棒材连轧主减速机振动监测与故障分析

赵立刚等

摘要：本文基于棒材连轧主减速机的工作原理对减速机产生振动信号的机理，以及减速机的故障特点进行研究分析，由于不同的故障引起的不同形式的振动，从减速机外部的传感器获取的振动信号对故障特征信息进行分析，进而为诊断减速机的故障提供参考依据。

关键词：减速机 齿轮 振动测试 故障诊断

0 引言

石钢公司轧钢厂大棒线全线由达涅利公司设计，2004年6月投产运行至今。其设备工艺流程为：加热炉-轧机（粗轧-中轧-精轧）-冷床-锯-成品收集，其中轧机设备作为轧钢工序的核心部分，对整个工序产能发挥起决定性作用。轧机设备按照工艺顺序分为粗轧、中轧、精轧三个部分。在轧钢设备中，减速机作为最主要的动力传输装置，其机器故障通常是由振动造成的，整条生产线的工作状况往往受到减速机运行状态的影响和制约。对于减速机来说，其故障主要出现在轴承和齿轮部位。因此，在减速机出现发生故障时，需要对减速机的齿轮进行重点分析。在运行过程中，由于齿轮间的正常磨损与疲劳，以及制造、装配精度比较差等原因，在一定程度上容易造成齿轮发生故障。齿轮作为一种高度复杂的成形零件，在机械加工过程中，与其它零件相比，无论是制造，还是装配精度，齿轮的机械加工都比较低。随着现代机械的广泛应用，对齿轮的传动提出新的要求：一方面在高速、重载等条件下要求齿轮能够正常工作；另一方面要求齿轮的工作性能具有更高的平稳性和可靠性，以及结构紧凑等，在这种情况下，进一步增加了引发齿轮发生故障的因素。根据国外研究资料统计结果显示，在旋转机械故障中，齿轮失效占10.3%。因此， 需要不断提高齿轮传动的可靠性，同时定期对机械设备中的齿轮进行监测，进而在一定程度上确保机械设备安全、平稳地运行。

1 故障踪迹分析和监测点的布置

1.1 减速机故障踪迹分析[1]

在石钢公司轧钢厂，大棒工序生产线粗轧机组安装的减速机机组总共5个，自2014年1月份以来，在工作过程中，2号减速机组的振动比较大，进而对轧机的正常运行产生严重的影响。我们初步分析了减速机振动的来源，如图1所示，通过分析可知造成减速机产生振动异常的因素是：①轧机，即负载传来的振动；②减速机的齿轮啮合和轴承损坏；③电机和减速机之间的联轴器不对中，及同轴度误差超标等。

1.2 传感器监测点布置

为了对齿轮机的故障原因进行准确定位，需要对减速机系统的振动加速度进行相应的测试，其传动简图，以及布置的加速度传感器测点，如图2所示，在高速轴Ⅱ上布置1测点传感器，在低速轴Ⅴ上布置2测点传感器，同时测量水平方向的振动情况。测试参数为：采样频率、分析频率分别为5120Hz、2000Hz，采样点数为2048。

1.3 测试仪器介绍

HY-106B测振仪是一种便携式振动测量设备，借助这种测量设备，通常情况下，能够对振动的加速度、烈度（速度）等进行直接的测量，这种测量仪器具有较宽的测量范围，并且具有最大值保持功能，同时这种设备有相应的处理软件，能够对所测数据进行分析。对于HY-106B振动信号分析仪来说，一般具有8通道，经过相应的扩展处理，其最大有32个通道，能够对微小振动、超强振动等实施测量，其储存的测点数据可以超过1000组，该设备能够对信息进行管理，同时与微机实现通信，进而在一定程度上能够对现场进行相应的监测，借助处理软件，能够对状态、趋势等进行监测和分析。

2 测试结果与故障排除

在减速机Ⅱ轴（高速）上设置振动加速度传感器，其振动加速度时域图如图3所示。在减速机Ⅱ轴（高速） 设置振动加速度传感器，其振动加速度频谱图如图4所示。在减速机Ⅴ轴（低速）上设置振动加速度传感器，其振动加速度时域图如图5所示。在减速机Ⅴ轴（低速）上设置振动加速度传感器，其振动加速度频谱图如图6所示。

通过分析，可知测点1的振动加速度为0.5g，并且有上升的趋势，明显超出正常范围，为进一步查明故障原因，通过频谱对测点1、2进行分析。通过对时域波形图进行分析可知，高速轴（测点1）的时域振动波形存在冲击信号，如图3所示，脉冲间隔0.073s，频率值13.7Hz。低速轴（测点2）振动波形比较正常，如图5所示。通过对减速机各测点频谱图进行深入分析，可以看出，无论是高速轴，还是低速轴都存在连续低分量，如图4、图6所示。通过上述分析，在齿轮啮合冲击方面，高速轴（Ⅱ轴）比较大，低速轴（Ⅴ轴）相对好一些。可见，齿轮啮合是减速机振动的主要振源，由轴承故障造成的振动相对较小，结合前面的分析可以进一步判定高速轴齿轮出现问题。随即决定打开减速机东侧观察孔检查，发现Ⅱ轴锥齿轮断齿一条，长度约为齿长的2/3，相邻齿同样位置亦有裂纹（见图7）。

诊断结果与实际故障相符，在随后的故障处理时我们更换了该锥齿轮，更换完毕后试车时再次对同一部位进行测量时，测点1，2的振动幅度明显降低，2#减速机的振动明显减小，机组运行恢复正常。

3 结束语

振动监测判断减速机故障状态是精密点检参与故障诊断技术中一次成功的实践。本次2#减速机案例使我们深刻地意识到设备状态监测工作开展的必要性与重要性。由于实施了有效的振动监测，对减速机设备状况进行有效的诊断分析，同时进行了预防和维修，进而在一定程度上避免了故障的进一步恶化，为棒材正常生产奠定基础。本次案例为以后的PMS监测工作积累了宝贵的经验。

参考文献：

[1]钟秉林，黄仁.机械故障诊断学[M].北京：机械工业出版社，1997.

[2]易良榘.简易振动诊断现场实用技术[M].北京：机械工业出版社，2003.

[3]何正嘉.机械设备非平稳信号的故障诊断原理及应用[M].北京：高等教育出版社，2001.

[4]黄永强.陈树勋.机械振动理论[M].北京：机械工业出版社，1996.

作者简介：

赵立刚（1982-），男，河北石家庄人，河北钢铁集团石钢公司，助理工程师，研究方向：设备运行管理。

刘瑞落（1982-），男，河北石家庄人，河北钢铁集团石钢公司，助理工程师，研究方向：设备运行管理。endprint

摘要：本文基于棒材连轧主减速机的工作原理对减速机产生振动信号的机理，以及减速机的故障特点进行研究分析，由于不同的故障引起的不同形式的振动，从减速机外部的传感器获取的振动信号对故障特征信息进行分析，进而为诊断减速机的故障提供参考依据。

关键词：减速机 齿轮 振动测试 故障诊断

0 引言

石钢公司轧钢厂大棒线全线由达涅利公司设计，2004年6月投产运行至今。其设备工艺流程为：加热炉-轧机（粗轧-中轧-精轧）-冷床-锯-成品收集，其中轧机设备作为轧钢工序的核心部分，对整个工序产能发挥起决定性作用。轧机设备按照工艺顺序分为粗轧、中轧、精轧三个部分。在轧钢设备中，减速机作为最主要的动力传输装置，其机器故障通常是由振动造成的，整条生产线的工作状况往往受到减速机运行状态的影响和制约。对于减速机来说，其故障主要出现在轴承和齿轮部位。因此，在减速机出现发生故障时，需要对减速机的齿轮进行重点分析。在运行过程中，由于齿轮间的正常磨损与疲劳，以及制造、装配精度比较差等原因，在一定程度上容易造成齿轮发生故障。齿轮作为一种高度复杂的成形零件，在机械加工过程中，与其它零件相比，无论是制造，还是装配精度，齿轮的机械加工都比较低。随着现代机械的广泛应用，对齿轮的传动提出新的要求：一方面在高速、重载等条件下要求齿轮能够正常工作；另一方面要求齿轮的工作性能具有更高的平稳性和可靠性，以及结构紧凑等，在这种情况下，进一步增加了引发齿轮发生故障的因素。根据国外研究资料统计结果显示，在旋转机械故障中，齿轮失效占10.3%。因此， 需要不断提高齿轮传动的可靠性，同时定期对机械设备中的齿轮进行监测，进而在一定程度上确保机械设备安全、平稳地运行。

1 故障踪迹分析和监测点的布置

1.1 减速机故障踪迹分析[1]

在石钢公司轧钢厂，大棒工序生产线粗轧机组安装的减速机机组总共5个，自2014年1月份以来，在工作过程中，2号减速机组的振动比较大，进而对轧机的正常运行产生严重的影响。我们初步分析了减速机振动的来源，如图1所示，通过分析可知造成减速机产生振动异常的因素是：①轧机，即负载传来的振动；②减速机的齿轮啮合和轴承损坏；③电机和减速机之间的联轴器不对中，及同轴度误差超标等。

1.2 传感器监测点布置

为了对齿轮机的故障原因进行准确定位，需要对减速机系统的振动加速度进行相应的测试，其传动简图，以及布置的加速度传感器测点，如图2所示，在高速轴Ⅱ上布置1测点传感器，在低速轴Ⅴ上布置2测点传感器，同时测量水平方向的振动情况。测试参数为：采样频率、分析频率分别为5120Hz、2000Hz，采样点数为2048。

1.3 测试仪器介绍

HY-106B测振仪是一种便携式振动测量设备，借助这种测量设备，通常情况下，能够对振动的加速度、烈度（速度）等进行直接的测量，这种测量仪器具有较宽的测量范围，并且具有最大值保持功能，同时这种设备有相应的处理软件，能够对所测数据进行分析。对于HY-106B振动信号分析仪来说，一般具有8通道，经过相应的扩展处理，其最大有32个通道，能够对微小振动、超强振动等实施测量，其储存的测点数据可以超过1000组，该设备能够对信息进行管理，同时与微机实现通信，进而在一定程度上能够对现场进行相应的监测，借助处理软件，能够对状态、趋势等进行监测和分析。

2 测试结果与故障排除

在减速机Ⅱ轴（高速）上设置振动加速度传感器，其振动加速度时域图如图3所示。在减速机Ⅱ轴（高速） 设置振动加速度传感器，其振动加速度频谱图如图4所示。在减速机Ⅴ轴（低速）上设置振动加速度传感器，其振动加速度时域图如图5所示。在减速机Ⅴ轴（低速）上设置振动加速度传感器，其振动加速度频谱图如图6所示。

通过分析，可知测点1的振动加速度为0.5g，并且有上升的趋势，明显超出正常范围，为进一步查明故障原因，通过频谱对测点1、2进行分析。通过对时域波形图进行分析可知，高速轴（测点1）的时域振动波形存在冲击信号，如图3所示，脉冲间隔0.073s，频率值13.7Hz。低速轴（测点2）振动波形比较正常，如图5所示。通过对减速机各测点频谱图进行深入分析，可以看出，无论是高速轴，还是低速轴都存在连续低分量，如图4、图6所示。通过上述分析，在齿轮啮合冲击方面，高速轴（Ⅱ轴）比较大，低速轴（Ⅴ轴）相对好一些。可见，齿轮啮合是减速机振动的主要振源，由轴承故障造成的振动相对较小，结合前面的分析可以进一步判定高速轴齿轮出现问题。随即决定打开减速机东侧观察孔检查，发现Ⅱ轴锥齿轮断齿一条，长度约为齿长的2/3，相邻齿同样位置亦有裂纹（见图7）。

诊断结果与实际故障相符，在随后的故障处理时我们更换了该锥齿轮，更换完毕后试车时再次对同一部位进行测量时，测点1，2的振动幅度明显降低，2#减速机的振动明显减小，机组运行恢复正常。

3 结束语

振动监测判断减速机故障状态是精密点检参与故障诊断技术中一次成功的实践。本次2#减速机案例使我们深刻地意识到设备状态监测工作开展的必要性与重要性。由于实施了有效的振动监测，对减速机设备状况进行有效的诊断分析，同时进行了预防和维修，进而在一定程度上避免了故障的进一步恶化，为棒材正常生产奠定基础。本次案例为以后的PMS监测工作积累了宝贵的经验。

参考文献：

[1]钟秉林，黄仁.机械故障诊断学[M].北京：机械工业出版社，1997.

[2]易良榘.简易振动诊断现场实用技术[M].北京：机械工业出版社，2003.

[3]何正嘉.机械设备非平稳信号的故障诊断原理及应用[M].北京：高等教育出版社，2001.

[4]黄永强.陈树勋.机械振动理论[M].北京：机械工业出版社，1996.

作者简介：

赵立刚（1982-），男，河北石家庄人，河北钢铁集团石钢公司，助理工程师，研究方向：设备运行管理。

刘瑞落（1982-），男，河北石家庄人，河北钢铁集团石钢公司，助理工程师，研究方向：设备运行管理。endprint

摘要：本文基于棒材连轧主减速机的工作原理对减速机产生振动信号的机理，以及减速机的故障特点进行研究分析，由于不同的故障引起的不同形式的振动，从减速机外部的传感器获取的振动信号对故障特征信息进行分析，进而为诊断减速机的故障提供参考依据。

关键词：减速机 齿轮 振动测试 故障诊断

0 引言

石钢公司轧钢厂大棒线全线由达涅利公司设计，2004年6月投产运行至今。其设备工艺流程为：加热炉-轧机（粗轧-中轧-精轧）-冷床-锯-成品收集，其中轧机设备作为轧钢工序的核心部分，对整个工序产能发挥起决定性作用。轧机设备按照工艺顺序分为粗轧、中轧、精轧三个部分。在轧钢设备中，减速机作为最主要的动力传输装置，其机器故障通常是由振动造成的，整条生产线的工作状况往往受到减速机运行状态的影响和制约。对于减速机来说，其故障主要出现在轴承和齿轮部位。因此，在减速机出现发生故障时，需要对减速机的齿轮进行重点分析。在运行过程中，由于齿轮间的正常磨损与疲劳，以及制造、装配精度比较差等原因，在一定程度上容易造成齿轮发生故障。齿轮作为一种高度复杂的成形零件，在机械加工过程中，与其它零件相比，无论是制造，还是装配精度，齿轮的机械加工都比较低。随着现代机械的广泛应用，对齿轮的传动提出新的要求：一方面在高速、重载等条件下要求齿轮能够正常工作；另一方面要求齿轮的工作性能具有更高的平稳性和可靠性，以及结构紧凑等，在这种情况下，进一步增加了引发齿轮发生故障的因素。根据国外研究资料统计结果显示，在旋转机械故障中，齿轮失效占10.3%。因此， 需要不断提高齿轮传动的可靠性，同时定期对机械设备中的齿轮进行监测，进而在一定程度上确保机械设备安全、平稳地运行。

1 故障踪迹分析和监测点的布置

1.1 减速机故障踪迹分析[1]

在石钢公司轧钢厂，大棒工序生产线粗轧机组安装的减速机机组总共5个，自2014年1月份以来，在工作过程中，2号减速机组的振动比较大，进而对轧机的正常运行产生严重的影响。我们初步分析了减速机振动的来源，如图1所示，通过分析可知造成减速机产生振动异常的因素是：①轧机，即负载传来的振动；②减速机的齿轮啮合和轴承损坏；③电机和减速机之间的联轴器不对中，及同轴度误差超标等。

1.2 传感器监测点布置

为了对齿轮机的故障原因进行准确定位，需要对减速机系统的振动加速度进行相应的测试，其传动简图，以及布置的加速度传感器测点，如图2所示，在高速轴Ⅱ上布置1测点传感器，在低速轴Ⅴ上布置2测点传感器，同时测量水平方向的振动情况。测试参数为：采样频率、分析频率分别为5120Hz、2000Hz，采样点数为2048。

1.3 测试仪器介绍

HY-106B测振仪是一种便携式振动测量设备，借助这种测量设备，通常情况下，能够对振动的加速度、烈度（速度）等进行直接的测量，这种测量仪器具有较宽的测量范围，并且具有最大值保持功能，同时这种设备有相应的处理软件，能够对所测数据进行分析。对于HY-106B振动信号分析仪来说，一般具有8通道，经过相应的扩展处理，其最大有32个通道，能够对微小振动、超强振动等实施测量，其储存的测点数据可以超过1000组，该设备能够对信息进行管理，同时与微机实现通信，进而在一定程度上能够对现场进行相应的监测，借助处理软件，能够对状态、趋势等进行监测和分析。

2 测试结果与故障排除

在减速机Ⅱ轴（高速）上设置振动加速度传感器，其振动加速度时域图如图3所示。在减速机Ⅱ轴（高速） 设置振动加速度传感器，其振动加速度频谱图如图4所示。在减速机Ⅴ轴（低速）上设置振动加速度传感器，其振动加速度时域图如图5所示。在减速机Ⅴ轴（低速）上设置振动加速度传感器，其振动加速度频谱图如图6所示。

通过分析，可知测点1的振动加速度为0.5g，并且有上升的趋势，明显超出正常范围，为进一步查明故障原因，通过频谱对测点1、2进行分析。通过对时域波形图进行分析可知，高速轴（测点1）的时域振动波形存在冲击信号，如图3所示，脉冲间隔0.073s，频率值13.7Hz。低速轴（测点2）振动波形比较正常，如图5所示。通过对减速机各测点频谱图进行深入分析，可以看出，无论是高速轴，还是低速轴都存在连续低分量，如图4、图6所示。通过上述分析，在齿轮啮合冲击方面，高速轴（Ⅱ轴）比较大，低速轴（Ⅴ轴）相对好一些。可见，齿轮啮合是减速机振动的主要振源，由轴承故障造成的振动相对较小，结合前面的分析可以进一步判定高速轴齿轮出现问题。随即决定打开减速机东侧观察孔检查，发现Ⅱ轴锥齿轮断齿一条，长度约为齿长的2/3，相邻齿同样位置亦有裂纹（见图7）。

诊断结果与实际故障相符，在随后的故障处理时我们更换了该锥齿轮，更换完毕后试车时再次对同一部位进行测量时，测点1，2的振动幅度明显降低，2#减速机的振动明显减小，机组运行恢复正常。

3 结束语

振动监测判断减速机故障状态是精密点检参与故障诊断技术中一次成功的实践。本次2#减速机案例使我们深刻地意识到设备状态监测工作开展的必要性与重要性。由于实施了有效的振动监测，对减速机设备状况进行有效的诊断分析，同时进行了预防和维修，进而在一定程度上避免了故障的进一步恶化，为棒材正常生产奠定基础。本次案例为以后的PMS监测工作积累了宝贵的经验。

参考文献：

[1]钟秉林，黄仁.机械故障诊断学[M].北京：机械工业出版社，1997.

[2]易良榘.简易振动诊断现场实用技术[M].北京：机械工业出版社，2003.

[3]何正嘉.机械设备非平稳信号的故障诊断原理及应用[M].北京：高等教育出版社，2001.

[4]黄永强.陈树勋.机械振动理论[M].北京：机械工业出版社，1996.

作者简介：

赵立刚（1982-），男，河北石家庄人，河北钢铁集团石钢公司，助理工程师，研究方向：设备运行管理。

刘瑞落（1982-），男，河北石家庄人，河北钢铁集团石钢公司，助理工程师，研究方向：设备运行管理。endprint