肖光宇，李景彬

（1.獨(dú)山子石化公司設(shè)備檢修公司，新疆 獨(dú)山子 833699；2.石河子大學(xué)機(jī)械電氣工程學(xué)院，新疆 石河子 832000）

某化工廠擠壓機(jī)齒輪泵減速箱型號PB900-SFW，功率2kW，輸入轉(zhuǎn)速850rpm，輸出轉(zhuǎn)速28.1rpm，轉(zhuǎn)速比為1:30.9。減速箱由電機(jī)驅(qū)動高速輸入齒輪軸通過兩級行星齒輪系減速驅(qū)動齒輪泵。自2013 年出現(xiàn)高速端軸承振動烈度達(dá)到5.9mm/s 超出4.5mm/s 標(biāo)準(zhǔn)要求。

1 故障診斷

由于該齒輪箱沒有在線監(jiān)測儀表，故采用現(xiàn)有離線監(jiān)測設(shè)備BH550 診斷儀進(jìn)行離線監(jiān)測分析，監(jiān)測點(diǎn)如圖1 所示。

圖1 減速箱振動測點(diǎn)布置

（1）故障頻率計算。減速箱高速齒輪軸轉(zhuǎn)速為850rpm，轉(zhuǎn)速頻率為：f=N/60=850/60 ≈14.2Hz，軸承采用SKF6222 深溝球軸承，滾動體個數(shù)為10 個、內(nèi)徑110mm、節(jié)徑115mm、滾珠直徑28.57mm、外殼直徑200mm。依據(jù)表1 計算，外圈點(diǎn)蝕率為nZf=n×10×14.2=142n，當(dāng)n 取1、2、3、…時外圈點(diǎn)蝕頻率為142Hz、284Hz、426Hz、……，內(nèi)圈缺陷頻率83.89Hz、滾動體缺陷頻率37.12Hz、保持架缺陷頻率5.78Hz 等故障特征頻率。

表1 軸承部件故障特征頻率表

（2）采樣頻率設(shè)置。BH550 診斷儀設(shè)置可選分析頻率100Hz、200Hz、500Hz、1000Hz、2000Hz、5000Hz、10000Hz、20000Hz，分析線數(shù)200、400、800、1600、3200、6400。分析頻率選取決定于設(shè)備轉(zhuǎn)速和所要判斷的故障的最高分析頻率。根據(jù)齒輪泵以往檢修發(fā)現(xiàn)故障集中在高速端軸承的磨損，根據(jù)滾動軸承特征頻率、軸承滾珠數(shù)10 個及齒輪箱星形齒輪嚙合頻率等綜合考慮需要最高分析頻率Fm 取800Hz。根據(jù)采樣定理，F(xiàn)m 與采樣頻率Fs 之間的關(guān)系一般為Fs=2.56Fm，采樣頻率Fs=2.56·Fm=2.56·800Hz=2048Hz，采樣線數(shù)M 取決于頻率分辨率ΔF，ΔF=Fm/M，M=Fm/ΔF。齒輪泵高速端轉(zhuǎn)速頻率為14.2Hz、軸承6222 特征頻率及行星齒輪嚙合頻率主要為高倍頻，設(shè)置分辨率1Hz 可以分辨出要想的頻率成分，同時采樣時間1s 保證采集效率，通過M=Fm/ΔF 計算采樣線數(shù)M=800。結(jié)合BH550 設(shè)置的分析頻率和分析線數(shù)，設(shè)置該設(shè)備振動數(shù)據(jù)采集采樣頻率為2kHz、分析線數(shù)800 線。

圖2 振動趨勢

圖3 振動波形

圖4 振動頻譜圖

（3）故障診斷分析。現(xiàn)場離線監(jiān)測情況如圖2 ～4 所示。齒輪泵垂直方向（3V）振動呈上升趨勢，振動烈度有效值達(dá)到5.9mm/s，超出標(biāo)準(zhǔn)4.5mm/s 要求。波形圖上沖擊加速度達(dá)到27m/s2，出現(xiàn)高階頻次諧波，存在明顯的沖擊尖峰，周期時間7ms 對應(yīng)頻率1000/7=142.8Hz（根據(jù)轉(zhuǎn)速變化）對應(yīng)是軸承外圈頻率的諧波頻率。頻譜圖上，正常工作狀態(tài)下的特征頻率14.2Hz（1 倍頻）已經(jīng)基本沒有了，而主要的振動能量集中在了10 倍頻外圈故障頻率142.5Hz，720 ～1200Hz 連續(xù)的尖峰振動帶，同時，在142.5Hz 故障頻率周圍還產(chǎn)生了小量的諧波。根據(jù)諧波出現(xiàn)的頻率、沖擊能量值和軸承外圈特征頻率，可以判斷軸承外圈出現(xiàn)磨損。

2 故障處理

（1）檢修點(diǎn)檢。如圖5 所示，通過解體檢修點(diǎn)檢發(fā)現(xiàn)，軸承外圈承載部位出現(xiàn)“魚鱗紋”磨損現(xiàn)象，驗(yàn)證了離線故障診斷的軸承外圈損傷的正確性。

圖5 軸承外圈點(diǎn)蝕

（2）故障處理。由于齒輪泵高速端和電機(jī)剛性連接，電機(jī)通過聯(lián)軸器和軸承形成閉環(huán)，交變磁通穿過軸承界面會產(chǎn)生軸電流對軸承產(chǎn)生靜電腐蝕，軸承外圈出現(xiàn)“魚鱗紋”磨損，為避免靜電腐蝕需切斷軸電流產(chǎn)生的回路，更換帶絕緣涂層的絕緣軸承。

3 結(jié)語

檢修后，監(jiān)測振動降到3.3mm/s 設(shè)備正常運(yùn)行。正確分析可能出現(xiàn)的故障，選擇最大分析頻率和分析線數(shù)，通過離線監(jiān)測儀器準(zhǔn)確找出軸承外圈磨損故障故障所在，為檢修點(diǎn)檢提供方向避免過度檢修，采取合理措施解決故障，實(shí)現(xiàn)機(jī)組安穩(wěn)長運(yùn)行。