低速重载齿轮箱轴承故障振动检测与诊断实例

2018-07-10 00:40梁振东
设备管理与维修 2018年7期
关键词:特征频率减速机频带

梁振东

(苏州普迪美检测技术有限公司,江苏苏州 215011)

0 引言

低速重载齿轮箱轴承一般承受较大的负荷和扭矩,在其运行过程中经常会出现局部点蚀、剥落以及滚子破碎等严重故障,一般此类齿轮箱通常用在一些大型的关键设备上,一旦发生故障,维修起来不但要花费大量的时间和费用,还会严重影响生产。案例所诊断的粮油大豆压榨厂脱溶机减速机,通常维修需要(7~10)d。通过振动监测手段,能很好地掌握齿轮箱的运行健康状态,合理安排检修时间,避免重大停车事故。

低速重载齿轮箱轴承除了受轴承质量、安装水平等影响外,通常还受设备带重载频繁启动、润滑油污染、高振动等因素的影响。轴承的疲劳、腐蚀、压痕和胶合等随着故障发展,通常会演变成磨损故障。

低速重载齿轮箱通常齿轮级数多、轴承多,运行过程中可能会产生各级齿轮啮合频率、各轴承故障特征频率、各转轴的转动频率等。频率成分较复杂,在这些频率中,通常高速轴齿轮缺陷啮合产生的冲击能量较大,产生的振动幅值也较大;低速轴轴承、齿轮缺陷产生的冲击能量往往较小,产生振动幅值较小,这就往往容易被忽视而造成漏判。通过对振动频谱和波形的分析,可以很好地找出故障源所在。对振动趋势的监测,能较好地掌握故障的恶化情况。

1 低速重载齿轮箱振动检测方法

低速重载齿轮箱的测点位置的选择,最好能布置在承载区,以获得最强的齿啮合和轴承状态信号。测量参数的选择对故障的发现尤为重要,本文采用的是振动速度通频振动和加速度长时间波形相结合。

对滚动轴承监测,可以用长时间波形监测异常冲击。重点用振动速度来监测低速重载轴承损坏的中后期阶段,当速度谱中出现了轴承故障特征频率成分并伴随边带时,轴承状态已经非常糟糕。针对滚动轴承,速度谱最大频率范围可以参考10×BPFI(Ball Pass Frequency Inner Race,轴承内圈故障频率),但不管选择什么样的频率范围,分辨率一定要足够大。长时间波形持续的时间至少取测点所在转轴转动10转所用的时间,当然持续时间越长越好,但数据量会比较大。

2 故障诊断实例

脱溶机是粮油大豆压榨厂的关键设备,该设备能否正常运行,直接关系到全厂生产的持续进行。2013年12月26日对该台设备包括电机和减速机进行了第一次振动检测,经过分析,存在的问题除了联轴器对中不良外,其他正常。2014年5月15日进行第二次振动检测,齿轮箱的状态与上次检测时相比发生了明显变化。经分析,是齿轮箱GB 2S轴上部轴承和GB 3S轴上部轴承出现了明显故障,轴承内圈出现严重磨损,需计划安排更换轴承。在加强监测下,监控运行到2014年6月28日按计划返厂检修,解体发现GB 2S轴上部轴承内圈磨损严重,GB 3S轴上部轴承内圈磨损严重,内圈在轴向上有一道整齐的断裂裂痕,验证了诊断的准确性。

脱溶机设备技术参数:电机型号YB2-400M-4,额定功率400 kW,额定转速 1486 r/min,电机前轴承 NU322(SKF),电机后轴承 6322/C3(SKF);减速机型号 4PKC 750NE(SEW),减速机额定功率400 kW,减速机速比145.686,传动形式为蛇形弹簧联轴器,设备安装基础类型为水泥刚性基础。传动结构和轴承型号见图1。

2014年5月15日振动检测时,发现减速机各测点频谱中均出现22.45 Hz多谐频振动成分,并伴随2.09 Hz边频带束,经过计算,22.45 Hz与GB 2S轴的支承轴承 NSK 23238CA在转速124.4 r/min时内圈故障特征频率相拟合,在轴承内圈故障特征频率两边出现其所在转轴(GB 2S)转频2.088 Hz的边带束(图2),长时间波形图中有明显的转频冲击信号(图3)。说明轴承内圈损坏比较严重或出现了明显磨损。

图2 转轴GB 2S频谱

图3 转轴GB 2S长时间波形

在GB 3S轴上同时也检测到5.588 Hz及多倍谐频的振动成分,经过计算,此频率与GB 3S轴的支承轴承SKF22348CC在转速36 r/min时内圈故障特征频率相拟合。但信号非常弱,如果分析时不小心可能会忽略掉。经过频谱细化放大后可以清楚了解轴承故障特征频率成分,并伴随有GB 3S轴转频0.6 Hz的边频带束(图4),虽然信号很弱,考虑到该轴承所在处的转速较低,结合以往的经验,可以肯定该轴承内圈同样出现了严重的故障。

图4 GB 3S轴转频0.6 Hz的边频带束

由于生产不允许停机,对齿轮箱进行监控运行,通过振动趋势的监测发现,GB 2S T和GB 3S T轴承测点振动值在不断抬升(图5、图6),说明轴承状态在不断恶化,在做好检修的充分准备工作后于2014年6月28日按计划停机检修。

图5 GB 2S T轴承振动趋势

图6 GB 3S T轴承振动趋势

停机后减速机返厂检修,解体检查发现,GB2S上部和 GB3S上部轴承内圈均损坏严重,见图7和图8。

由于该工厂对状态监测工作的高度关注以及密切配合,使得监测工作能够准确掌握设备的运行状况,给出合理的检修时间建议,避免突发意外停车事故。然而,另一个大豆压榨厂的脱溶机减速机轴承故障,提供了一个反面案例。2013年7月检测时发现了GB2S轴轴承(SKF22328CC)出现了内圈故障特征频率成分,并伴随GB 2S轴转频的边频带(图9),建议停机检查。但由于一直没有采取行动,也没有采取任何加强监测的手段,到9月由于轴承严重损坏导致齿轮严重损伤的二次破坏停车事故(图10),对生产造成了严重的影响。

图7 GB2S上部轴承内圈

图8 GB3S上部轴承内圈

图9 GB 2S轴轴承(SKF22328CC)频谱

图10 SKF22328CC轴承严重损坏

3 结束语

对于低速重载齿轮箱轴承用振动的方法进行监测,中前期故障是比较难发现的,所以重点监测轴承故障中后期。随着故障的发展,到了故障中后期,振动加速度和包络解调对故障特征的指示同样不明显,但可以作为趋势跟踪进行监测。在故障中后期,振动速度却是一个非常有效的测量参数,当速度谱中出现了轴承故障特征频率,可以说轴承的缺陷可以用肉眼能看得到了,此时就必须引起足够的重视,当故障发展到速度频谱中出现了轴承故障特征频率并伴随有边频带,即使是振动幅值很小,换句话说就是建议必须尽快计划更换轴承了,上述2个案例就是很好的说明。通过实际检测案例发现,当在轴承内圈故障特征频率两边出现转轴转频的边频带时,则是此类低速重载轴承损坏的一个比较明显的特征。低速重载滚动轴承一旦出现故障,故障发展得较快,这就需要制定合适的检测周期,特别是发现故障后更是如此。

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