朱浩軍 梁振奮

（SKF（中國）銷售有限公司 上海）

一、概述

現(xiàn)代化煤礦設(shè)備日益向重載、高速、大型、自動化、多功能化與使用高效率化方向發(fā)展，在生產(chǎn)過程中機械設(shè)備因各種原因?qū)е碌墓收项l繁發(fā)生，設(shè)備的維修成本和停機損失急劇增加，嚴重影響了煤炭的有效生產(chǎn)，因此對設(shè)備運行的可靠性和經(jīng)濟性的要求日益苛刻，這使眾多企業(yè)提出了以預(yù)防為主、依靠設(shè)備狀態(tài)監(jiān)測來提高設(shè)備運行安全性和可靠性的新措施。

礦井提升機（圖1）是礦山重要的大型機械設(shè)備，對礦井提升機狀態(tài)監(jiān)測確保其運行可靠、安全，具有重要意義。礦井提升機的齒輪箱低速軸輸出轉(zhuǎn)速一般都＜50 r/min，對于此類低速重載的設(shè)備，滾動軸承隱患的特征頻率極低，而且振動能量較小，故障診斷中很容易被忽視。此外，由于系統(tǒng)本身振動大，淹沒了有隱患零部件的特征頻率，使診斷工作較為困難。SKF針對滾動軸承、齒輪箱故障研究的加速度包絡(luò)分析、周期時域平均、諧波活動指數(shù)等狀態(tài)監(jiān)測專利技術(shù)，在各行業(yè)設(shè)備故障診斷中得到了有效應(yīng)用和推廣，下面介紹SKF狀態(tài)監(jiān)測系統(tǒng)在某礦務(wù)局單繩纏繞式提升機振動故障診斷上的應(yīng)用。

二、系統(tǒng)配置

SKF在線監(jiān)測系統(tǒng)由加速度傳感器、IMX-S監(jiān)測單元以及分析軟件@ptitude Analyst組成。邏輯控制信號通過硬線連接的方式直接接入 IMX-S；轉(zhuǎn)速信號通過控制系統(tǒng)接入IMX-S單元；加速度傳感器通過多芯電纜接入 IMX-S單元；IMX-S單元通過RJ45網(wǎng)線/光纖接入服務(wù)器。

各分廠、車間通過設(shè)在各分廠相應(yīng)的設(shè)備管理工作站（@ptitude Monitor）采集、輸入設(shè)備監(jiān)測數(shù)據(jù)（在線監(jiān)測和離線監(jiān)測、點巡檢、抄表記錄、潤滑狀態(tài)數(shù)據(jù)、各類實驗結(jié)果數(shù)據(jù)等），并通過終端瀏覽設(shè)備（客戶端PC）共享設(shè)備運行狀態(tài)、管理/維護信息、故障信息、檢修計劃、備件情況等。SKF服務(wù)工程師通過設(shè)備遠程診斷服務(wù)，在外網(wǎng)瀏覽和分析設(shè)備運行數(shù)據(jù)。

圖1 提升機結(jié)構(gòu)

同時，該系統(tǒng)能與EAM、CMMS系統(tǒng)相結(jié)合，使得生產(chǎn)與維修人員能在故障早期發(fā)現(xiàn)問題并立即做出調(diào)整，免去因設(shè)備失效或損壞而引起的昂貴支出。設(shè)備壽命的延長，計劃外停工期的減少，和低質(zhì)量產(chǎn)品的減少，大大減少了客戶的生產(chǎn)成本。

1.硬件配置

提升機電機兩端采用了滑動軸承，因此在兩端軸承座徑向成90°夾角方向安裝電渦流傳感器。齒輪箱高速軸、中間軸以及1號、2號天輪兩側(cè)軸承座位置分別安裝高頻振動加速度傳感器。齒輪箱低速軸兩側(cè)、主軸滾筒兩側(cè)各軸承(滾動軸承)座水平方向安裝低頻加速度傳感器。考慮到主軸滾筒的轉(zhuǎn)速較低，因此在齒輪箱輸出軸和主軸滾筒兩端軸承座位置選用了低頻的加速度傳感器。

傳感器通過多芯電纜接入SKF的IMX-S在線監(jiān)測單元。在線監(jiān)測單元的振動信號通過光纖接入控制室進行數(shù)據(jù)分析。

2.軟件配置

分析軟件采用了SKF@ptitude analysis分析軟件，該軟件分析參數(shù)選擇了加速度包絡(luò)譜、速度頻譜、加速度總值、速度總值4種參數(shù)。

三、應(yīng)用案例

1.軸承缺陷診斷

監(jiān)測系統(tǒng)在2012年8月投入運行，速度譜顯示振動值正常。在2012年9月發(fā)現(xiàn)提升機2號天輪出現(xiàn)明顯的早期軸承缺陷，從加速度包絡(luò)圖可以明顯的看到軸承外圈缺陷頻率（BPFO）的多次諧波（圖2），更換軸承后，軸承缺陷頻率消失（圖3），更換的軸承外圈顯示有損傷。齒輪故障診斷

圖2 軸承缺陷頻譜

圖3 更換后軸承頻譜

圖4 齒輪箱輸出側(cè)頻譜

齒輪磨損嚴重時，不僅齒輪嚙合頻率周圍會出現(xiàn)邊頻帶，還會出現(xiàn)齒輪振動固有頻率。與齒輪嚙合頻率幅值相比，邊頻帶幅值的大小更能反映齒輪磨損的程度，邊頻帶組數(shù)越多，磨損越嚴重，如果參與嚙合的多個齒輪有問題，則在同一嚙合頻率周圍會出現(xiàn)多個邊頻帶。

2012年11月26日發(fā)現(xiàn)主軸齒輪箱輸出側(cè)頻譜圖出現(xiàn)明顯的齒輪嚙合頻率及其倍頻（圖4），該嚙合頻率攜帶大量輸出軸轉(zhuǎn)速頻率的邊頻，打開齒輪箱檢查發(fā)現(xiàn)輸出軸齒輪存在明顯齒面點蝕。

四、結(jié)論

SKF狀態(tài)監(jiān)測系統(tǒng)根據(jù)設(shè)備轉(zhuǎn)速、軸承型號，選用不同頻響范圍的傳感器，結(jié)合SKF加速度包絡(luò)技術(shù)，通過檢測軸承缺陷以及齒輪磨損的振動信號，在設(shè)備早期故障出現(xiàn)時快速判斷故障所在。