高線軋機軸承振動在線監測與故障診斷分析

夏冬梅

（佛山職業技術學院，佛山 528000）

圖1 在線監測系統結構圈

高線軋機設備具有運轉速度高、載荷變化頻繁、所軋制軋件溫度低的特點，設備的主要故障是主傳動設備的軸承、齒輪失效，占總設備故障時間的50%以上。而主傳動設備（包括預精軋機、精軋機、夾送輥和吐絲機等）是生產線中的關鍵精密設備，如果出現故障將造成整個生產線的產量減少或停機，維修處理時間長，維修費用昂貴。據不完全統計，機械設備故障有超過70%是振動故障，以軸承振動引起失效最為普遍。因此，對高線軋機的檢測重心應該放在軸承故障信號的監測與分析方面。下面通過對韶鋼煉軋廠高線軋機設備狀態監測和技術創新，開展軸承振動在線監測與故障診斷分析，并提出處理方法和改進方案。

1 系統介紹

在線振動監測系統主要分為三大部分：在線計算機，現場檢測單元和振動傳感器。主要的檢測對象為精軋機、減定徑機和吐絲機等（見圖1）。

在每個齒輪箱位設置兩個監測點，并安裝2個加速度傳感器，主要對加速度、速度和包絡值進行檢測。通過傳感器采集軋制過程中的軸承振動信號，現場檢測單元對數據進行提取、優化，再傳遞給在線診斷軟件分析，實現動態化監控。

2 應用實例

2.1 預精軋機齒輪箱軸承故障診斷及處理

2.1.1 故障現象及分析

現象：發現部分精軋機齒輪箱在輸入軸監測點的振動數值超過系統設置的報警值。分析：研究其頻譜圖，在軸承內圈連續滾動、而外圈處于靜止狀態時，對圓錐滾子軸承的故障頻率特征進行計算，得到外圈故障頻率數值：BPFO=16.10×14.1161=227.26Hz。結論：該軸承外圈發生的故障頻率1、2、3倍的頻振幅數值均超過1個，由此斷定該軸承外圈發生損壞。

2.1.2 故障處理及改進

處理：利用機械設備大修，對齒輪箱進行解體，發現圓錐滾子軸承外圈內滾道表面有嚴重壓痕。更換軸承，輸入軸包絡信號后，振動總數值有所下降。

改進：該軸承故障主要是由于交流變頻電機引起軸承過電流現象，使軸承發生電蝕。因此，采取如下措施：在電機軸內安裝接地碳刷，及時清掃粉塵；在變頻器處，增加信號濾波，提高信號分辨能力；電機軸承使用專業軸承，實現對電流進行隔斷。

2.2 減定徑機變速箱軸承故障診斷及處理

減定徑機變速箱主要分為四個箱體，用ABCD代替。具有20組的離合器裝置，能夠有效實現轉速變化，并傳遞齒輪中間安裝有支撐軸承。

2.2.1 故障現象及分析

現象：當低于要求溫度時，減定徑機A箱會發生異常振動，并在短時間內速度提升較快。分析：頻譜圖顯示峰值為71.9Hz，且存在諧波，需要對軋制φ13規格A箱4檔齒輪內軸承6034 C3進行計算驗證。A箱輸入軸和過橋軸之間設置有一級螺旋傘齒輪增速，其速比i0=26/33；過橋軸和輸出軸之間存在4個檔位，分別為i1=78/19，i2=69/27，i3=72/45，i4=65/65；當軋制φ13規格電機轉動速度為829.1r/min，換2檔之后，2檔齒輪內軸承內外圈同向轉動無速度差，換4擋后，內軸承內外圈同向旋轉存在一定速度差。軸承（SKF）滾動體直徑為26.988mm，節圓直徑為215mm，滾動體數量為15，接觸角α=0°。

6034軸承轉動頻率：

R=內圈轉動頻率-外圈轉動頻率

結論：該軸承外圈發生故障頻率1、2、3、4倍的頻振幅數值均超過0.6mm/s。由此斷定，該軸承外圈發生損壞。此時，必須立即停止工作，進行全面檢修。

2.2.2 故障處理及改進

處理：對減定徑機組進行構件解體后發現，軸承6034 C3外圈內滾道具有嚴重磨損現象。對軸承進行檢修、更換，設備的振動總數值有所下降，此時頻譜圖中軸承6034 C3的外圈故障頻率消失，僅僅存在傘齒障合頻率。

改進：針對此軸承的運行特點進行分析，改進設計方案和完善設計圖紙，已獲得技術部門認可，改進措施如下。

第一，對于低速轉動或者承受較大沖擊力的軸承，軸承壽命可按額定靜荷載來進行計算，即S0=C0/P0。將原檔位齒輪內2列的軸承更換為2列圓錐滾子軸承，能夠有效提高軸承的額定靜載荷和軸向的承載能力。例如：將A箱4檔齒輪內6034 C3軸承更換為32034X軸承，額定靜荷載數值增加為915kN。同時，對軸承施加軸向力，可減少軸承安裝后的縫隙，大大提高軸承剛性，避免出現錘擊或輕載時發生滑移現象。

第二，借助SKF NoWear（永不磨損）技術，在圓錐滾子軸承滾動體和內外圈滾道接觸面上，噴涂具有低摩擦系數的陶瓷涂層，可有效提高滾動體到接觸面的硬度，避免出現軸承表面粘著磨損現象。

3 結論

雖然高線軋機分布范圍廣、實際現場工況不同，但又表現出類似的工作狀態規律，因此，將在線監測系統的信號分析、故障診斷理論和實際情況進行結合，通過遠程診斷中心的數據共享，實現設備維護人員、專業設備廠家和專家的多方會診，針對高線軋機異常狀況，能夠有效對分析并解決早期出現的部件缺陷或突發情況，避免出現重大意外事故，從而獲得更好的經濟效益。

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