1、問題的提出
在大型鋼鐵公司的燒結(jié)廠中，
烘干機(jī)的作用是對生產(chǎn)球團(tuán)的原料進(jìn)行烘干，烘干機(jī)的運(yùn)行狀態(tài)將對后續(xù)的球團(tuán)生產(chǎn)產(chǎn)生很大影響，并間接影響煉鐵生產(chǎn)。某鋼鐵公司燒結(jié)廠烘干機(jī)減速器在短短幾個(gè)月中多次損壞，主要表現(xiàn)為齒輪嚴(yán)重點(diǎn)蝕、磨損和斷裂。從I軸到Ⅳ軸均有齒斷裂，而且常常從根部沿整個(gè)齒寬方向大面積斷裂，有兩臺(tái)齒輪箱的使用壽命還不到20天。減速機(jī)殼體也出現(xiàn)溫度過高的現(xiàn)象，嚴(yán)重影響了生產(chǎn)，給企業(yè)造成了較大的損失。
該型烘干機(jī)的傳動(dòng)部分是由電動(dòng)機(jī)帶動(dòng)一個(gè)三級減速的減速機(jī)，再通過減速機(jī)輸出軸的小齒輪帶動(dòng)大齒圈驅(qū)動(dòng)滾筒，傳動(dòng)系統(tǒng)及監(jiān)測點(diǎn)布置簡圖見圖1。本文所研究的減速機(jī)因輸出軸轉(zhuǎn)速較低，監(jiān)測儀器的選擇和監(jiān)測振動(dòng)物理量的選擇顯得尤其重要。
2、烘干機(jī)傳動(dòng)系統(tǒng)參數(shù)
在圖1中，電動(dòng)機(jī)的型號為：Y355Ll-6異步電動(dòng)機(jī)：功率／轉(zhuǎn)速=220 kW/991 r.min-1;減速箱的型號：ZSY500型硬齒面圓柱齒輪減速機(jī)；傳動(dòng)比/=35.5；烘干筒規(guī)格為：d3 mx25 m。監(jiān)測期間烘干機(jī)進(jìn)行限產(chǎn)，產(chǎn)量為130 t/h(正常時(shí)為135 t/h)．下表為烘干機(jī)傳動(dòng)系統(tǒng)的傳動(dòng)嚙合系數(shù)。
3、振動(dòng)監(jiān)測過程及診斷分析
3.1監(jiān)測參數(shù)的選擇
本文中減速機(jī)的轉(zhuǎn)軸正常運(yùn)行頻率不高(最高不超過17 Hz)．嚙合頻率雖然較高最高達(dá)346.7 Hz)，但遠(yuǎn)未達(dá)到齒輪的固有頻率(一般在1～10 kHz)，因此不會(huì)出現(xiàn)因共振而導(dǎo)致齒輪破壞。
對振動(dòng)監(jiān)測儀器最重要的要求之一．就是能夠在足夠?qū)挼念l率范圍內(nèi)測量包括所有主要分量在內(nèi)的全部信息，對于齒輪箱其轉(zhuǎn)動(dòng)軸工作頻率可能僅有幾個(gè)赫茲，但齒輪的固有頻率又有可能高達(dá)上萬赫茲。在齒輪箱內(nèi)部損傷還未影響到實(shí)際工作之前，高頻分量已經(jīng)包含了損傷的信息，而僅當(dāng)內(nèi)部缺損發(fā)展到較大時(shí)，才在低頻信息上反映出來，因此，監(jiān)測出高頻分量并對它正確分析，是故障監(jiān)測的核心任務(wù)。
為使測量結(jié)果能夠有效反映機(jī)組實(shí)際運(yùn)行情況，根據(jù)機(jī)組特點(diǎn)和現(xiàn)場測試條件對測點(diǎn)和監(jiān)測物理量進(jìn)行了優(yōu)化選擇，分別測量了圖1監(jiān)控點(diǎn)2、3、4、5、6、7、9、10在V、A方向上的振動(dòng)速度、加速度和位移參量。Ⅱ軸的轉(zhuǎn)動(dòng)頻率和其上的嚙合頻率與其它軸比較，雖低于I軸，但高于Ⅲ、Ⅳ軸。由于進(jìn)行邊頻分析時(shí)高頻部分能反映更多的故障信息，而且，可以在軸承座上方便地貼片測量，因此，測點(diǎn)5、6成為主要振動(dòng)測量對象。
3.2監(jiān)測過程
2004年3月5日新減速機(jī)安裝完畢投產(chǎn)，至7月18日該減速機(jī)損壞．對減速機(jī)組進(jìn)行了4個(gè)多月跟蹤監(jiān)測，積累了大量振動(dòng)監(jiān)測數(shù)據(jù)。所采用的監(jiān)測系統(tǒng)為美國ENTEKIRD公司生產(chǎn)的DataPAC數(shù)據(jù)采集器及配套的EMONITOR Odyssey管理軟件。同時(shí)使用丹麥B＆K公司生產(chǎn)的BK2513型振動(dòng)測量儀對機(jī)組的振動(dòng)進(jìn)行跟蹤監(jiān)測。
4、振動(dòng)測量值分析
4.1振平值分析及趨勢分析
軸系振平值監(jiān)測是測試機(jī)器上某些特定測點(diǎn)處的總振級大小，振平可采用測量參數(shù)的有效值、峰值或者平均值，從測量的角度來看，測點(diǎn)5、6屬于中頻振動(dòng)，測量參數(shù)采用振動(dòng)速度值。趨勢分析是把所測得的特征數(shù)據(jù)和預(yù)報(bào)值按一定的時(shí)間順序排列起來進(jìn)行分析，這些特征數(shù)據(jù)可以是通頻振動(dòng)、2倍振幅、位移、速度、加速度等，趨勢分析在故障分析中起著重要作用，本文對測點(diǎn)5、6進(jìn)行了位移、速度趨勢分析。
對測點(diǎn)5、6的振動(dòng)數(shù)據(jù)分析可知，隨著減速機(jī)運(yùn)行狀態(tài)的劣化，軸承部位的振動(dòng)速度值呈現(xiàn)逐步增大態(tài)勢，見圖2和圖3。特別是從測點(diǎn)17開始，振動(dòng)速度值呈現(xiàn)出逐步增大到超出振動(dòng)可接受區(qū)域的趨勢，說明設(shè)備狀態(tài)的劣化可以明顯地通過監(jiān)測速度值來把握。
而各測點(diǎn)的振動(dòng)加速度值和位移值在整個(gè)運(yùn)行周期中，隨著減速機(jī)狀態(tài)的劣化，沒有明顯的變化規(guī)律，說明振動(dòng)加速度值和位移值的測量不能有效地反映減速機(jī)的運(yùn)行狀態(tài)。
4.2 振動(dòng)波形和頻譜分析
齒輪的振動(dòng)頻率可以分為三類：(1)軸的轉(zhuǎn)動(dòng)頻率及其諧頻；(2)齒輪的嚙合頻率及其諧頻；(3)齒輪的各階固有頻率。對減速器監(jiān)測所得到的實(shí)際振動(dòng)往往是上述各類振動(dòng)的組合，可以把這類組合簡化為線性。當(dāng)減速器出現(xiàn)某種形式的故障時(shí)，產(chǎn)生幾種動(dòng)載荷同時(shí)作用在齒輪上，使其同時(shí)產(chǎn)生幾種振動(dòng)，這些振動(dòng)相互疊加調(diào)制，表現(xiàn)出在故障頻率處出現(xiàn)大量邊帶頻譜，從齒輪振動(dòng)的邊帶頻譜中可以分析出載荷或調(diào)制信號的頻率，減速機(jī)的頻譜故障診斷實(shí)際上就是對邊頻進(jìn)行分析。
從新減速機(jī)開始運(yùn)行到報(bào)廢，觀察各個(gè)測點(diǎn)的三維加速度譜陣，可以發(fā)現(xiàn)：(1)較低頻段的加速度譜線沒有明顯變化；(2)隨著齒輪狀況劣化，較高頻段顯著變化，主要表現(xiàn)為：故障齒輪轉(zhuǎn)頻的高次諧波譜線顯著增長：故障齒輪的嚙合頻率及其2倍頻譜線增長快：在故障齒輪的嚙合頻率及其諧波附近出現(xiàn)大量邊帶，并且邊帶譜線逐步增長。圖4是5V測點(diǎn)三維加速度趨勢圖，從圖上可以清楚看到隨著齒輪狀況的劣化各頻段譜線的變化情況。
由監(jiān)測過程可知，設(shè)備正常時(shí)，機(jī)組測點(diǎn)振動(dòng)加速度波形比較隨機(jī)，只有少量無規(guī)律的脈沖信號，異常出現(xiàn)并發(fā)展時(shí)，波形上沖擊逐步增大。5V加速度波形出現(xiàn)顯著的有規(guī)律的脈沖沖擊信號，Ⅱ、Ⅲ軸嚙合頻率及其諧波譜線顯著增長，邊帶頻譜線增多。這是齒輪嚴(yán)重故障的征兆，可能有多個(gè)輪齒斷裂。
4.3檢修情況
打開減速機(jī)人孔觀察，發(fā)現(xiàn)Ⅱ軸小齒輪（齒輪軸）連續(xù)有7個(gè)齒斷裂，其中有5個(gè)齒沿齒寬方向從齒根整體斷裂，2個(gè)齒局部斷裂。Ⅳ軸齒輪大多數(shù)齒面存在剝落坑，沿著整個(gè)齒寬都出現(xiàn)剝落損傷。與監(jiān)測時(shí)的故障診斷預(yù)測相吻合，
5、結(jié) 論
通過對一類型號的減速機(jī)從基本正常到缺陷出現(xiàn)并發(fā)展，直到斷齒損壞進(jìn)行大量測試，本文運(yùn)用振動(dòng)頻譜分析、趨勢分析理論，對所得到的振動(dòng)數(shù)值、振動(dòng)加速度三維趨勢圖進(jìn)行分析，得出如下結(jié)論：
(1)在振動(dòng)值的監(jiān)測方面，以測量軸承部位的振動(dòng)速度值可以準(zhǔn)確反映減速機(jī)狀態(tài)的變化。
(2)觀察加速度頻譜的變化，并設(shè)定合適的振動(dòng)可接受門閾值，可以發(fā)現(xiàn)早期設(shè)備缺陷。
(3)正常狀態(tài)時(shí)，振動(dòng)加速度波形呈現(xiàn)隨機(jī)狀態(tài)，當(dāng)齒輪出現(xiàn)缺陷，波形中將出現(xiàn)有規(guī)律的脈沖：隨著齒輪缺陷的發(fā)展，脈沖強(qiáng)度將逐步增強(qiáng)：判定了齒輪瀕臨斷裂的臨界時(shí)間點(diǎn)，從而可以及時(shí)停機(jī)檢修。
(4)對新齒輪箱投入使用時(shí)、運(yùn)行時(shí)、嚴(yán)重破壞時(shí)所監(jiān)測的信號比較，解決了齒輪箱頻繁損壞的責(zé)任問題，得出該類型號齒輪箱的設(shè)計(jì)強(qiáng)度不足的結(jié)論。
