棒線材軋機齒輪箱故障診斷技術

◎黃引團　糾永杰

棒線材軋機齒輪箱故障診斷技術

◎黃引團1糾永杰2

在棒線材軋機中，齒輪箱是主要設備之一，由于需要連續工作，外加工況較為惡劣，極有可能出現故障。而本文的研究除可減小設備維修費用外，還可改善產品質量、增強其市場競爭力，具有重大意義。本文將重點探討軋機齒輪箱的故障診斷技術，希望可為實際使用提供幫助。

傳統功率譜剖析等方法，雖然得到了顯著提高與全面發展，但因齒輪箱自身結構較為繁瑣，存在多種干擾，在故障隱患展現的微沖擊信號方面面臨提取困難。另外，部分企業圍繞齒輪箱裝設了監測系統，但并不存在診斷功能，如果發現異常，無法有效解決。基于此，亟待加強故障診斷方面的探索。

齒輪箱的常規故障診斷技術與方法

雙特征剖析法。機械故障診斷通常是明確機械零件的具體失效程度，僅僅觀察信號自身平穩沖擊性功率特性便可，其中前者為正弦和近似正弦信號、某些不足產生沖擊的一種隨機信號，該信號在基本譜圖中展現為各個頻率的棒線，但后者能夠完整展現于共振解調譜圖中，同時，利用和零件特征頻率一樣的棒線來展示；隨機沖擊則通過全頻雜亂譜線族進行呈現。而雙特征剖析法則是依托基本的傅立葉譜圖對平穩故障信號屬性展開剖析，依托共振解調傅立葉譜圖對沖擊故障信號屬性展開剖析。

一對嚙合齒輪包含三個特性頻率，具體為兩個齒輪對應的軸頻率與共有嚙合頻率，其中前者代表長周期公差反復出現的頻率。對于長周期公差，主要包含周節積累誤差與基圓偏心等多種，對于短周期故障一般包含個別齒存在損傷、局部存在損傷等情形。而嚙合頻率除能代表嚙合齒輪對應短周期誤差外，還能夠展現長周期誤差，在齒輪診斷環節一定要綜合思量長、短周期這兩個故障。

矩陣判別排除法。對現場機械而言，其故障診斷通常是參照故障征兆信息研究故障引發因素，機械故障通常是多因多果，簡單來說，一種征兆可呈現多種故障，而一種故障可產生多種征兆，原有的推理機制與智能診斷系統存在出入。

在具體的故障分析環節，通過矩陣規則完善判別工作，依托結果尋找原因是常用的過濾法，若不清楚結果，那么任何征兆參數均存在可能；若掌握某些征兆信息，利用矩陣規則判別能夠確定其因類，同時，可依照果類獲得某種因，所掌握的征兆參數和確定的因呈現負相關，越認清征兆參數，則便越有可能確定唯一的原因。

把能產生果的所有因都列至判別篩選的范疇，若確定征兆信息可靠，矩陣規則合理，通常能夠獲得滿意結果。在征兆認識不多的條件下也可過濾掉某些因，以此來縮小排查范圍。

在據果索因環節，橫列出所有的因，并在矩陣左行展現規則，在診斷過程，果為核心內容，利用征兆在橫列圍繞各因實施判別，具體包含是、否和無法確認這三種情形，面向各個因進行打分，若為0便舍掉，若為1便提出。經由此進行過濾排查可明確概率較大的因。對于棒線材軋機，其齒輪箱故障主要具有下述診斷原則，具體見表1。

利用齒輪故障能夠過濾掉軸部件不平衡幾率，借助軸承讓架故障能夠區別開剩余故障。

整合雙特征的該方法對應的推理方式見圖1。其中主導征兆1選取矩陣判別過濾法，進而將其與剩余征兆區進行區別，最大的差異是面向主導征兆1開展深入診斷時，整合雙特征剖析法，具體來說指面向信號自身的沖擊及平穩屬性一起開展判斷工作，若僅僅存在平穩故障信號屬性，便是因1；若僅僅存在沖擊故障信號屬性，便是因2；若存在上述兩種屬性，便是因3。

共振調節技術。旨在通過共振解調技術明確機械設備發生故障隱患時對應的微沖擊，借助加速度傳感器對機械設備振動進行檢測得到軸承與齒輪等由于故障形成的微沖擊內容。沖擊信號存在限次不計的諧波脈沖，且高頻分量較為豐富，借助該特性，通過高頻諧振器過濾掉信號中無法有效辨識的低頻信息，得到信號內部因碰撞沖擊形成的高頻成分，從諧振器變換至共振波形，然后從解調電路變換到低頻信號，進而能夠從幅值與頻率出發對高信噪比進行診斷。

工程應用

特征頻率提取。借助自主研發提出的共振解調板針對棒線材軋機齒輪箱構建出監測系統，同時，配備于安鋼一軋260機組中，經由實測數據探索，及早找到了軸承隱患，并進行診斷分析。

特征頻率研究。研究故障頻率發現，滿足軸承3536滾動體這一故障特征頻率，符合相應諧波。

對于沒有進行共振解調操作的所有振動頻譜研究數據中，只有軸承3536滾動體內部的113.281Hz不能有效指向外，剩余諧波均存在對應值。

最終結論。分析軸承滾動體代表性故障特征和軸承滾動體基本故障頻率結構可知，因解調譜與振動譜均存在35636滾珠故障這一特征頻率，參照雙特征判斷法能夠明確該軸承發生損壞，同時，因相應元件磨損及間隙增大，所以，可知軸承出現了松動。

綜上可知，本文研究出基于共振解調技術形成的數學模型，同時，計算出了對應的脈沖響應，促進了實際應用；經由反復實驗和大量數據找到21次故障隱患，并在該基礎總結得到齒輪箱常規故障診斷的基本規律；將雙特征剖析與矩陣判別過濾法進行整合再推理，為故障診斷結果提供了有效的保障；為全面改善診斷情況，推動功能開發，將神經網絡與專家系統進行整合。

在現實生活中旨在通過齒輪機的基本診斷來改善診斷質量，以免因漏診而引發突發故障問題，增加實踐積累，優化診斷知識，促進疑難雜癥的有效解決。經由多年探索，齒輪故障實現了長遠發展，涌現出了多種新技術和新方法，原頻譜分析逐步完善。但上述技術與方法均存在優缺點，我們應揚長避短，有效運用。

（作者單位：1鋼集團西安重機有限公司；2西安法士特汽車傳動有限公司）