郝鴻鑫　李俊堂　陳炳振　孫高飛

（青島特殊鋼鐵有限公司裝備部）

摘　要：根據(jù)精軋機錐箱結(jié)構(gòu)特點，選用幅域和頻域2種振動分析方法，準確判斷精軋機錐箱軸承故障和故障發(fā)展趨勢，對診斷其他類似設(shè)備軸承故障具有借鑒作用。

0　引言

精軋機組作為熱軋帶鋼生產(chǎn)的核心部分，通常由4～8臺軋機組成，各精軋機以十字交叉式緊密排布。因精軋機體積較小，內(nèi)部零部件結(jié)構(gòu)緊湊，轉(zhuǎn)速高（通常大于 2000 r/min），頻繁過鋼造成沖擊等原因，使內(nèi)部軸承易于損壞。為提前發(fā)現(xiàn)軋機內(nèi)部軸承故障，保證設(shè)備運行可控，本文利用振動分析技術(shù)中多種參數(shù)相結(jié)合，根據(jù)幅值和頻譜特征及兩者的變化趨勢，Z終確定軸承故障情況。

1、振動分析技術(shù)

1.1幅域分析技術(shù)

精軋機測得的波形含有齒輪、軸承及其他零部件振動信號，因此其波形復(fù)雜，很難直觀讀取故障信息。幅域分析技術(shù)以信號 幅值為自變量，研究信號的幅值、相位、能量和概率分布情況，為此可以通過以上特征的變化，評估設(shè)備運行狀態(tài)。常用的幅域分析方法是查看幅域特征值中有效值、峭度指標、裕度指標隨時 間的變化情況，評估設(shè)備是否正常。對于某個有限時間長度T的實測振動信號 x（t），其有效值、峭度指標和裕度指標分別為：

從公式（2）和（3）可以看出，峭度指標和裕度指標的物理意義相似，均是用來檢測信號中有無沖擊的指標，不過公式的表達形 式差異較大，而振動有效值則是反映設(shè)備整體的運轉(zhuǎn)狀態(tài)好壞。

1.2頻域分析技術(shù)

頻域分析技術(shù)就是將測得的時間歷程上的振動信號通過數(shù)學方法得到原始信號的頻率分布情況，通過分析特定頻率分布情況判斷設(shè)備故障部位。常用的頻域分析方法有幅值譜分析、 共振解調(diào)技術(shù)等。 

幅值譜分析就是將原始振動信號直接進行快速傅里葉變換（FFT）得到頻率與幅值相關(guān)的頻譜圖。共振解調(diào)技術(shù)是利用高 頻帶通濾波器剔除振動信號中帶有噪聲的“低頻”成分，保留含 有因軸承表面缺陷激發(fā)的設(shè)備自身高頻固有振動及該頻率附近 的軸承故障沖擊成分，然后利用包絡(luò)解調(diào)去除高頻衰減振動的 頻率成分。從而得到只包含故障特征信息的低頻包絡(luò)信號，再通 過傅氏變換得到低頻軸承故障特征頻率。 

2、故障案例分析

2.1 設(shè)備簡介

某廠 23# 精軋機內(nèi)部結(jié)構(gòu)如圖 1 所示，其中，①～⑥為錐箱各處軸承代號。錐箱齒輪齒數(shù)：z1=60，z2=95，z3=39，z4=32；本文采用加速度傳感器進行離線振動監(jiān)測，測點位置在各軸承位置附近，每次采集時間為0.64s，線數(shù)為12800線。

2.2振動分析過程

2018年4月19日，開始對該軋機錐箱進行振動監(jiān)測，轉(zhuǎn)速為 2410 r/min；測得的③號軸承加速度幅值譜圖，特點是頻譜主要存在二級齒輪嚙合頻率，2973Hz為二級嚙合頻率的3倍頻，頻譜無明顯其他頻率成分，頻譜干凈無雜波。共振解調(diào)后的加速度包絡(luò)頻譜圖，頻譜主要為二級齒輪嚙合頻率，無其他明顯周期頻率。

2018年7月11日，發(fā)現(xiàn)③號軸承加速度包絡(luò)頻譜存在206.25 Hz 的周期頻率，轉(zhuǎn)速為 2182 r/min，該頻率與③號軸承內(nèi)圈故障頻率208.73Hz接近，因此懷疑③號軸承存在內(nèi)圈故障，測得包絡(luò)幅值為4.44 m/s²。③號軸 承的加速度幅值 譜僅明顯看出二級齒輪嚙合頻率895.313Hz 及其諧波，未發(fā)現(xiàn)間隔為 206.25 Hz 的周期頻率。比較2018年4月19日和7月11日測量結(jié)果，嚙合頻率周圍出現(xiàn)大量雜亂邊頻，并存在較高的底腳能量，懷疑內(nèi)部存在松動或摩擦。

2018年9月3日，現(xiàn)場人員反應(yīng)精軋機內(nèi)部存在異聲，監(jiān)測后發(fā)現(xiàn)其加速度幅值譜“低頻”（ 0～1000 Hz）區(qū)域明顯存在159.375Hz 頻率周期頻率，轉(zhuǎn)速為 2080 r/min，該頻率與③號軸 承外圈故障頻率159.35Hz接近。懷疑③號軸承故障已由內(nèi)圈發(fā)展至外圈，除外圈故障頻率外，頻譜含有大量雜頻，在 1000～2000 Hz 頻率范圍內(nèi)頻譜存在明顯的底腳能量，懷疑軸承故障已發(fā)展至中后期；同樣加速度包絡(luò)頻譜存在明顯159.375Hz頻率及其諧波，且包絡(luò)幅值由 4.44 m/s²增加至 8.3 m/s²，表明故障已惡化。

2018年4 月19日—9月3日，在③號軸承測點處測得的振動有效值、峭度指標和裕度指標趨勢圖，3個幅域特征值隨著時間?移均呈增長趨勢，且3個指標 9月3日數(shù)據(jù)均有明顯增大，其中裕度指標相對于峭度指標增加幅度更加明顯，而振動有效值也從3.24 mm/s 增加至 5.27 mm/s，已明顯超過異常值 3 mm/s。從3個指標的趨勢可以看出軸承故障自8月29日后明顯惡化。綜合上述分析，懷疑 23# 精軋機錐箱③號軸承存在外圈和內(nèi)圈故障，且故障已發(fā)展至中后期，故障惡化較快，建議盡快檢修。

3、承拆檢確認

9月6日，拆檢23#精軋機錐箱，發(fā)現(xiàn)③號軸承內(nèi)圈、外圈均存在明顯局部點蝕剝落（圖 2），故障較為嚴重；除該軸承損壞外，其余軸承表面均無明顯故障，故障結(jié)果與診斷基本一致。

4、結(jié)語

對于精軋機錐箱這類體 積小，結(jié)構(gòu)緊湊的設(shè)備，共振解調(diào)技術(shù)相對于幅值譜其信噪比更高，更易發(fā)現(xiàn)軸承故 障。實際中振動有效值、峭度指標和裕度指標均對精軋機 軸承早期故障不敏感，但隨著故障發(fā)展，3個數(shù)值均有不同程度增加，在一定程度上可以跟蹤軸承故障發(fā)展趨勢。當軸承發(fā)展至中后期，幅值譜“低頻”處會出現(xiàn)大量軸承故障頻率，并存在大量雜波邊頻，此時振動有效值也明顯增大，這2個參數(shù)變化情況都可以作為判斷軸承故障嚴重程度有效參考。隨著軸承故障發(fā)展，裕度指標相對于峭度指標數(shù)值變化幅度更大，因此裕度指標對于這種局部類軸承故障更加敏感。振動分析技術(shù)可以對精軋機這類精密設(shè)備的軸承故障進行有效診斷，節(jié)約了維修成本，為公司預(yù)防性維修提供有力保障。

來源：《設(shè)備管理與維修》2019年第23期