刘爱军¹　肖富英²

（1.湖南科技大学机电工程学院；2.中南大学机电工程学院）

摘　要：通过测量冷酸轧机钢带生产线上轴承在异常情况下的振动速度,在振动异常原因不明的情况下,对振动信号进行了频谱分析。同时与轴承外圈、内圈与滚动体特征频的计算结果相结合,判断出故障的原因以及部位。经过停机检查后,确认测点4处轴承外圈严重点蚀。从而说明频谱分析结果的正确性。

1　引言

我国某大型钢铁生产企业,其主要生产工艺型式以热轧为主,而大型轧机是钢材生产线上重点设备。但由于轧机大部分处于恶劣的运行环境中,不利于机械设备的监测与维护,建立在线监测系统难度非常大,所以生产线系统故障时有发生。设备的日常维护和安装调试过程中,经常遇到因剧烈振动而无法正常生产的情况,而振动的原因错综复杂,仅靠耳听、手摸的原始方法,很难全面准确的分析判断故障的原因。采用先进的设备状态检测和故障诊断技术,通过振动检测掌握各类设备在一定时期的运行状态,为从事设备维护、安装、调试的工程技术人员提供一套完整的设备运行状态资料,根据这些资料进行数据分析,可以准确的分析判断故障原因,合理的安排维修计划,从而避免因突发故障而造成经济损失,确保生产顺利进行。

2　试验装置及数据采集

2.1电机轴承振动传感器的布置

6个振动速度传感器安装在电机轴承的1、2测点处,每个测点采用三个传感器测量水平、垂直以及轴线方向的速度,其具体布置示意图,如图1所示。

经电机转子更换处理后,机组运行状态保持了短期的稳定,即呈快速劣化趋势。至9月27日检测时发现,机组振动已出现较大变化,如表所示。

从测点2瓦振动状况看,振动最大仍为轴向,已严重超标,且垂直方向较水平方向大。仅依据振动水平及方向性,按常规的诊断方法分析,可能联轴器存在严重不对中,即转子更换过程中破坏了联轴器原有对中精度,且基座可能存在松动。但从振动谱图分析,谱图特征与前明显不同。轴向振动主振频率为82.1Hz,单峰突出,能量集中,非转频及倍频激振频率。可见,与转子更换前相比,测点2轴瓦强烈振动的故障原因明显不同。可以推断,电机振动劣化的直接原因可能与减速机元件故障激振的传递有关。考虑到传动部分各级轴转频及齿轮啮合频率在谱图识别上具有较强的确定性,因此,轴承故障激振成为分析的重点。

从测点3、4的振动谱图(见图2、3)分析,82.1Hz及其倍频成份丰富,虽然振动幅值相对较小,但谱图包含明显的故障信息。根据滚动轴承振动特征,轴承振动在界面递上具有较强的衰减性,故障激振在机壳的振动速度值反映不很明显,可通过频谱分析来判定轴承故障及类型。

根据轴承故障特征频率的理论计算方法,可算出其轴承故障特征频率。根据公式、给合轴承型号及运动参数,轴承故障特征频率进行如下计算(参见轴承示意图4):

型号为3538(双列向心球面滚子轴承)高速轴轴承故障特征频率计算:

d=37.5mm,D=225mm,n=19(粒),fr=9.8Hz,∂=10.25’。可以得出:f外=82.16Hz;f内=106.1Hz;f滚=35.8

对照轴承故障特征频率计算值,可以看出,高速轴轴承外圈故障特征频率与激振频率极为接近,可以推论,高速轴轴承存在故障。

分析认为,高速轴轴承故障在机组的响应随刚性及传递方式不同存在明显差异。电机负荷端在刚度上为机组的薄弱环节,对激励较敏感,响应强烈。电机负荷端强烈振动的直接原 因为轴承故障激振,间接原因为机座可能存在松动、刚性差。

3　处理措施及效果

按上述诊断分析,2005年10月19日开始对机组进行停机检查。发现测点4轴承外圈严重点蚀,高速齿轮存在磨损,联轴器滚珠及滚道磨损,电机负荷端基座存在松动。此次检修对故障轴承,高速齿轮轴及滚珠联轴器一并进行了更换,基础螺栓进行了紧固。处理后,机组振动明显下降,其中测点2轴向振动由原来的23.2mm/s下降至4.0mm/s,轴承故障频率及齿轮啮合故障频率得到消除。

来源：《机械设计与制造》

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