 電機轉(zhuǎn)速1485rpm、轉(zhuǎn)頻24.8Hz；高速齒輪軸齒數(shù)21個，二級軸被動齒輪34個，二級主動軸齒輪齒數(shù)20個，三級軸被動齒輪82個，三級主動軸齒輪齒數(shù)18個，四級軸齒輪齒數(shù)69個。

轉(zhuǎn)動頻率分別是：一級軸24.8Hz，二級軸轉(zhuǎn)動頻率是15.3Hz，三級軸轉(zhuǎn)動頻率是3.7Hz，四級軸轉(zhuǎn)動頻率是0.97Hz。

齒輪副的嚙合頻率分別是：一級齒輪副嚙合頻率［2］是520.8Hz，二級齒輪副嚙合頻率是306.4Hz，三級齒輪副嚙合頻率是67.1Hz。

表1 SKF軸承頻率

我們從該機組上選擇8個測點，分別從三個方向（A、H、V）來檢測振動的速度（mm/s）有效值和加速度（m/s2）峰值及溫度值℃。通過對振動信號的采集和數(shù)據(jù)分析，我們發(fā)現(xiàn)其中一點有些特征頻率，并存在一些缺陷現(xiàn)象。首先、我們在齒輪減速箱體兩端軸承座采集的振動信號上發(fā)現(xiàn)有突出的212.5Hz的頻率成份及衰減的倍頻分量。

見圖2頻譜圖一：

貴溪冶煉廠熔煉車間精密點檢［3］B3SH07A3V速度。

運行轉(zhuǎn)速：1485Rpm；測量值：3.4mm/s；數(shù)據(jù)類型：頻譜圖；數(shù)據(jù)點數(shù)：1024；頻率帶寬：1000Hz。

圖2 頻譜圖（一）

結(jié)合實際情況電機（1485rpm約25Hz），高速軸軸承外圈頻率為214.9Hz，那么212.5Hz接近軸承外圈的頻率，由于分辨率為2.5Hz，可以確定該頻率為軸承外圈發(fā)出。進步說明該臺減速機的高速軸軸承的外圈存在劣化傾向，有可能是外圈內(nèi)部出現(xiàn)點蝕［4］。

其次，在電機的2#測點（負荷端），發(fā)現(xiàn)振動速度值軸向最大4.56mm/s，垂直方向3.07mm/s，次之，水平方向最小1.78mm/s。從三個方向的振動數(shù)值上比較看就有一種感覺該部位對中有問題？在現(xiàn)場結(jié)合時域波形和頻譜圖分析發(fā)現(xiàn)：軸向以電機的二倍轉(zhuǎn)頻分量突出且大于一倍轉(zhuǎn)頻分量，更加確認該點存有對中問題。那么造成機組對中不良的原因有安裝上的同心度誤差和基礎(chǔ)松動或剛性不足引起。再從垂直時域波形圖上則出現(xiàn)明顯的波形的正、負半周不對稱現(xiàn)象（歪度正值大、而負值小）。

見圖3頻譜圖二、圖4時域波形圖及各點參數(shù)：

貴溪冶煉廠廠熔煉車間精密點檢 B3SH07A2A速度。

運行轉(zhuǎn)速：1485Rpm；測量值：4.5618mm/s；數(shù)據(jù)類型：頻譜圖；數(shù)據(jù)點數(shù)：1024；頻率帶寬：1000Hz。

圖3 頻譜圖（二）

貴溪冶煉廠廠熔煉車間精密點檢 B3SH07A2A速度。

運行轉(zhuǎn)速：1485Rpm；測量值：3.0677mm/s；數(shù)據(jù)類型：時間波形；數(shù)據(jù)點數(shù)：1024；頻率帶寬：1000Hz。

圖4 時域波形圖及各個參數(shù)

這是一個典型的不對中故障，而且這種不對中是由于電機2#測點部位下的水泥基礎(chǔ)的剛性不良和松動所造成的。

驗證結(jié)果和實際情況：（1）更換該臺減速機后，減速機的振動時域波形［5］恢復(fù)正常，換下來的減速機解體檢查，發(fā)現(xiàn)高速軸軸承外圈有點蝕，軸承滾子內(nèi)圈也產(chǎn)生了點蝕。（2）重新對該臺設(shè)備進行了找中，對該臺設(shè)備基礎(chǔ)鋼結(jié)構(gòu)進行了加固，消除了該臺減速機在豎直方向上的振動。

2.2 立式減速機的案例應(yīng)用

下面以城門山銅礦選礦廠一臺KMPS376型立式減速機為例進一步說明PMS系統(tǒng)判斷故障的準(zhǔn)確性，該減速機運行開始振動值為0.43mm/s，運行2年后發(fā)現(xiàn)減速機的振動值明顯呈上升趨勢，減速機最大振動值達到1.6mm/s。利用定修時機，在設(shè)備現(xiàn)場對該減速機進行了檢測和檢查，情況如下：

①在正常運轉(zhuǎn)時，減速機各處軸承聲音正常，溫度正常，減速箱體開蓋檢查發(fā)現(xiàn)油池有鐵屑沉淀，濾芯上吸附著大量金屬粉末顆粒（如圖5所示）。

②對該臺立式減速機按監(jiān)測點布置圖6來布置監(jiān)測，逐點用HY-106巡檢儀采集頻譜圖。分析各測點頻譜圖，發(fā)現(xiàn)3H和4H測點的故障特征比較明顯。3H測點頻譜見圖7頻譜圖（三）所示。

圖5 金屬顆粒

圖6 測點示意圖

圖7 頻譜圖（三）

表2 相關(guān)頻率和幅值

輸入相關(guān)特征頻率時結(jié)果如下：輸入軸轉(zhuǎn)頻：15.5Hz，輸入軸齒輪嚙合頻率：293Hz，輸入軸軸承內(nèi)圈頻率：168.5Hz，輸入軸軸承外圈頻率：133.0Hz，由頻譜圖可以判斷，3H和4H分別對應(yīng)的2點為第2和第3峰值為1.38mm/s和1.36mm/s，正是軸承的內(nèi)圈頻率及其右邊頻，內(nèi)圈頻率的二倍頻及其左右邊頻非常嚴重，特別注意的是，所有邊頻的幅值非常突出，這種現(xiàn)象說明軸承的故障程度比較嚴重。結(jié)合第①種現(xiàn)象，可以判斷，該減速機輸入軸軸承內(nèi)圈存在較為嚴重的缺陷，減速機應(yīng)及時進行檢修。

③減速機維修及維修后運行情況。在一次大修期間，拆開減速機輸入軸，發(fā)現(xiàn)軸承內(nèi)圈及滾柱表面已發(fā)生嚴重的點蝕和剝落如圖8、圖9所示。

圖8 嚴重點蝕

圖9 嚴重剝落

在更換該減速機輸入軸軸承之后，磨機空載時減速機運行振動值為0.1 mm/s，滿載時振動值為0.55 mm/s，基本上與剛安裝投產(chǎn)時振動值接近，運行狀態(tài)良好，完全符合上述技術(shù)判斷。

3 結(jié)語

雖然僅通過一次振動檢測、信號分析，也使我們發(fā)現(xiàn)了2#點存在對中不良現(xiàn)象，而造成對中問題原因是該部位出現(xiàn)地腳“軟腳”。主要是根據(jù)振動值、頻譜和時域波形的不對稱來識別。

我們把傳感器垂直安裝好后，監(jiān)測過程中時域波形為正幅值表示受力是朝向傳感器方向的，為負幅值時表示受力是背離傳感器方向的。在監(jiān)測機座振動上方向的約束比較，如果正峰值較大，說明振動主要是朝著傳感器方向的（或者說是朝上的），表明這個方向上的約束較小，造成這種現(xiàn)象唯一解釋就是地腳螺栓松動。否則，表明機座內(nèi)部有空洞之類的缺陷，使得這個正峰值小而負峰值大（理論上我們希望看到的時域波形圖的歪度［6］是對稱的）。至于齒輪的嚙合頻率，我們應(yīng)該關(guān)注它的邊頻分量和其倍頻成分結(jié)構(gòu)的出現(xiàn)。按正常方式我們應(yīng)該是先知道齒輪的齒數(shù)來計算其嚙合頻率的。而反過來推算，關(guān)鍵是如何在頻譜圖上估計、判斷找到有可能是嚙合頻率的特征信號。

總之，通過兩種案例分析說明：通用旋轉(zhuǎn)機械設(shè)備，利用振動（信號）參數(shù)進行狀態(tài)監(jiān)測和故障診斷、分析是十分有效和可行的，PMS巡檢系統(tǒng)和106C單通道數(shù)采器也基本上能滿足現(xiàn)場設(shè)備管理的要求，但是在對振動檢測和分析，要合理的選擇振動參數(shù)和分析帶寬及頻率分辨率。

［1］樊睿， 邱明權(quán).礦帶式輸送機架空巡檢系統(tǒng)［J］.煤礦機械， 2015-2，36（2）：169-170.

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The PMS Inspection System Application of Gear Speed Reducer

ZUO Quan-kun1， MA Bang-yang2
（1.Chenmenshan Copper Mine， Jiangxi Copper Corporation， Jiujiang 332100， Jangxi， China； 2.Guixi Smelter， Jiangxi Copper Corporation， Guixi 335424， Jiangxi， China）

gear speed reducer is the key auxiliary equipment in the process of industrial production.Introduces the utilization hardware and software of PMS inspection system which could inspect， analysis and diagnosis the speed reducer in the running state；also could successfully forcast， pre-calculate the potential fault parts and failure reason， gave the reliable actual practice application for eliminating the design defects.

speed reducer；vibration time domain；frequency domain；dimensionless parameter incline degree analysis

TH132.41

B

1009-3842（2015）06-0073-04

2015-10-10

左全坤（1981-），男，安徽亳州人，工學(xué)學(xué)士，主要從事設(shè)備管理等方面的工作。E-mail：43971530@qq.com