徐建平， 肖 涵

(1 武漢鋼鐵重工集團(tuán)冶金重工有限公司， 湖北 武漢 430083； 2 武漢科技大學(xué)機(jī)械自動(dòng)化學(xué)院， 湖北 武漢 430081)

某熱軋廠在日常點(diǎn)檢過程中發(fā)現(xiàn)F1精軋機(jī)在咬鋼瞬間產(chǎn)生巨大沖擊，并且伴有劇烈聲響，其聲響程度遠(yuǎn)大于其余精軋機(jī)，同時(shí)也發(fā)現(xiàn)F6精軋機(jī)的齒輪分配箱振動(dòng)值較其余精軋機(jī)的齒輪分配箱大得多．由于不知道該聲響產(chǎn)生的具體原因，因此很長一段時(shí)間只能軋制強(qiáng)度較低的鋼種，嚴(yán)重影響了其正常生產(chǎn)．為找出該熱軋機(jī)組傳動(dòng)系統(tǒng)的故障原因，對該精軋機(jī)組F6軋機(jī)齒輪座進(jìn)行了實(shí)驗(yàn)研究和理論分析，并提出改進(jìn)方案．

1 測試信號(hào)及測點(diǎn)分布

齒輪座的故障信息可以通過其振動(dòng)信號(hào)反應(yīng)出來，通過分析振動(dòng)信號(hào)的時(shí)域信號(hào)與頻域信號(hào)即可獲得齒輪座的故障特征[3-4]．因此，主要測試了F1齒輪箱高速軸和低速軸、F6齒輪軸傳動(dòng)端和工作端的各向振動(dòng)量等25個(gè)信號(hào)．部分測點(diǎn)分布圖見表1．

表1 精軋機(jī)部分測點(diǎn)位置及測試信號(hào)

2 F1齒輪箱振動(dòng)信號(hào)分析

2.1 測試信號(hào)時(shí)域分析

在主軋線正常生產(chǎn)工況下，分別測取該軋機(jī)在空轉(zhuǎn)狀態(tài)與軋制狀態(tài)的各測點(diǎn)信號(hào)．部分典型振動(dòng)實(shí)測時(shí)域信號(hào)見圖1．

由圖1可知：1)F1咬鋼瞬間沖擊很大，加速度均方根值最大達(dá)到43 m/s2，且較大值發(fā)生在水平方向，F(xiàn)2咬鋼瞬間沖擊也很大，加速度均方根值最大達(dá)到42.5 m/s2，但較大值發(fā)生在垂直方向，在穩(wěn)態(tài)軋制時(shí)的振動(dòng)較小；2)F1高速軸傳動(dòng)側(cè)測點(diǎn)的咬入峰值與穩(wěn)態(tài)軋制時(shí)的均方根比值較工作側(cè)較大；低速軸垂直方向的咬入峰值與穩(wěn)態(tài)軋制時(shí)的均方根比值較水平方向較大；F1高速軸傳動(dòng)側(cè)的咬入峰值與穩(wěn)態(tài)軋制時(shí)的均方根比值較F2大得多；3)F1齒輪座的振動(dòng)較小．

(a)高速軸傳動(dòng)側(cè)水平方向

(b)高速軸傳動(dòng)側(cè)垂直方向

(c)低速軸傳動(dòng)側(cè)垂直方向

(d)低速軸工作側(cè)垂直方向

(e)低速軸工作側(cè)水平方向

(f)高速軸工作側(cè)垂直方向

進(jìn)一步對時(shí)域信號(hào)進(jìn)行統(tǒng)計(jì)分析(表2)后發(fā)現(xiàn)，F(xiàn)1的振動(dòng)強(qiáng)度整體較F2偏大，其主要振動(dòng)方向?yàn)樗椒较?，而F2的主要振動(dòng)方向?yàn)榇怪狈较颍瓼1的主要振動(dòng)方向與軋鋼前進(jìn)方向一致．

表2 F1典型振動(dòng)信號(hào)統(tǒng)計(jì)分析

2.2 測試信號(hào)頻域分析

部分典型振動(dòng)信號(hào)的功率譜見圖2．

(a)F1高速軸傳動(dòng)側(cè)垂直方向

(b)F2高速軸傳動(dòng)側(cè)垂直方向

(c)F1低速軸工作側(cè)垂直方向

(d)F2低速軸工作側(cè)垂直方向

(e)F1高速軸傳動(dòng)側(cè)水平方向

(f)F2高速軸傳動(dòng)側(cè)水平方向

由圖2可知：從振動(dòng)信號(hào)的譜圖看，F(xiàn)1和F2軋機(jī)減速箱測點(diǎn)能量較大的頻率成分主要是減速機(jī)齒輪的嚙合頻率及其倍頻，水平方向的振動(dòng)大于垂直方向的振動(dòng)，在譜圖中未見軸承及其他零部件故障信息．故F1和F2軋機(jī)主傳動(dòng)系統(tǒng)無明顯故障，但F1軋機(jī)在鋼坯咬入時(shí)受到巨大的沖擊．

3 F6齒輪座振動(dòng)信號(hào)分析

3.1 測試信號(hào)時(shí)域分析

由圖3實(shí)測振動(dòng)加速度曲線可知：F6、F7在咬鋼和拋鋼瞬間存在強(qiáng)大沖擊，振動(dòng)加速度沖擊峰值最大達(dá)到30 m/s2，軋件拋出時(shí)也出現(xiàn)較大的沖擊振動(dòng)．這種沖擊振動(dòng)是由于齒輪座在咬鋼和拋鋼時(shí)承受較大的傾翻力矩所致．

(a)F6上人字齒輪軸傳動(dòng)側(cè)鉛垂方向

(b) F6上人字齒輪軸傳動(dòng)側(cè)軸向

(c) F6上人字齒輪軸傳動(dòng)側(cè)水平方向

(d) F6上人字齒輪軸工作側(cè)鉛垂方向

(e) F6上人字齒輪軸工作側(cè)水平方向

(f) F6下人字齒輪軸傳動(dòng)側(cè)水平方向

各次測試的均方根值計(jì)算結(jié)果如表3所示．從表3可以看出：軋鋼狀態(tài)下，各測點(diǎn)的振動(dòng)加速度均方根值比空轉(zhuǎn)狀態(tài)下有所增加，但其絕對值并不明顯偏大．三次后測試發(fā)現(xiàn)，各測點(diǎn)分別在空轉(zhuǎn)狀態(tài)下和軋鋼狀態(tài)下的振動(dòng)加速度均方根值沒有顯著增加，表明齒輪座沒有惡化趨勢．

表3 各測點(diǎn)振動(dòng)信號(hào)的均方根值 m/s2

3.2 振動(dòng)信號(hào)的頻域分析

選取典型實(shí)測時(shí)域信號(hào)進(jìn)行頻譜分析，其中空轉(zhuǎn)時(shí)F6上人字齒輪軸水平方向振動(dòng)信號(hào)及頻譜圖析如圖4所示．經(jīng)計(jì)算可得F6齒輪座的轉(zhuǎn)頻4.11 Hz，嚙合頻率123.3 Hz．

(a) 時(shí)域信號(hào)局部放大圖

(b) 功率譜

從圖4(a)中可明顯看出時(shí)域信號(hào)存在周期性的沖擊，且與人字齒輪軸的轉(zhuǎn)頻相等，且在一個(gè)周期內(nèi)共出現(xiàn)30個(gè)振動(dòng)峰值，這與人字齒輪齒數(shù)剛好吻合．由該信號(hào)功率譜可知在齒輪嚙合頻率及其二倍頻周圍存在邊頻帶，但邊頻帶分布并不對稱．

圖5所示為軋鋼狀態(tài)下的時(shí)域波形及其頻譜，其中同樣存在嚙合頻率及其二倍頻邊頻帶．

綜上可知其存在齒輪調(diào)節(jié)誤差或聯(lián)接軸不平衡故障特征1-2,5．但由相同廠家生產(chǎn)的其它幾架機(jī)組均未出現(xiàn)上述故障特征，故該故障應(yīng)該為接軸不平衡．該故障長期存在將導(dǎo)致該齒輪座的軸承和齒輪加速損壞．

(a) 時(shí)域信號(hào)

(b) 功率譜

圖6是軋制狀態(tài)下F7軋機(jī)上人字齒輪軸傳動(dòng)側(cè)水平方向的振動(dòng)信號(hào)的波形及其功率譜．由圖可知F7軋機(jī)的振動(dòng)波形周期性沖擊的能量比F6小得多．其功率譜圖中存在有齒輪嚙合頻率，無明顯2倍嚙合頻率成份，嚙合頻率附近未見明顯邊頻帶，屬于正常齒輪嚙合信號(hào)的譜圖，F(xiàn)7軋機(jī)齒輪座狀況正常．

(a) 時(shí)域信號(hào)放大圖

(b) 功率譜

4 結(jié)論及建議

1)F1軋機(jī)在鋼坯咬入時(shí)受到巨大沖擊，但減速機(jī)本身及人字齒輪座均無明顯故障，F(xiàn)6、F7在咬鋼和拋鋼瞬間存在強(qiáng)大沖擊振動(dòng)，齒輪座沒有惡化趨勢；

2)F6精軋機(jī)齒輪座的時(shí)域信號(hào)存在周期性的沖擊，頻域信號(hào)表明齒輪嚙合頻率及其二倍頻周圍存在邊頻帶，但齒輪座無軸承故障征兆；

3)與精軋機(jī)組其它齒輪座的運(yùn)行狀態(tài)進(jìn)行比較分析后得出F6齒輪座振動(dòng)過大是由接軸不平衡而并非齒輪出現(xiàn)調(diào)節(jié)誤差所造成的；

4)建議調(diào)整F1軋機(jī)機(jī)前輥道輸送速度，使之與F1工作輥咬入點(diǎn)線速度的水平分量匹配，同時(shí)采取其它措施降低鋼坯咬入時(shí)對軋機(jī)的沖擊；

5)建議檢查F6軋機(jī)主電動(dòng)機(jī)與齒輪座之間接軸的動(dòng)平衡，并做現(xiàn)場動(dòng)平衡試驗(yàn)，使其達(dá)到動(dòng)平衡要求．

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