擠壓機在線監(jiān)測與故障診斷應(yīng)用分析

陶軍，呂嘉琪

（新疆克拉瑪依市獨山子石化乙烯廠，新疆 克拉瑪依 6834003）

目前國內(nèi)各領(lǐng)域旋轉(zhuǎn)設(shè)備的狀態(tài)監(jiān)測與故障診斷技術(shù)的應(yīng)用已較為普及，由于擠壓機屬于低速、重載、變速的特殊性，國內(nèi)在擠壓機的狀態(tài)監(jiān)測與故障診斷技術(shù)存在一定的難度。隨著科技的發(fā)展，技術(shù)理論研究、監(jiān)測軟硬件的開發(fā)與應(yīng)用，在國外已經(jīng)取得突破性進展。2014 年獨山子石化公司乙烯廠安裝了瑞典SPM 第一臺擠壓機在線監(jiān)測系統(tǒng)開始，隨后陸續(xù)安裝5 臺擠壓機在線檢測系統(tǒng)，從此展開了擠壓機在線監(jiān)測工作。

1 擠壓機狀態(tài)監(jiān)測與故障診斷原理

化工擠壓機結(jié)構(gòu)復(fù)雜、軸承、齒輪、等關(guān)鍵部件較多，運行中的擠壓機屬于低速、變載、重載、干擾信號較多且工況環(huán)境復(fù)雜，獲取有效信號及處理難度較大，如果采用常規(guī)的振動頻譜分析的手段，頻譜圖上將呈現(xiàn)連續(xù)而密集的寬帶譜線，故障特征信息往往被背景噪聲所湮沒，容易引起誤判或者漏判，很難起到想要的效果。

引進SPM 擠壓機的故障分析技術(shù)，不再局限于振動分析作為唯一的測試手段，不再以常規(guī)的基于直角坐標系振幅的高低作為判斷齒輪故障的依據(jù)，而是建立在以高清沖擊脈沖信號的基礎(chǔ)上，專門針對軸承的早期故障進行分析，分別以HDm/HDc 表示軸承的損傷程度和潤滑狀態(tài)。通過數(shù)據(jù)處理單元對沖擊脈沖信號，加以轉(zhuǎn)速波動處理，征兆增強功能，過濾干擾信號，突出有用信號，從而使故障診斷提前3-6 個月。

SPM 在齒輪箱故障診斷方面，采用高清包絡(luò)技術(shù)，同時結(jié)合時間同步平均、虛擬轉(zhuǎn)速等技術(shù)特點，對信號進行時域分析的圓坐標技術(shù)，圓坐標系在采樣時，采用轉(zhuǎn)速傳感器來進行采集相位界定，每轉(zhuǎn)一圈，采集一次完整信號，并將每轉(zhuǎn)時間和對應(yīng)的轉(zhuǎn)動角度聯(lián)系起來，形成一一對應(yīng)關(guān)系，將直角坐標圖形轉(zhuǎn)變?yōu)閳A坐標圖形。完全減少了常規(guī)的大量數(shù)據(jù)的計算，這樣將對齒輪箱的故障診斷變得直觀、簡單。

2 監(jiān)測系統(tǒng)的組成

監(jiān)測系統(tǒng)是瑞典SPM 公司生產(chǎn)INS10 系統(tǒng)，由INS10監(jiān)測硬件和RUBY 分析軟件2 部分組成。INS10 主要由數(shù)據(jù)采集單元、雙T 傳感器、相位探頭、相位連接線等組成。采集單元通道可以連接振動、沖擊脈沖、轉(zhuǎn)速、溫度傳感器等進行數(shù)據(jù)采集和傳輸。

3 測點的布置

3.1 沖擊脈沖傳感器

在主減速箱3 號軸徑向軸承端、4 號軸止推軸承端分別安裝沖擊脈沖42000 傳感器。用于時時檢測此處軸承的運行狀態(tài)及潤滑狀態(tài);故障預(yù)防及合理運維。如圖一。

圖1 內(nèi)置沖擊脈沖傳感器

3.2 雙T 傳感器

雙T 傳感器SLC144B 是SPM 研發(fā)的雙用途傳感器，可以同時采集沖擊脈沖信號也可以采集振動信號，安裝位置分別在主電機的驅(qū)動端和非驅(qū)動端軸承座上、主減速箱、齒輪泵的1#軸、2#軸、3#軸、4#軸的軸承端，同時采集軸承信號和軸及齒輪信號，雙T 傳感器最大優(yōu)勢，在于硬件很好的把軸承信號和其他振動信號區(qū)分開；更加有利于分析。

圖2 主減速箱雙T 傳感器測點布置

4 圓坐標技術(shù)應(yīng)用

圓坐標系在采樣時，采用轉(zhuǎn)速傳感器來進行采集相位界定，每轉(zhuǎn)一圈，采集一次完整信號，再轉(zhuǎn)一圈，再采集一次完整信號，并將每轉(zhuǎn)時間和對應(yīng)的轉(zhuǎn)動角度聯(lián)系起來，形成一一對應(yīng)關(guān)系，將直角坐標圖形轉(zhuǎn)變?yōu)閳A坐標圖形，如下圖所示。

圖3 常規(guī)振動頻譜和圓坐標的分析齒輪信息

5 主要的故障與判斷方法

擠壓機主要故障采用高清振動技術(shù)和沖擊脈沖技術(shù)相結(jié)合，在很大程度上實現(xiàn)了信號的區(qū)分和抗干擾能力，使故障變得更加清晰、更加準確，并且實現(xiàn)量化故障程度。

5.1 軸承故障

軸承故障大部分是由多種外因引起的疲勞、磨損、塑性變形、保持架損壞以及膠合等；同時由于自身的安裝不正、潤滑不良、品質(zhì)差、磨損等導(dǎo)致的軸承失效。

軸承故障的早期信號,振動頻率一般在20KHz-60KHz的范圍,隨著軸承故障的發(fā)展和劣化增大,信號頻率范圍也隨之發(fā)生變化,特征頻率在 500Hz-10KHz 范圍 ,這個發(fā)展變化過程中普通振動信號通常難于發(fā)現(xiàn)!

沖擊脈沖（SPMHD）技術(shù),可以在20-60KHz 的范圍內(nèi),及時發(fā)現(xiàn)軸承信息,并可以利用SPMHD 技術(shù)的HDm/HDc ,發(fā)現(xiàn)潤滑狀態(tài)及軸承的早期故障狀態(tài).其中HDm 代表軸承的故障程度值，HDC 表示軸承的潤滑狀態(tài)值。

5.2 齒輪故障

齒輪箱的常見零部件故障,齒面磨損、齒面擦傷、齒面接觸疲勞、斷齒、軸不平衡、不對中、彎曲已經(jīng)滾動軸承故障等。

采用TSA 時間同步平均技術(shù)，將齒輪的嚙合頻率和邊帶，提高信噪比，讓齒輪的有用信息更加清晰，讓干擾信號減弱。引入轉(zhuǎn)頻追蹤技術(shù)時時跟蹤轉(zhuǎn)速變化，虛擬轉(zhuǎn)速測試技術(shù)，使得齒輪箱每個齒輪和每根軸都可以得到清晰分析結(jié)果，解決了有些變速箱內(nèi)部，齒輪轉(zhuǎn)速難以測量的問題；在信號弱和低能量的情況下。加入了增益調(diào)整功能，提高了信噪比，確保齒輪的嚙合信息得到加強，和齒輪嚙合無關(guān)的信號得到抑制。

6 軸承與齒輪故障案例分析

圖4

全密度2 線擠壓機30VE73504 點HDc 值波動比較大：從下圖中可以得出以下3 點：

（1）HDm 值波動范圍越來越大；

（2）HDm 值增大的速度越來越快；

（3）前期HDc 值波動較小，之后波動增大。

30VE73504 點的軸承已出現(xiàn)故障。

圖5 輸入軸30VE73504 點頻譜圖

從圖中頻譜可以看出當(dāng)輸入軸30VE73504 點報警時，其頻譜圖的主要特征率是軸承滾動體的故障頻率。說明輸入軸輸入端軸承的滾動體已出現(xiàn)故障。

圖6

12 月4 日輸入軸30VE73504 點HDm 值出現(xiàn)最大值40后，對主減速箱進行頻譜分析，圖中顯示主減速箱振動加速度在50~80 m/s2 波動，最大值超過了80m/s2。與主要齒輪磨損征兆相吻合,圓坐標圖直接顯示齒輪有磨損情況。12 月8 日建議停機檢查,對齒輪進行了外觀檢查，發(fā)現(xiàn)高速齒嚙合接觸面不均勻。

圖7

圖中齒輪高亮處是兩齒輪嚙合接觸面，看出輸出軸高速齒右端接觸面積明顯變小，說明高速齒支撐軸承滾動體、滾道發(fā)生故障從而導(dǎo)致軸承游隙變大，因此產(chǎn)生如圖這種現(xiàn)象。

高速齒輪支撐軸承滾動體沿滾動體軸向方向發(fā)現(xiàn)了磨損、銹蝕狀況，原因是高速檔長期運行，高速齒輪支撐軸承各部位沒有相對轉(zhuǎn)動，在齒輪嚙合的高頻沖擊下，軸承滾動體、滾道發(fā)生磨損、點蝕。此次狀態(tài)監(jiān)測優(yōu)質(zhì)高效完成故障發(fā)現(xiàn)、判斷、處理，積極配合生產(chǎn)車間快速準確地消除擠壓機的隱患。