劉本海　李鑫　孫高飛　邢增金

（青島特殊鋼鐵有限公司裝備部）

摘　要：通過(guò)幅域分析、時(shí)域分析、頻域分析、長(zhǎng)波形分析相結(jié)合的數(shù)據(jù)綜合診斷分析方法，對(duì)軋機(jī)設(shè)備低速重載的齒輪箱進(jìn)行狀態(tài)監(jiān)測(cè)及故障診斷分析。

關(guān)鍵詞：低速重載軸承；振動(dòng)頻譜分析；指標(biāo)分析；故障診斷

引言

在實(shí)際工作中的軋機(jī)減速機(jī)設(shè)備的低轉(zhuǎn)速軸承（＜150 r/min），故障沖擊的能量不大，初期缺陷產(chǎn)生的沖擊能量很小，而振動(dòng)（如不平衡、不對(duì)中、基礎(chǔ)松動(dòng)、齒輪嚙合等）所產(chǎn)生的振動(dòng)能量相對(duì)更 大，因此直接對(duì)其進(jìn)行通常的時(shí)域、頻域分析，很難鑒別出軸承的 故障特征信號(hào)。

本文通過(guò)系統(tǒng)地對(duì)低轉(zhuǎn)速軸承振動(dòng)信號(hào)進(jìn)行跟蹤分析，以及現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備的拆檢情況，建立起一套適用于公司軋機(jī)減速機(jī)低 速軸承的故障診斷方法：振動(dòng)頻譜的時(shí)域、頻域信號(hào)初步診斷，長(zhǎng)波形用來(lái)采集設(shè)備的異常沖擊，同時(shí)結(jié)合裕度指標(biāo)、脈沖指標(biāo)、峰值指標(biāo)等幅域分析，以及長(zhǎng)波形包絡(luò)解調(diào)分析數(shù)據(jù)的變化來(lái)監(jiān)測(cè)診斷軸承的運(yùn)行狀態(tài)。

1、故障診斷原理

1.1 振動(dòng)頻譜分析技術(shù)

機(jī)械振動(dòng)信號(hào)處理的基本方法有幅域分析、時(shí)域分析和頻域分析。頻域分析是確定信號(hào)的頻率結(jié)構(gòu)，即信號(hào)中包含哪些頻率成分，分析的結(jié)果是以頻率為自變量的各種物理量的譜線或曲線；信號(hào)波形是某種物理量隨時(shí)間變化的關(guān)系，信號(hào)在時(shí)間域內(nèi)的變換或統(tǒng)計(jì)分析稱為時(shí)域分析；在波形的幅值上，對(duì)波形的Z大Z小值、平均值、有效值等幅值的概率分布，稱為幅域分析。

（1）頻域分析方法。頻域分析技術(shù)就是對(duì)采集的振動(dòng)時(shí)域信號(hào)進(jìn)行快速傅里葉變換，把時(shí)域信號(hào)轉(zhuǎn)換為頻域信號(hào)，從而得到信號(hào)的頻率成分。頻域分析方法可以確定頻率的變化范圍，各頻率成分幅值的大小和能量大小，還可以依據(jù)設(shè)備的工頻，實(shí)現(xiàn)故障的判別。頻域分析方法是目前Z成熟、Z有效的故障診斷方法。 

（2）時(shí)域分析方法。根據(jù)振動(dòng)的時(shí)間順序，即數(shù)據(jù)產(chǎn)生的先 后順序，提取信號(hào)特征，查看是否存在周期性沖擊的方法。 

（3）幅域分析方法。信號(hào)的幅域分析也稱為統(tǒng)計(jì)特征分析，主要利用振動(dòng)信號(hào)的統(tǒng)計(jì)特征及頻率分布特征來(lái)進(jìn)行分析和診斷，應(yīng)用較廣泛的有均方根值、峰值指標(biāo)、峭度指標(biāo)、裕度指標(biāo) 等。幅域分析不考慮原始信號(hào)的時(shí)序，僅與信號(hào)的復(fù)制大小及分 布有關(guān)。

振動(dòng)頻譜分析技術(shù)主要是現(xiàn)場(chǎng)采集設(shè)備振動(dòng)信息，利用相關(guān)軟件對(duì)振動(dòng)信息進(jìn)行數(shù)字變換，提取與設(shè)備狀態(tài)有關(guān)的特征參數(shù)，從而對(duì)設(shè)備運(yùn)行狀態(tài)做出判斷。不同的分析方法是從不同的角度觀察、分析信號(hào)，使信號(hào)處理的結(jié)果更加利于故障分析與診斷。

1.2 幅域指標(biāo)分析技術(shù)

2、設(shè)備信息

設(shè)備名稱：高線 6# 軋機(jī)減速，設(shè)備結(jié)構(gòu)：四級(jí)傳動(dòng)減速機(jī)， 故障位置：第三軸被動(dòng)端軸承內(nèi)圈點(diǎn)蝕，軸承型號(hào)：23148FAG， 轉(zhuǎn)速：70.32 r/min，使用設(shè)備：榮知 802，傳感器：低頻 RH113，分析軟件：MOS3000。

3、檢修前后軸承各指標(biāo)情況分析

該軸承故障前，在時(shí)域圖、頻譜圖中均未發(fā)現(xiàn)明顯異常，主要頻率為二級(jí)齒輪嚙合頻率（114.8 Hz）及其諧波。多頻譜加速 度圖歷史數(shù)據(jù)從2018年5月-12月無(wú)明顯變化。各幅域指標(biāo)也在正常范圍內(nèi)，無(wú)明顯波動(dòng)。2019年1-3月，第三根軸被動(dòng)端軸承頻譜、時(shí)域均未發(fā)現(xiàn)軸承特征頻率，且速度值與加速度值均無(wú)明顯變化，但在幅域指標(biāo)分析中發(fā)現(xiàn)裕度指標(biāo)與脈沖指標(biāo)等均有明顯上升趨勢(shì)（表1）。

對(duì)此軸承采集長(zhǎng)波形進(jìn)行包絡(luò)解調(diào)分析，發(fā)現(xiàn)該軸承在空載時(shí)有周期性的沖擊。第三根軸被動(dòng)端軸承內(nèi)圈故障頻率14.648Hz及該軸轉(zhuǎn)頻的邊頻1.172 Hz，說(shuō)明該軸承內(nèi)圈損壞比較嚴(yán)重。結(jié)合幅域指標(biāo)的變化趨勢(shì)，診斷判定為該軸承內(nèi)圈故障。

4、軸承拆檢情況

通過(guò)以上各指標(biāo)的對(duì)比，可以明顯看出軸承內(nèi)圈磨損嚴(yán)重，2019年3月18日對(duì)該減速機(jī)軸承拆檢，發(fā)現(xiàn)軸承內(nèi)圈磨損嚴(yán)重（圖1），軸承更換后，又進(jìn)行了多次跟蹤監(jiān)測(cè)，其各項(xiàng)指標(biāo)均 已恢復(fù)正常。

5、總結(jié)

裕度指標(biāo)、峰值指標(biāo)、脈沖指標(biāo)等幅域分析指標(biāo)對(duì)沖擊型故 障比較敏感，當(dāng)?shù)娃D(zhuǎn)速軸承發(fā)生早期故障時(shí)，大幅值的脈沖沖擊還不是很多，?域分析、頻 域分析均不明顯，但上述幅域指標(biāo)已有明顯增加。當(dāng)故 障逐步發(fā)展時(shí)，此類幅域指標(biāo)上升較快，可有效診斷軸 承故障。本次案例將振動(dòng)時(shí) 域分析、頻域分析技術(shù)與幅域指標(biāo)分析技術(shù)、長(zhǎng)波形包絡(luò)解調(diào)技術(shù)相結(jié)合，多種手段相互補(bǔ)充，準(zhǔn)確判斷軋機(jī)減速機(jī)低轉(zhuǎn)速軸承的故障，說(shuō)明該方法對(duì)低速軸承故 障診斷的有效性，為全面監(jiān)測(cè)公司主機(jī)設(shè)備的安全有效運(yùn)行提供強(qiáng)有力的支撐。

來(lái)源：設(shè)備管理與維修. 2019,(21)