干熄焦提升機減速機故障診斷與管理

喬玉華，張鎖方，牟作云，韓瞧，李丹，劉成海

（1.遼寧冶金職業技術學院機電工程系，遼寧本溪117000；2.本鋼焦化廠，遼寧本溪117021）

干熄焦提升機減速機故障診斷與管理

喬玉華1，張鎖方2，牟作云1，韓瞧1，李丹1，劉成海1

（1.遼寧冶金職業技術學院機電工程系，遼寧本溪117000；2.本鋼焦化廠，遼寧本溪117021）

提升機是干熄焦裝焦系統獨有及關鍵的工藝設備，其特點是負載大，啟停機頻繁，工況不平穩，以及減速機減速比較大，結構復雜。通過應用設備狀態監測與故障診斷技術，不僅能及早發現設備故障，確保正常運轉，對維持正常生產、降低維修成本、提高企業經濟效益等，也具有深遠意義。

提升機；減速機；狀態檢測；故障診斷

0 前言

干熄焦提升機是把需要干熄的紅焦運送到干洗槽的專用設備，是由微機控制、嚴格按程序運行、精準定位、自動抓取（提起）、放下（松鉤、脫鉤）的一種特殊結構、特定功能的全自動室外鉗取式橋式吊車，是干熄焦獨有、專用的關鍵設備。提升機的工作特點是啟停頻繁、工況不穩定、負載大，減速機需要承受較大的負荷。減速機一旦出現故障，就可致使煉焦系統癱瘓，造成非計劃停機，給企業造成巨大的經濟損失。

1提升機減速機的結構

本鋼焦化廠提升機是由2臺功率相同的電機驅動，電機功率為375 kW；額定轉速為744 r/min。減速機輸出扭矩2×178 kN·m，工作級別8級，單電機傳動轉速比93.375，雙電機傳動轉速比46.688。

減速機為5級減速，可實現較高的傳動比和承受較大的轉矩。1#電機帶動第一級齒輪與行星包大齒圈外齒嚙合，與2#電機帶動的太陽輪形成差動行星齒輪傳動輪系。行星輪公轉轉速為第二級輸出轉速，然后經過3次減速，輸出轉軸驅動卷揚滾筒。第二級的行星輪系，不但有行星輪系的優點，還可實現變傳動比等功能，可實現93.375/46.688的2擋不同傳動比的切換。實現方式是：當2臺電機都在運轉時，此時的行星輪系為差動行星輪，減速機的傳動比為46.688；當1#電機和2#電機任何一臺運轉時，減速機的傳動比為93.375。減速機結構簡圖見圖1。

2 提升機減速機特征頻率

在2臺電機同時工作情況下，通過計算得出焦化廠提升機減速機各軸轉頻及嚙合頻率。

圖1 減速機結構簡圖

電機輸入轉數為n＝744 r/min；

1軸的回轉頻率：f1＝744/60＝12.364 Hz；

1，2軸的嚙合頻率：f1.2=f1×Z1＝12.364×32＝395.663 Hz；

內齒輪回轉頻率：f內＝f1×Z1/Z2＝12.36×32/112＝3.533 Hz；

太陽輪回轉頻率：f太＝744/60＝12.364Hz；

行星架回轉頻率：fH＝（f太×Z4＋f內×Z3）/（Z4+Z3）＝（12.364×20+ 3.533×70）/（20+70）＝5.495 Hz；

行星輪系嚙合頻率：（f太-fH）×Z4＝（fH-f內）×Z3＝137.383 Hz；

2軸輸出轉頻：f2＝5.495 Hz；

2，3軸嚙合頻率：f2.3＝f2×Z7＝5.495×75＝412.149 Hz；

3軸回轉頻率：f3＝f2×Z6/Z7＝5.495 Hz；

3，4軸嚙合頻率：f3.4＝f3×Z8＝5.495×20＝109.906 Hz；

4軸回轉頻率：f4＝f3×Z8/Z9＝5.495×20/81＝1.357 Hz；

4，5軸嚙合頻率：f4.5=f4×Z10＝1.357×18＝24.424 Hz；

5軸（輸出軸）回轉頻率：f5＝f4×Z10/Z11＝1.357×18/92＝0.265 Hz；

減速機傳動比：12.364/0.265＝46.688。

減速機齒輪齒數、各軸回轉頻率及齒輪嚙合頻率，表1。

表1 各軸齒輪齒數、各軸回轉頻率、嚙合頻率

3軸軸承為skf22230C雙列調心滾子軸承，球面滾道，外徑270 mm，內徑150 mm，厚度73 mm，19個滾動體，保持架為N黃銅實體。3軸轉頻為5.4953 Hz，軸承各零件特征頻率，表2。

表2 skf 22230C軸承各零件特征頻率Hz

3 提升機減速機狀態監測與故障診斷

3.1 測點選擇及采集方法

提升機的工作特點是啟停車頻繁、變轉速和變載荷。一個工作周期要經歷低速負載提升、高速負載提升、機架平移、低速負載下降、低速空載提升和高速空載下降6種工況。提升機在高速提升狀況時，齒輪傳動所承受的力矩最大，振動也最大，故障信號表現最明顯，所以選擇提升機在高速提升狀況時測試數據。為了保證數據的可比性，每一個測點數據都要在此工況下采集。測點選擇在各軸的兩端軸承座上，每個測點要測試垂直V，水平H和軸向A的3個方向上的振動值，測試參數選擇位移、速度、加速度值。測試傳感器是加速度傳感器，磁座連接。采用總值趨勢和長時域波形等方法監測減速機。

3.2 分析過程

2014年7月以前對提升機減速機進行狀態監測，沒有發現異常，機組運行情況良好。從7月開始，3軸2#電機側測點監測特征發生變化，該測點顯示了3軸2#電機側軸承內圈及外圈特征。隨著設備的運行，劣化較為緩慢，在9月中旬該測點加速度及位移信號趨勢出現變化，但是主要能量還是集中在嚙合頻率，軸承內圈的特征逐漸被外圈特征掩蓋。

（1）總值趨勢。通過總值趨勢的變化圖可以觀察設備振動的瞬息變化過程，便于現場分析設備振動的變化過程。通過總值的變化情況，來判斷設備的運行狀況。從3軸2#電機側3V 16 K加速度（2～10 K）總值趨勢與峭度趨勢上看，總值趨勢并沒有明顯的變化，峭度趨勢有所上升。

（2）長時域波形。長時域波形方法適用于設備的瞬態過程的數據采集。它具有很強的時域信號的采集能力，具有較高的分辨率。長時域波形功能，可以把減速機的一個工作周期的數據采集下來進行詳細的回放分析。用長時域波形記錄的數據進行時域波形分析、頻譜分析和包絡分析，并進行精密診斷，判斷減速機運行狀態和進行故障診斷。2014年8月1日采集了3軸2#電機側長波形頻譜、包絡解調圖譜、時域波形，其中長波形頻譜顯示軸承內圈特征并不明顯；但是在包絡解調圖中發現軸承內圈特征明顯，且帶有轉頻邊帶；時域波形圖中同樣也出現了轉頻周期的沖擊及小間隔沖擊的內圈特征頻率。9月19日同樣采集的3軸2#電機側長波形頻譜、包絡解調圖譜、時域波形，其中長波形頻譜顯示軸承22230明顯的外圈特征44.751 Hz，已經掩蓋了該軸承的內圈特征；解調出現了軸承外圈特征頻率及其諧波為主導的信號，且帶有2.3 Hz的轉頻邊帶，即該軸承的保持架特征；波形中出現明顯、凌亂的沖擊，來源于軸承的外圈及內圈缺陷。

3.3 診斷結論

通過精密分析、診斷確定干熄焦提升機減速機3軸2#電機側軸承內外圈嚴重剝落。建議本鋼焦化廠焦二車間盡快更換3軸2#電機側22230C軸承。

檢修驗證：2015年10月對該減速機進行檢修，更換了減速機3軸2#電機側軸承，對故障軸承進行拆解驗證，發現軸承內外圈均有大面積剝落，與故障診斷結果完全一致。故障軸承實物圖片，圖2。軸承內外圈剝落圖片，圖3。

4 結束語

圖2 故障軸承實物圖片

圖3 軸承內外圈剝落圖片

干熄焦提升機減速機由于工況的特殊性，對其進行狀態監測及故障診斷存在很多的困難，從采集總值趨勢和長時域波形的監測方法入手，通過總值趨勢中的最大振動值判斷設備是否正常；通過長時域波形完整記錄減速機各工況下的數據，然后在通過時域波形、頻譜、包絡解調等分析方式進行精密診斷，盡早地發現行減速機的故障，確保了提升機減速機的正常運轉，對企業維持正常生產、降低維修成本、提高企業的經濟效益具有深遠意義。

［1］柴鵬飛.機械設計基礎2版[M].北京：機械工業出版社，2014，8.

［2］楊國安.齒輪故障診斷實用技術1版[M].北京:中國石化出版社，2012，2.

〔編輯王永洲〕

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10.16621/j.cnki.issn1001-0599.2016.12.04