陶軍，呂嘉琪

（新疆克拉瑪依市獨(dú)山子石化乙烯廠，新疆 克拉瑪依 6834003）

目前國(guó)內(nèi)各領(lǐng)域旋轉(zhuǎn)設(shè)備的狀態(tài)監(jiān)測(cè)與故障診斷技術(shù)的應(yīng)用已較為普及，由于擠壓機(jī)屬于低速、重載、變速的特殊性，國(guó)內(nèi)在擠壓機(jī)的狀態(tài)監(jiān)測(cè)與故障診斷技術(shù)存在一定的難度。隨著科技的發(fā)展，技術(shù)理論研究、監(jiān)測(cè)軟硬件的開發(fā)與應(yīng)用，在國(guó)外已經(jīng)取得突破性進(jìn)展。2014 年獨(dú)山子石化公司乙烯廠安裝了瑞典SPM 第一臺(tái)擠壓機(jī)在線監(jiān)測(cè)系統(tǒng)開始，隨后陸續(xù)安裝5 臺(tái)擠壓機(jī)在線檢測(cè)系統(tǒng)，從此展開了擠壓機(jī)在線監(jiān)測(cè)工作。

1 擠壓機(jī)狀態(tài)監(jiān)測(cè)與故障診斷原理

化工擠壓機(jī)結(jié)構(gòu)復(fù)雜、軸承、齒輪、等關(guān)鍵部件較多，運(yùn)行中的擠壓機(jī)屬于低速、變載、重載、干擾信號(hào)較多且工況環(huán)境復(fù)雜，獲取有效信號(hào)及處理難度較大，如果采用常規(guī)的振動(dòng)頻譜分析的手段，頻譜圖上將呈現(xiàn)連續(xù)而密集的寬帶譜線，故障特征信息往往被背景噪聲所湮沒，容易引起誤判或者漏判，很難起到想要的效果。

引進(jìn)SPM 擠壓機(jī)的故障分析技術(shù)，不再局限于振動(dòng)分析作為唯一的測(cè)試手段，不再以常規(guī)的基于直角坐標(biāo)系振幅的高低作為判斷齒輪故障的依據(jù)，而是建立在以高清沖擊脈沖信號(hào)的基礎(chǔ)上，專門針對(duì)軸承的早期故障進(jìn)行分析，分別以HDm/HDc 表示軸承的損傷程度和潤(rùn)滑狀態(tài)。通過數(shù)據(jù)處理單元對(duì)沖擊脈沖信號(hào)，加以轉(zhuǎn)速波動(dòng)處理，征兆增強(qiáng)功能，過濾干擾信號(hào)，突出有用信號(hào)，從而使故障診斷提前3-6 個(gè)月。

SPM 在齒輪箱故障診斷方面，采用高清包絡(luò)技術(shù)，同時(shí)結(jié)合時(shí)間同步平均、虛擬轉(zhuǎn)速等技術(shù)特點(diǎn)，對(duì)信號(hào)進(jìn)行時(shí)域分析的圓坐標(biāo)技術(shù)，圓坐標(biāo)系在采樣時(shí)，采用轉(zhuǎn)速傳感器來進(jìn)行采集相位界定，每轉(zhuǎn)一圈，采集一次完整信號(hào)，并將每轉(zhuǎn)時(shí)間和對(duì)應(yīng)的轉(zhuǎn)動(dòng)角度聯(lián)系起來，形成一一對(duì)應(yīng)關(guān)系，將直角坐標(biāo)圖形轉(zhuǎn)變?yōu)閳A坐標(biāo)圖形。完全減少了常規(guī)的大量數(shù)據(jù)的計(jì)算，這樣將對(duì)齒輪箱的故障診斷變得直觀、簡(jiǎn)單。

2 監(jiān)測(cè)系統(tǒng)的組成

監(jiān)測(cè)系統(tǒng)是瑞典SPM 公司生產(chǎn)INS10 系統(tǒng)，由INS10監(jiān)測(cè)硬件和RUBY 分析軟件2 部分組成。INS10 主要由數(shù)據(jù)采集單元、雙T 傳感器、相位探頭、相位連接線等組成。采集單元通道可以連接振動(dòng)、沖擊脈沖、轉(zhuǎn)速、溫度傳感器等進(jìn)行數(shù)據(jù)采集和傳輸。

3 測(cè)點(diǎn)的布置

3.1 沖擊脈沖傳感器

在主減速箱3 號(hào)軸徑向軸承端、4 號(hào)軸止推軸承端分別安裝沖擊脈沖42000 傳感器。用于時(shí)時(shí)檢測(cè)此處軸承的運(yùn)行狀態(tài)及潤(rùn)滑狀態(tài);故障預(yù)防及合理運(yùn)維。如圖一。

圖1 內(nèi)置沖擊脈沖傳感器

3.2 雙T 傳感器

雙T 傳感器SLC144B 是SPM 研發(fā)的雙用途傳感器，可以同時(shí)采集沖擊脈沖信號(hào)也可以采集振動(dòng)信號(hào)，安裝位置分別在主電機(jī)的驅(qū)動(dòng)端和非驅(qū)動(dòng)端軸承座上、主減速箱、齒輪泵的1#軸、2#軸、3#軸、4#軸的軸承端，同時(shí)采集軸承信號(hào)和軸及齒輪信號(hào)，雙T 傳感器最大優(yōu)勢(shì)，在于硬件很好的把軸承信號(hào)和其他振動(dòng)信號(hào)區(qū)分開；更加有利于分析。

圖2 主減速箱雙T 傳感器測(cè)點(diǎn)布置

4 圓坐標(biāo)技術(shù)應(yīng)用

圓坐標(biāo)系在采樣時(shí)，采用轉(zhuǎn)速傳感器來進(jìn)行采集相位界定，每轉(zhuǎn)一圈，采集一次完整信號(hào)，再轉(zhuǎn)一圈，再采集一次完整信號(hào)，并將每轉(zhuǎn)時(shí)間和對(duì)應(yīng)的轉(zhuǎn)動(dòng)角度聯(lián)系起來，形成一一對(duì)應(yīng)關(guān)系，將直角坐標(biāo)圖形轉(zhuǎn)變?yōu)閳A坐標(biāo)圖形，如下圖所示。

圖3 常規(guī)振動(dòng)頻譜和圓坐標(biāo)的分析齒輪信息

5 主要的故障與判斷方法

擠壓機(jī)主要故障采用高清振動(dòng)技術(shù)和沖擊脈沖技術(shù)相結(jié)合，在很大程度上實(shí)現(xiàn)了信號(hào)的區(qū)分和抗干擾能力，使故障變得更加清晰、更加準(zhǔn)確，并且實(shí)現(xiàn)量化故障程度。

5.1 軸承故障

軸承故障大部分是由多種外因引起的疲勞、磨損、塑性變形、保持架損壞以及膠合等；同時(shí)由于自身的安裝不正、潤(rùn)滑不良、品質(zhì)差、磨損等導(dǎo)致的軸承失效。

軸承故障的早期信號(hào),振動(dòng)頻率一般在20KHz-60KHz的范圍,隨著軸承故障的發(fā)展和劣化增大,信號(hào)頻率范圍也隨之發(fā)生變化,特征頻率在 500Hz-10KHz 范圍 ,這個(gè)發(fā)展變化過程中普通振動(dòng)信號(hào)通常難于發(fā)現(xiàn)!

沖擊脈沖（SPMHD）技術(shù),可以在20-60KHz 的范圍內(nèi),及時(shí)發(fā)現(xiàn)軸承信息,并可以利用SPMHD 技術(shù)的HDm/HDc ,發(fā)現(xiàn)潤(rùn)滑狀態(tài)及軸承的早期故障狀態(tài).其中HDm 代表軸承的故障程度值，HDC 表示軸承的潤(rùn)滑狀態(tài)值。

5.2 齒輪故障

齒輪箱的常見零部件故障,齒面磨損、齒面擦傷、齒面接觸疲勞、斷齒、軸不平衡、不對(duì)中、彎曲已經(jīng)滾動(dòng)軸承故障等。

采用TSA 時(shí)間同步平均技術(shù)，將齒輪的嚙合頻率和邊帶，提高信噪比，讓齒輪的有用信息更加清晰，讓干擾信號(hào)減弱。引入轉(zhuǎn)頻追蹤技術(shù)時(shí)時(shí)跟蹤轉(zhuǎn)速變化，虛擬轉(zhuǎn)速測(cè)試技術(shù)，使得齒輪箱每個(gè)齒輪和每根軸都可以得到清晰分析結(jié)果，解決了有些變速箱內(nèi)部，齒輪轉(zhuǎn)速難以測(cè)量的問題；在信號(hào)弱和低能量的情況下。加入了增益調(diào)整功能，提高了信噪比，確保齒輪的嚙合信息得到加強(qiáng)，和齒輪嚙合無關(guān)的信號(hào)得到抑制。

6 軸承與齒輪故障案例分析

圖4

全密度2 線擠壓機(jī)30VE73504 點(diǎn)HDc 值波動(dòng)比較大：從下圖中可以得出以下3 點(diǎn)：

（1）HDm 值波動(dòng)范圍越來越大；

（2）HDm 值增大的速度越來越快；

（3）前期HDc 值波動(dòng)較小，之后波動(dòng)增大。

30VE73504 點(diǎn)的軸承已出現(xiàn)故障。

圖5 輸入軸30VE73504 點(diǎn)頻譜圖

從圖中頻譜可以看出當(dāng)輸入軸30VE73504 點(diǎn)報(bào)警時(shí)，其頻譜圖的主要特征率是軸承滾動(dòng)體的故障頻率。說明輸入軸輸入端軸承的滾動(dòng)體已出現(xiàn)故障。

圖6

12 月4 日輸入軸30VE73504 點(diǎn)HDm 值出現(xiàn)最大值40后，對(duì)主減速箱進(jìn)行頻譜分析，圖中顯示主減速箱振動(dòng)加速度在50~80 m/s2 波動(dòng)，最大值超過了80m/s2。與主要齒輪磨損征兆相吻合,圓坐標(biāo)圖直接顯示齒輪有磨損情況。12 月8 日建議停機(jī)檢查,對(duì)齒輪進(jìn)行了外觀檢查，發(fā)現(xiàn)高速齒嚙合接觸面不均勻。

圖7

圖中齒輪高亮處是兩齒輪嚙合接觸面，看出輸出軸高速齒右端接觸面積明顯變小，說明高速齒支撐軸承滾動(dòng)體、滾道發(fā)生故障從而導(dǎo)致軸承游隙變大，因此產(chǎn)生如圖這種現(xiàn)象。

高速齒輪支撐軸承滾動(dòng)體沿滾動(dòng)體軸向方向發(fā)現(xiàn)了磨損、銹蝕狀況，原因是高速檔長(zhǎng)期運(yùn)行，高速齒輪支撐軸承各部位沒有相對(duì)轉(zhuǎn)動(dòng)，在齒輪嚙合的高頻沖擊下，軸承滾動(dòng)體、滾道發(fā)生磨損、點(diǎn)蝕。此次狀態(tài)監(jiān)測(cè)優(yōu)質(zhì)高效完成故障發(fā)現(xiàn)、判斷、處理，積極配合生產(chǎn)車間快速準(zhǔn)確地消除擠壓機(jī)的隱患。