修井明 朱金祿

通化鋼鐵公司制造部 吉林通化 134000

1 高線精軋機(jī)的典型結(jié)構(gòu)

高速線材精軋機(jī)組是典型的高精度、高集成度設(shè)備，一般由電機(jī)、增速箱、齒輪分配箱、錐齒輪箱和輥箱組成。以某高速線材廠的精軋機(jī)為例，其設(shè)備布置如圖1所示。機(jī)架為V型互成90度布置，10個(gè)機(jī)架安放于整體剛性底座上，由三臺(tái)電機(jī)集中驅(qū)動(dòng)。主電機(jī)通過(guò)增速箱和分配箱的齒輪，帶動(dòng)兩根輸出軸，輸出軸通過(guò)齒形聯(lián)軸器與兩根傳動(dòng)軸相聯(lián)，分別驅(qū)動(dòng)上下兩側(cè)的奇數(shù)和偶數(shù)機(jī)架。每個(gè)機(jī)架包括一個(gè)錐齒輪箱和一個(gè)輥箱，每個(gè)錐齒輪箱包含一根主傳動(dòng)軸、一根傘齒輪軸和一根空轉(zhuǎn)軸，主傳動(dòng)軸通過(guò)一個(gè)螺旋傘齒輪帶動(dòng)傘齒輪軸，傘齒輪軸和空轉(zhuǎn)軸通過(guò)一對(duì)斜齒圓柱齒輪相嚙合，這兩根軸又各自驅(qū)動(dòng)一根輥軸，最高軋制速度達(dá)70m/s。

圖1 高速線材軋機(jī)精乳機(jī)組設(shè)備布置圖

2 高速線材精軋機(jī)組振動(dòng)診斷

高速線材精軋機(jī)組由軋輥箱和錐齒輪箱等組成，軋輥箱內(nèi)的軋輥軸齒輪分別與錐齒輪內(nèi)的兩個(gè)同步齒輪嚙合，從而帶動(dòng)軋輥進(jìn)行線材軋制，所以齒輪箱是精軋機(jī)組的重要組成部分，齒輪箱中傳動(dòng)軸與齒輪副為主要的傳動(dòng)部件，所以精軋機(jī)組的故障診斷在一定程度上是對(duì)軸承和齒輪的故障診斷。由于振動(dòng)信號(hào)是反應(yīng)精軋機(jī)組故障特性的主要載體，一般通過(guò)由加速度傳感器、放大器等組成的容知測(cè)振儀器來(lái)測(cè)得精軋機(jī)組的振動(dòng)信號(hào)，通過(guò)時(shí)域、頻域多種信號(hào)分析法來(lái)提取故障特征信號(hào)，找出精軋機(jī)組的故障位置。早期的機(jī)械設(shè)備故障診斷有著很大的局限性，當(dāng)設(shè)備振動(dòng)異常時(shí)，一般通過(guò)人的經(jīng)驗(yàn)和感官或者利用一些便攜的工具來(lái)進(jìn)行診斷[1]。

3 高線精軋機(jī)組滾動(dòng)軸承故障診斷

3.1 滾動(dòng)軸承的故障機(jī)理

（1）滾動(dòng)軸承的失效形式。滾動(dòng)軸承是高線精軋機(jī)組的重要支撐部件，主要由外圈、內(nèi)圈、滾動(dòng)體、保持架等元件組成。滾動(dòng)軸承是高線精軋機(jī)組上重要的組成元件，也是精軋機(jī)組上的易損元件，高線精軋機(jī)組的故障多數(shù)都由軸承故障導(dǎo)致的，當(dāng)軸承故障早期會(huì)引起精軋機(jī)組振動(dòng)異常，當(dāng)軸承故障嚴(yán)重惡化時(shí)會(huì)影響整個(gè)機(jī)組的正常工作，嚴(yán)重影響生產(chǎn)效率。滾動(dòng)軸承常見(jiàn)的失效形式主要有：疲勞剝落、磨損、塑性變形、斷裂、膠合、銹蝕、保持架損壞等。

（2）滾動(dòng)軸承診斷方法。對(duì)高線精軋機(jī)組的故障，滾動(dòng)軸承的故障發(fā)生率要遠(yuǎn)遠(yuǎn)高于齒輪故障，所以了解滾動(dòng)軸承的相關(guān)診斷方法是十分必要的。對(duì)滾動(dòng)軸承的故障診斷，最基本就是頻率分析法。其中常見(jiàn)的故障診斷方法有倒頻譜分析法、希爾伯特包絡(luò)分析法、時(shí)頻分析法等。在工程實(shí)際中，希爾伯特包絡(luò)解調(diào)法可以很好的判斷出軸承的中早期故障。滾動(dòng)軸承的故障頻率一般在低頻段和高頻段都能表現(xiàn)出其特點(diǎn)，所以對(duì)滾動(dòng)軸承故障診斷時(shí)需要分析兩個(gè)頻段得出診斷結(jié)果。頻率范圍在f＜1000Hz被稱為低頻段，覆蓋著軸承故障特征頻率；頻率范圍在f=1000-10000Hz被稱為高頻段，主要是固有頻率與其高次諧波。在軸承故障的早期，高頻段反應(yīng)較為敏感，但一般只能判別機(jī)組有無(wú)故障存在，無(wú)法準(zhǔn)確判斷故障原因及位置；對(duì)低頻段分析一般通過(guò)找到軸承通過(guò)頻率判斷故障位置。

3.2 高線精軋機(jī)組增速箱軸承故障診斷

（1）信號(hào)采集。圖2可知高線精軋機(jī)的傳動(dòng)機(jī)構(gòu)圖，在增速箱的軸承座上一般會(huì)布置6個(gè)測(cè)點(diǎn)（如圖2中測(cè)點(diǎn)3—測(cè)點(diǎn)8），每個(gè)測(cè)點(diǎn)都應(yīng)在水平（H）、垂直（V）和軸向（A）三個(gè)方向上進(jìn)行檢測(cè)，在進(jìn)行信號(hào)分析時(shí)，一般選擇特征較為明顯的一個(gè)方向進(jìn)行頻譜分析即可。增速箱當(dāng)增速箱出現(xiàn)故障時(shí)，在相應(yīng)的測(cè)點(diǎn)位置上采用加速度傳感器采集出異常的信號(hào)。因?yàn)榧铀俣葌鞲衅魇歉哳l下機(jī)械振動(dòng)的監(jiān)測(cè)量，它同激勵(lì)有關(guān)并且通常用于齒輪嚙合和滾動(dòng)軸承缺陷等高頻振動(dòng)情況，對(duì)于高線精軋機(jī)組的故障診斷一般就是對(duì)軸承和齒輪的診斷，所以采用加速度傳感器較為合理。

圖2 高線精軋機(jī)組的測(cè)點(diǎn)圖（數(shù)字標(biāo)號(hào)即為測(cè)點(diǎn)）

軸承的故障特征頻率是分析軸承故障的一個(gè)重要理論依據(jù)，所謂的頻譜分析，就是在頻譜圖中找到所診斷軸承的故障特征頻率，從而對(duì)應(yīng)相關(guān)故障，所以在進(jìn)行故障診斷之前，了解軸承故障機(jī)理是十分必要的。

總的來(lái)講，高速線材精軋機(jī)組增速箱軸承出現(xiàn)故障時(shí)，通過(guò)多頻譜圖、趨勢(shì)圖可以看出故障發(fā)生趨勢(shì)，對(duì)于增速箱軸承內(nèi)外圈故障，可以通過(guò)速度頻譜圖和加速度頻譜圖看出對(duì)應(yīng)的基頻以及倍頻，根據(jù)對(duì)應(yīng)的故障特征頻率判斷故障位置。