定径机上下辊齿轮箱故障诊断

定径机上下辊齿轮箱故障诊断

徐胜军

上海市特种设备监督检验技术研究院，上海 300062

摘要：齿轮箱系统是现今机械、化工、船舶和航空等行业的关键设备，保证其安全、平稳地运行是设备检测维护工作的重点。齿轮箱输入轴的转速、联轴器结构和安装状态、齿轮箱负载、润滑油系统等是引起齿轮箱振动值变化的主要因素。定径机上、下辊齿轮箱是焊管厂的重要设备，在日常点检过程中发现设备振动值较5月25日周期测试数据逐渐增大，遂对该设备进行了跟踪测试及诊断分析，本文结合现场点检提供的信息，精确定位了设备故障。

关键词：滚动轴承；转频；倍频；边频带；轴承故障频率

1基本参数及相关计算

该设备每天运行时间约8小时。设备驱动电机为变频交流异步调速电动机，工作转速随工况变化。齿轮箱通过齿式联轴器与电机、轧机连接。齿轮箱内装有5类滚动轴承，型号分别为NSK32315、NSK32318、NSK32324、NSK22334、NSK23148。

2号定径机上、下辊齿轮箱1145RPM运行时，电机转频f_电机=1145/60=19.08Hz，齿轮箱输入轴的转频f_{齿轮箱输入轴}=19.08Hz。

轴承型号：32315 FTF=0.410*转频，BSF=2.625*转频，BPFO=6.563*转频，BPFI=9.437*转频

轴承型号：32318 FTF=0.410*转频，BSF=2.643*转频，BPFO=5.334*转频，BPFI=7.680*转频

轴承型号：32324 FTF=0.410*转频，BSF=2.628*转频，BPFO=6.564*转频，BPFI=9.436*转频

轴承型号：22334 FTF=0.416*转频，BSF=2.808*转频，BPFO=6.241*转频，BPFI=8.759*转频

轴承型号：23148 FTF=0.446*转频，BSF=4.518*转频，BPFO=10.261*转频，BPFI=12.739*转频

转速在1145rpm时

轴承型号：32315 FTF=7.8228，BSF=50.085，BPFO=125.222，BPFI=180.058

轴承型号：22334 FTF=7.8228，BSF=50.428，BPFO=101.773，BPFI=146.534

2使用仪器及测点布置及数据

使用的仪器有：Telesen－8823数据采集器，CSI2130振动分析仪。

图1定径机上、下辊齿轮箱测点分布图

5月26号齿轮箱输入转速为1095rpm，5月27号齿轮箱输入转速为1306rpm，5月28号齿轮箱的输入转速为1145rpm，振动值数据见下表。

定径机上、下辊齿轮箱各测点振动值

3状态分析及建议

3.1振动值分析

3.1.1从振动数值上来看，定径机上、下辊齿轮箱1测点振动值相对较大，尤其是1测点轴向轴承冲击值。

3.1.2使用2130振动测试分析仪对联轴器两端振动相位差进行测试，确定联轴器对中良好。

3.1.3电机两测点振动速度、加速度、轴承冲击值都在正常范围内，因此电机引起设备故障的可能性不大。

3.1.4齿轮箱驱动的轧机振动值很小，故轧机引起设备故障的可能性基本排除。

3.1.5根据上述情况，初步判断齿轮箱本体存在故障的可能性较大。

3.2振动信号分析

3.2.1从设备各测点振动信号看，定径机上辊齿轮箱输入轴输入侧（1测点）垂直冲击谱中的180.63Hz、361.26Hz（180.63Hz的2倍频）振动能量最大（分别是0.7867、0.4367），并伴有转频19.08Hz的边带，该频率与轴承32315的内圈故障频率180.058Hz相吻合。

3.2.2轧机轴向振动频谱中无突出能量的频率，表明轧机无明显故障。

3.2.3定径机上辊齿轮箱输入轴输入侧（1测点）水平速度谱中的360.63Hz（180.63Hz的2倍频）振动能量最大并伴有转频19.08Hz的边带，该频率与轴承32315的内圈故障频率180.058Hz的两倍频理论值高度吻合。

3.2.4 1测点振动信号中已出现高能量的轴承内圈故障频率倍频，且该测点轴承冲击值严重异常。

3.2.5通过听音棒确定异音在定径机上辊齿轮箱输入轴输入侧（1测点）最为明显。

3.2.6上述情况说明定径机上辊齿轮箱输入轴输入侧（1测点）轴承存在严重故障的可能性极大。

图2 定径机上、下辊齿轮箱振动垂直冲击频谱

图3 定径机上、下辊齿轮箱振动水平速度频谱图

4检修意见

根据5月26日、27日、28日的定径机上、下辊齿轮箱振动数据和频谱特征，我们做出最后结论：定径机上辊齿轮箱输入轴轴承有损伤，导致齿轮箱振动异常，并引起设备异音，应马上进行处理；定径机下辊齿轮箱运行状态正常。

5检修与验证

现场检查更换了定径机上辊齿轮箱输入轴轴承，发现轴承存在大面积严重损伤。这与我们的诊断结论完全吻合。通过多技术手段综合分析，准确把握受控设备的振动趋势，并准确的故障定位，避免设备发生突发事故。

6总结

通过定径机上下辊齿轮箱的故障诊断，使我们对这种相对变速的齿轮箱结构和故障特点有了一次深刻的认识，异常设备的故障诊断依据不只靠单一测试数据进行判断，而且可以从设备的异音，相位的比较，通过采集多种特征频谱同时进行判断分析。我们必须对机组进行全面的测试，多角度，多方式的分析，利用一切可能的设备结构特点，检修等信息综合分析，切实发挥故障诊断在设备管理和维修中的技术支撑作用。

参考文献：

[1]詹姆士·柏瑞.回转设备机械振动测试及诊断技术[M].夏洛特技术联合协会,1994.4

[2]德国西马力公司.机械设备故障检测技术[D].北京.中国设备管理学会维修分会,2001.5

[3]〔日〕丰田利夫.设备现场诊断的开展方法[M].机械工业出版社,1985

作者简介：徐胜军，男，工程师，从事特种设备检验检测及相关安全技术检测工作。

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