路奎華，王月明

(1.斯凱孚(中國(guó))銷售有限公司，山東 青島 266071；2.薩帕鋁熱傳輸(上海)有限公司，上海 200000)

一、概況

銑面機(jī)于2011年10月安裝投運(yùn)，并為其安裝了SKF在線監(jiān)測(cè)系統(tǒng)，設(shè)有1個(gè)IMX單元和12個(gè)振動(dòng)傳感器。

銑面機(jī)主軸為立式結(jié)構(gòu)，傳動(dòng)系統(tǒng)是由電機(jī)通過彈性柱銷聯(lián)軸器直接帶動(dòng)主軸。其中電機(jī)功率為560kW，額定轉(zhuǎn)速為595r/min。主軸上有NNU4960、51164、81164、NNU49604軸承。在線監(jiān)測(cè)系統(tǒng)配置如圖1所示。

二、銑面機(jī)主軸軸承在線故障診斷過程

2011年10月21日，從SKF在線監(jiān)測(cè)系統(tǒng)中發(fā)現(xiàn)3#測(cè)點(diǎn)振動(dòng)速度譜上有16倍主軸轉(zhuǎn)頻的多次諧波，初步懷疑該轉(zhuǎn)頻為刀盤上刀片的通過頻率，后確認(rèn)該主軸刀盤上僅有14個(gè)刀片，這說明16倍主軸轉(zhuǎn)頻并不是刀片的通過頻率。再進(jìn)一步分析頻譜，發(fā)現(xiàn)該16倍主軸轉(zhuǎn)頻的高次諧波還存在明顯的半倍轉(zhuǎn)頻邊帶(5Hz)，頻譜圖見圖2。

根據(jù)軸承缺陷頻率計(jì)算公式，計(jì)算3#測(cè)點(diǎn)軸承缺陷頻率，即：

軸承內(nèi)圈缺陷頻率=Nb/2×S[1+(Bd/Pd)×cosA]

軸承外圈缺陷頻率=Nb/2×S(1-(Bd/Pd)×cosA)

滾動(dòng)體缺陷頻率=(Pd/2Bd)×S[1-(Bd/Pd)×cosA]2

保持架缺陷頻率=S/2×[1-(Bd/Pd)×cosA]

式中：Nb——軸承滾動(dòng)體個(gè)數(shù)；

S——軸轉(zhuǎn)速；

圖1 銑面機(jī)主軸在線監(jiān)測(cè)系統(tǒng)配置圖

圖2 3#測(cè)點(diǎn)軸向振動(dòng)速度譜

Bd——滾動(dòng)體直徑；

Pd——滾動(dòng)體分布圓直徑；

A——接觸角，°。

由于3#測(cè)點(diǎn)81164推力軸承的接觸角是90°，即cosA= cos90°=0。那么，推力軸承軸圈缺陷頻率=座圈缺陷頻率=Nb/2×S，滾動(dòng)體缺陷頻率=(Pd/2Bd)×S，保持架缺陷頻率=S/2。進(jìn)一步核實(shí)81164軸承滾動(dòng)體個(gè)數(shù)為32個(gè)，所以軸承軸圈缺陷頻率=軸承座圈缺陷頻率=16倍主軸轉(zhuǎn)頻，保持架缺陷頻率=1/2倍主軸轉(zhuǎn)頻。也就是說，在線系統(tǒng)中顯示的3#測(cè)點(diǎn)振動(dòng)速度譜上16倍主軸轉(zhuǎn)頻的高次諧波為81164軸承軸圈和座圈缺陷頻率，5Hz的邊頻帶為81164推力軸承保持架缺陷頻率。

綜上分析，3#測(cè)點(diǎn)處81164推力軸承存在損傷。但從振動(dòng)趨勢(shì)上看還比較平穩(wěn)，建議加強(qiáng)監(jiān)控，密切跟蹤觀察其振動(dòng)趨勢(shì)。

三、故障跟蹤及拆檢

2011年11月11日在線系統(tǒng)顯示，4個(gè)振動(dòng)測(cè)點(diǎn)的加速度包絡(luò)總值逐步增大，趨勢(shì)有所上升，特別是3#測(cè)點(diǎn)的加速度包絡(luò)值趨勢(shì)變化相對(duì)明顯。從11月15日3#測(cè)點(diǎn)包絡(luò)趨勢(shì)變化又趨于平穩(wěn)。此時(shí)，DCS控制室顯示軸承溫度40℃左右。結(jié)合點(diǎn)檢人員和現(xiàn)場(chǎng)生產(chǎn)人員的反饋，確認(rèn)該軸承還可以繼續(xù)運(yùn)行。

12月2日在線系統(tǒng)顯示3#測(cè)點(diǎn)加速度包絡(luò)值又開始有顯著變化，12月3日加速度包絡(luò)值已達(dá)到23gE，且加速度包絡(luò)譜中81164的座圈、軸圈缺陷頻率占振動(dòng)能量的主要成分，加速度包絡(luò)值持續(xù)上升(圖3)。

12月7日DCS控制室顯示主軸軸承溫度已達(dá)到53℃，綜合分析判斷81164推力軸承損傷已有明顯惡化趨勢(shì)，據(jù)此決定對(duì)主軸進(jìn)行更換處理。

圖3 3#測(cè)點(diǎn)加速度包絡(luò)趨勢(shì)圖

12月14日，維修人員拆卸并更換了主軸，發(fā)現(xiàn)81164軸承損壞嚴(yán)重，其中滾動(dòng)體和軸承座圈、軸圈均失效。

四、失效分析及技術(shù)改進(jìn)

結(jié)合軸承歷史狀況，綜合分析確認(rèn)此失效模式主要是由于軸承預(yù)負(fù)荷不足造成的。

為了解決此問題，通過計(jì)算確定需要在軸向上安裝一個(gè)可以產(chǎn)生6.37kN的彈簧給予預(yù)緊，防止在滾動(dòng)體和滾道之間產(chǎn)生滑動(dòng)(圖4)。

圖4 改進(jìn)后的圖紙

最小軸向負(fù)荷(預(yù)緊力)計(jì)算公式：

Fam=A(n/1000)2=18(595/1000)2=6.37kN

式中：Fam——最小軸向負(fù)荷，kN；

A——最小負(fù)荷系數(shù)；

n——設(shè)備實(shí)際轉(zhuǎn)速，r/min。

改造后，設(shè)備的MTBF(設(shè)備平均故障間隔時(shí)間)從以前的3個(gè)月提高到8個(gè)月，大幅降低了維修成本，設(shè)備運(yùn)行可靠性明顯提高。

五、總結(jié)

1.銑面機(jī)軸承配置的特殊性，存在兩個(gè)推力軸承，推力軸承的缺陷通過頻率與徑向軸承的缺陷通過頻率的特點(diǎn)不同，需要區(qū)別分析。

2.在線狀態(tài)監(jiān)測(cè)系統(tǒng)為銑面機(jī)提供了24h的實(shí)時(shí)監(jiān)控，可有效避免嚴(yán)重突發(fā)事故，并為了解故障現(xiàn)象和分析故障原因提供可靠數(shù)據(jù)依據(jù)，進(jìn)而實(shí)現(xiàn)了設(shè)備的預(yù)知性維修。