袁坤　于世水（武鋼集團昆明鋼鐵股份有限公司　昆明）

高線精軋機增速箱振動故障診斷

袁坤于世水
（武鋼集團昆明鋼鐵股份有限公司昆明）

高速線材精軋機增速箱故障診斷實例，說明設(shè)備故障診斷技術(shù)應(yīng)用于高速旋轉(zhuǎn)設(shè)備的必要性和對把握設(shè)備運行狀況和指導設(shè)備維修的重要作用。

故障診斷頻譜分析增速箱軸承缺陷

一、精軋機組概況

昆鋼棒線廠高速線材車間于1995年5月投產(chǎn)，設(shè)計年生產(chǎn)能力35萬噸，軋制最高速度為125 m/s，屬高速連軋設(shè)備。軋制規(guī)格，普通線材直徑5.5～20 mm，螺紋線材直徑6～16 mm，盤卷重量約2 t/卷。

1．技術(shù)參數(shù)

精軋機組由德國西馬克公司設(shè)計制造，由精軋機、機架、增速箱等裝置組成。其中精軋機電機型號TS6300，功率6300 kW，轉(zhuǎn)速475～1700 r/min。增速箱主動大齒輪齒數(shù)Z1=167，右旋斜齒；奇數(shù)架被動齒輪齒數(shù)Z3=45，左旋斜齒；偶數(shù)架被動齒輪齒數(shù)Z2=36，左旋斜齒。

2．傳動方式

精軋機共10個機架，呈V形90°布置，每個機架由1個錐齒箱和1個插入式輥箱組成，電機傳動增速箱，通過齒輪配速分別傳動奇數(shù)機架（H19、H21、H23、H25、H27）和偶數(shù)機架（H20、H22、H24、H26、H28），見圖1。

圖1　精軋機齒輪箱傳動示意圖

3．振動監(jiān)測

（1）監(jiān)測位置。精軋機增速箱采用SCHENCK-VIBROTEST41X型振動儀進行振動監(jiān)測，6個監(jiān)測點分別設(shè)置于增速箱Ⅰ軸、Ⅱ軸、Ⅲ軸6個測點軸承座處，見圖2。通常情況下專業(yè)點檢按2次/周的頻次進行設(shè)備點檢。

（2）振動標準。參照德國西馬克公司提供的增速箱測點振動參考限值（表1）。

圖2　增速箱測點布置圖

表1　增速箱測點振動參考限值表mm/s

二、設(shè)備運行情況

（1）高速線材車間精軋機增速箱通常情況下專業(yè)點檢按2次/周的頻次進行設(shè)備點檢，2011年12 月17日點檢時發(fā)現(xiàn)增速箱Ⅰ軸、Ⅱ軸、Ⅲ軸6個測點軸承座垂直方向振動值都有上升的趨勢，其中Ⅱ軸V2b測點振動值上升幅度達2.35 mm/s（正常值≤1.8 mm/s），用聽音棒監(jiān)聽有輕微異響，振動監(jiān)測記錄見表2。

表2　增速箱振動監(jiān)測記錄mm/s

（2）為了跟蹤增速箱的運行狀況，2011年12月18日開始加大點檢頻次，點檢周期臨時改為每天1次。19日早班精軋機組利用改品種時機定期更換H28機架輥箱，復產(chǎn)后繼續(xù)監(jiān)測運行，振動值仍偏上限臨界值，至20日軋制φ8 mm光圓普通線材時增速箱振動值再次上升，特別是Ⅱ軸V2b測點垂直方向的振動值高達3.32 mm/s，異響也隨之加劇，因懷疑是19日更換H28機架的輥箱存在裝配問題而引起的振動加劇，21日重新拆檢H28機架輥箱，經(jīng)檢查輥箱裝配均滿足誤差要求，開機后振動值仍處于超標狀態(tài)。振動監(jiān)測記錄見表3。

表3　增速箱振動監(jiān)測記錄mm/s

三、頻率分析

由于2011年12月20日精軋機增速箱的振動主要在表現(xiàn)在Ⅱ軸V2b測點，故選擇V2b測點的垂直方向利用SCHENCKVIBROTEST41X型振動分析儀進行振動分析。

（1）2011年12月20日監(jiān)測精軋機增速箱時正在軋制8 mm光圓普通線材，軋制速度73 m/s，電機轉(zhuǎn)速887 r/min，增速箱特征頻率見表4。

表4　增速箱特征頻率表

（2）2011年12月20日采集到的增速箱Ⅱ軸V2b測點振動頻譜見圖3，與增速箱Ⅱ軸V2b測點頻譜圖對應(yīng)的特證頻率見表5。

圖3　增速箱V2b測點頻譜圖

表5　特證頻率表

（3）增速箱V2b測點垂直方向振動頻譜圖分析。

主要振動頻率在增速箱Ⅱ軸旋轉(zhuǎn)頻率68.36 Hz上，占振動值的主導地位，振幅高達3.32 mm/s，譜圖上反映的Ⅱ軸旋轉(zhuǎn)頻率68.36 Hz與計算特征頻率68.577 Hz較接近，并伴有明顯的倍頻現(xiàn)象。未出現(xiàn)增速箱的軸承潤滑不良、齒輪跳動、轉(zhuǎn)軸彎曲的特征頻率。由振動理論可知，如果機械系統(tǒng)的振動響應(yīng)中包含某些頻率成分，就有與之相應(yīng)的同頻激振源。如某一個或幾個頻率分量的響應(yīng)幅值增大，則必然是其相對應(yīng)的激振力的幅度有所增大而引起的。

綜合上述分析，根據(jù)故障的典型頻譜特征判斷，造成增速箱V2b測點垂直方向振動大的主要原因可能是Ⅱ軸軸承存在故障缺陷所致。

四、軸承故障缺陷分析

精軋機增速箱測點Ⅱ軸V2b軸承座由型號為NU1034 MP/ C4圓柱滾子軸承（GB/T 283）和6034 MA/C4深溝球軸承（GB/T 276）配套組成。

滾動軸承缺陷特征頻率的計算

滾動軸承缺陷特征頻率的計算結(jié)果見表6。

表6　滾動軸承缺陷特征頻率表Hz

圖4　NU1034圓柱滾子軸承保持架損壞圖

根據(jù)滾動軸承運轉(zhuǎn)時，各元件的相互動力作用形成了各自的特證頻率，如果在頻譜圖中出現(xiàn)了滾動軸承缺陷的振動特征頻率分量，那么對應(yīng)的各軸承元件有缺陷存在。對照增速箱軸Ⅱ旋轉(zhuǎn)頻率（68.360 Hz）及滾動軸承缺陷特征頻率表（表5）可知：增速箱Ⅱ軸旋轉(zhuǎn)頻率（68.360 Hz）近似于型號為NU1034MP/C4軸承保持架碰內(nèi)環(huán)缺陷特征頻率（34.357 Hz）的2倍頻，由此可判斷型號為NU1034MP/C4軸承保持架可能已損壞。

表7　增速箱振動監(jiān)測記錄mm/s

表8　增速箱2012年1月3日～5日振動監(jiān)測記錄mm/s

為了完成2011年產(chǎn)量任務(wù)，從2011年12月22日起采用低速大規(guī)格軋制維持生產(chǎn)，同時加大對增速箱的監(jiān)控運行，從12月22日-24日監(jiān)測數(shù)據(jù)（表7）判斷，采用低速大規(guī)格軋制基本能維持設(shè)備的運行條件。

五、驗證情況

（1）2011年12月25日棒線廠高速線材車間完成全年生產(chǎn)任務(wù)，2011年12月26日～2012年1 月2日開始停機年終檢修，拆檢精軋機增速箱時發(fā)現(xiàn)NU1034圓柱滾子軸承保持架已出現(xiàn)兩處斷裂點（圖4），6034深溝球軸承外環(huán)有輕微磨損。

（2）更換增速箱NU1034圓柱滾子軸承、6034深溝球軸承及相關(guān)設(shè)備檢修后，于2012年1月3日恢復生產(chǎn)，從增速箱復產(chǎn)后的振動監(jiān)測情況（表8）可知增速箱運行恢復正常。

〔編輯李波〕

TG333.6＋2

B