減速器故障監測與診斷

李 健

（大慶石化公司設備維修中心，黑龍江大慶 163714）

0 引言

減速器是一種由封閉在剛性殼體內的齒輪傳動、蝸桿傳動、齒輪—蝸桿傳動所組成的獨立部件，常用作原動件與工作之間的減速傳動裝置。減速器在石油化工企業廣泛應用，主要用于低轉速大扭矩的轉動設備，將電機、內燃機或高速運轉的動力通過減速機輸入軸齒數少的齒輪嚙合輸出軸的大齒輪，來達到減速的目的，減速器是一種相對精密的機器。減速機在使用過程中頻繁啟動與停車，超負荷運行等原因，致使減速器易出現齒輪磨損甚至斷裂，軸承磨損損壞，軸承裂等情況，導致減速器在運行過程中存在嚴重的安全隱患對人身安全與財產安全產生威脅。據統計，齒輪箱故障中，由于設計、制造、裝備等原因引起的故障占40%，由于維護和操作不當引起的故障占43%，軸承故障或缺陷引起的故障占17%；裝備質量及其運行維護水平是關鍵問題，齒輪和軸承的實效比例最大，分別為60%和19%。因此，通過振動監測分析與診斷及時發現和排除減速器故障是十分必要的。

1 監測手段

（1）工具：法國01-db 振動分析儀。

（2）方法：通過現場巡檢發現軸承部位聲音異常，到現場核實故障情況并進行數據采集，利用頻譜分析故障原因。

（3）監測標準：ISO 10816-3。

2 故障現象描述

某廠低壓裝置減速器機組，由電機拖動齒輪箱，經減速后帶動螺桿工作。輸入轉速為1480 r/min，中間軸轉速為510 r/min，輸出轉速為185 r/min。其中輸入軸齒輪齒數為29 齒，中間軸齒輪齒數為21 齒，輸出軸齒輪齒數為58 齒。機組自安裝后運行一直處于平穩狀態，監測人員每月對機組進行定期監測，及時掌握機組運行的狀態，在某一次的監測過程中發現振動值出現小幅上漲且軸承部分聲音異常（圖1）。

圖1 機組測點分布

經測量，減速器各測點的振動分布為：最大點位于減速器3#點垂直（7.49 mm/s），其次為減速器4 點水平方向（4.97 mm/s）。通過頻譜分析顯示，振動頻率以嚙合頻率179.68 Hz 和720.31 Hz 為主，同時伴有嚙合頻率的二倍、三倍頻，伴有大量邊頻帶且出現179.92 Hz 的非同步轉速頻率及其諧波。

3 故障分析與診斷

3.1 振動數據及圖形

各測點的振動數據見表，由于結構原因5#點、6#點、9#點水平方向不具備監測條件。從表1 可知，3#點垂直方向和4#點水平振動值較大，相應的振動頻譜圖和時域波形圖見圖2～圖5。

表1 減速器各測點振動值 mm/s

圖2 3#點垂直方向振動頻譜圖

圖3 4#點水平方向振動頻譜圖

圖4 3#點垂直方向時域波形圖

圖5 4#點水平方向時域波形圖

3.2 故障分析

（1）從振動頻譜圖上觀察，3#點垂直方向和4#點水平振動值主要成分是嚙合頻率179.68 Hz 和720.31 Hz，同時伴隨嚙合頻率的二倍、三倍頻。因為齒輪箱的故障分析實質是對邊頻帶的辨識。一階嚙合頻率兩側均存在軸轉頻頻率，表明故障點在該轉速軸上。較高幅值的二倍嚙合頻率也表明存在兩軸中心線空間交叉型的不平行問題，齒輪型線改變。初判齒輪箱齒輪嚙合不良，溫度異常導致該機組3#點振動值增大。

（2）從時域波形圖上觀察有明顯的沖擊顯示，綜合頻譜認為減速器軸系存在一定程度的磨損現象，尤其是減速器嚙合頻率附近有較高幅值的邊頻顯示，說明齒輪箱存在偏心、游隙或軸不平行的可能，齒輪嚙合非正常狀態。

（3）軸承缺陷的振動信號能量一般小于齒輪和軸系故障，很容易被淹沒在其他信號之中，通過計算和細化提取，發現低頻段處有軸承外圈缺陷特征頻率（179.92 Hz），盡管幅值不高但正常的軸承不會出現此頻率，結合時域波形判斷軸承有劣化的可能。現場監測（VM63a）3#點垂直加速度低頻31 m/s2，加速度高頻101 m/s2，表明沖擊來自高頻段，應該是軸系機械故障。

（4）初判齒輪箱嚙合不良，滾動軸承失效。

4 驗證

機組停車檢修時，發現該減速器輸入軸軸承存在明顯磨損。檢修后更換了磨損的部件、齒輪找正等，并建議使用絕緣軸承。開車后對機組進行振動監測，各測點振動值均在正常范圍內，減速器運行狀態良好（圖6）。

圖6 減速器運行良好

通過以上維修，得到如下經驗：電機軸在旋轉過程中產生軸電壓，一般較小，但當量值達到足以擊穿軸承潤滑油膜時，瞬間在軸承、電機定子機座構成回路，并產生火花，一旦出現過電流現象，軸承在電流導通區域形成熔滴、破壞表面，造成失效（搓衣板狀）。

5 結束語

在大型石油、石化企業的生產過程中，運用設備狀態監測技術，確保轉動設備在平穩狀態下運行，已經成為生產中必不可少的一種技術手段，精確診斷、預知維修不僅可以為企業帶來可觀的經濟效益，并且可以降低安全生產事故發生率。因此，提高狀態監測工作水平，對于企業生產裝置安全平穩運行具有重要意義。