特鋼高速線材廠軋機齒輪箱軸承故障分析

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摘  要：馬鋼特鋼高速線材廠16#、17#軋機齒輪箱分配軸徑向軸承出現(xiàn)三次保持架斷裂故障，第一次出現(xiàn)軸承保持架斷裂故障后，技術(shù)人員在齒輪箱安裝了振動傳感器進行監(jiān)測，在后期兩次軸承保持架斷裂事故中，在線振動監(jiān)測傳感器無法提前24h拾取軸承保持架斷裂引起的振動異常信號，針對上述問題給出了原因分析。同時軸承保持架由鋼材質(zhì)更換成塑性和延展性更強的銅材質(zhì)后，機組運行4個月后沒有出現(xiàn)軸承保持架斷裂故障。關(guān)鍵詞：振動監(jiān)測；軸承保持架；分配軸；斷裂故障；振動波形；振動頻譜1　概述

2024年4月13日，馬鋼特鋼高速線材廠16#、 17#軋機齒輪箱出現(xiàn)異響，經(jīng)過檢查發(fā)現(xiàn)16#分配軸的徑向軸承（型號為NU226）和圓錐滾子軸承（型號為32222）保持架斷裂，17#分配軸徑向軸承（型號為NU226）損傷，2024年4月16日，機組經(jīng)檢修后恢復(fù)運行。檢修后的齒輪箱安裝了無線傳感器進行在線監(jiān)測，受16#和17#分配軸軸承位置的限制，僅對齒輪箱輸入軸軸向測點、16#和17#軋輥箱箱體的測點進行了振動監(jiān)測。

2024年5月26日，16#、17#軋機齒輪箱又出現(xiàn)異響，經(jīng)過檢查發(fā)現(xiàn)，齒輪箱17#分配軸徑向軸承保持架再次斷裂，但該軸承故障出現(xiàn)前，在線監(jiān)測系統(tǒng)并沒有捕捉到振動異常信號，振動幅值較小，振動波形、頻譜特征都正常［1-2］。技術(shù)人員分析認為，出現(xiàn)軸承保持架斷裂故障階段應(yīng)該會引起齒輪箱振動值明顯爬升，也應(yīng)當(dāng)會測試到異常振動信號，但本次軸承故障沒有捕捉到振動爬升的信號，這可能與傳感器沒安裝到相應(yīng)的軸承位置有直接關(guān)系。

受安裝條件限制，僅在齒輪箱輸入軸、16#和17#輥箱箱體進行了傳感器布置，沒有安裝到重點關(guān)注的軸承部位附近，應(yīng)在16#和17#分配軸兩端，盡可能找到離軸承較近的位置布置傳感器，拾取更有價值的軸承振動信號，從而預(yù)測出軸承的缺陷。

2024年5月28日，機組經(jīng)檢修后再次恢復(fù)運行。第二次檢修后，齒輪箱輸入軸驅(qū)動端軸向、輸入軸自由端軸向、16#分配軸驅(qū)動側(cè)靠近軸承筋板水平側(cè)、16#分配軸自由端軸向、17#分配軸驅(qū)動側(cè)軸向、17#分配軸自由端靠近軸承的筋板垂直和軸向共安裝了7個振動傳感器進行監(jiān)控。

2024年6月27日，16#、17#軋機齒輪箱第三次出現(xiàn)異響，經(jīng)過檢查發(fā)現(xiàn)，齒輪箱17#分配軸徑向軸承第三次出現(xiàn)保持架斷裂的嚴重故障。在增加了振動監(jiān)測點的情況下，此次故障前仍然沒有捕捉到齒輪箱振動異常信號。

2024年6月28日，對齒輪箱17#分配軸軸承進行更換，同時軸承的保持架材質(zhì)也由原來的鋼材質(zhì)更換為塑性和延展性更強的銅材質(zhì)，更換后機組一直運行到2024年11月3日，沒有出現(xiàn)軸承箱軸承故障。

2　設(shè)備傳動與測點布置簡介

16#、17#軋機是由電機、齒輪箱、軋輥箱等組成，電機功率1500 kW，結(jié)構(gòu)示意圖見圖1。17#分 配軸軸承損傷位置見圖2。

第一次出現(xiàn)軸承斷裂故障后，僅對齒輪箱輸入軸軸向測點、16#和17#軋輥箱箱體的測點進行振動監(jiān)測。第二次出現(xiàn)軸承斷裂故障后，增加了新的振動傳感器，并對傳感器布置位置進行了優(yōu)化，優(yōu)化后的振動監(jiān)測點布置圖見圖3。

3　齒輪箱軸承振動分析

2024年4月17日齒輪箱更換軸承后，振動加速度波形就存在以16#、17#分配軸為轉(zhuǎn)頻的沖擊信號，振動加速度值為2.3m/s2，頻譜中也存在等間隔的沖擊信號，更換軸承后，轉(zhuǎn)軸運行存在不穩(wěn)定特征，可能是軸承存在間隙超差，但振動幅值較小。

圖4、圖5為2024年4月20日齒輪箱輸入軸軸向振動加速度波形和加速度頻譜監(jiān)測數(shù)據(jù)。

2024年5月26日，17#分配軸軸承出現(xiàn)故障前，齒輪箱輸入軸軸向測點速度值和加速度值趨勢穩(wěn)定，振動幅值都較小，振動速度幅值在0.6mm/s以內(nèi)（見圖6），加速度幅值在3m/s2以內(nèi)（見圖7），振動值沒有明顯上升趨勢。

在2024年5月26日的振動監(jiān)測頻譜中存在以28.125 Hz的等間隔沖擊信號（見圖8），齒輪箱輸入軸軸向振動加速度頻譜的包略解調(diào)譜（見圖9）中出現(xiàn)與17#分配軸轉(zhuǎn)頻（28.125 Hz）相同的沖擊頻率及二、三、四倍頻，沒有明顯的異常信號。

針對第二次軸承故障，在5月28日下午，對齒輪箱增加了7個振動傳感器進行監(jiān)控。

根據(jù)5月30日和31日監(jiān)測的振動數(shù)據(jù)，齒輪箱存在16#、17#分配軸的沖擊信號，且沖擊信號特征明顯（見圖10），16#、17#分配軸運行存在不穩(wěn)定特征，包略解調(diào)譜出現(xiàn)與17#分配軸轉(zhuǎn)頻（28.438 Hz） 相同的沖擊頻率及二、三、四倍頻（見圖11），后續(xù)需加強跟蹤齒輪箱噪音和振動幅值的變化，監(jiān)測運行。

2024年6月27日，16#、17#軋機齒輪箱再次出現(xiàn)異響，檢查發(fā)現(xiàn)，齒輪箱17#分配軸軸承又出現(xiàn)保持架斷裂的嚴重故障。17#分配軸自由端軸向測點振動速度值較?。ㄒ妶D12），加速度值也較小，但有小幅增大趨勢（見圖13）。輸入軸自由端軸向測點 的振動速度值較?。ㄒ妶D14），加速度值有增大趨勢，幅值較大（見圖15），但振動波形和頻譜沒有明顯的異常信號（見圖16、圖17）。

4　結(jié)語

2024年5—6月，齒輪箱17#分配軸軸承出現(xiàn)兩次保持架斷裂的嚴重故障，先后兩次對齒輪箱加裝 了振動傳感器進行監(jiān)測，但都沒有提前預(yù)測出軸承保持架斷裂故障。原因是軸承保持架一旦出現(xiàn)斷裂現(xiàn)象，已是軸承故障后期，保持架斷裂故障是瞬間的，在很短時間內(nèi)產(chǎn)生，出現(xiàn)故障后，會出現(xiàn)振動值表現(xiàn)不明顯現(xiàn)象，通過振動監(jiān)測也很難預(yù)測。

軸承保持架斷裂故障和軸承內(nèi)圈、外圈、滾動體出現(xiàn)的故障不同。內(nèi)圈、外圈和滾動體出現(xiàn)嚴重故障是需要一定時間才能形成的，同時軸承的振動值也相應(yīng)有增大趨勢，在振動波形和頻譜信號中都會有明顯的軸承元件故障特征頻率，出現(xiàn)故障容易 被識別出來。而保持架故障特征頻率是各軸承元件故障頻率中最小的，本身就難以識別［3］。

出現(xiàn)軸承斷裂或開裂故障現(xiàn)象是瞬間的，在軸承保持架出現(xiàn)故障前，軸承狀態(tài)基本都是正常的，滾動體也是有序運行的，振動速度值和加速度值都正常，一旦出現(xiàn)軸承保持架斷裂已是軸承故障后期，會在較短時間內(nèi)出現(xiàn)加速度幅值爬升現(xiàn)象，但此時軸承故障已經(jīng)發(fā)生，在線振動監(jiān)測提前捕捉由保持架斷裂引起的軸承振動異常信號的能力明顯 不足，所以從根源上找到軸承保持架頻繁斷裂的原因才是解決問題的根本。

2024年7月初，通過分析對齒輪箱17#分配軸軸承保持架材質(zhì)進行重新選擇，由鋼材質(zhì)保持架更換為塑性和延展性更好的銅材質(zhì)保持架后，新軸承運行四個月，軸承狀態(tài)正常。

【參考文獻】

[1] 陳長征，胡立新.設(shè)備振動分析與故障診斷技術(shù)［M］.北京：科學(xué) 出版社，2007.

[2] 簡彥成，張國新.張力拉矯機的二自由度行星齒輪減速箱故障診 斷［J］.噪聲與振動控制，2016，36（1）：173-176.

[3] 簡彥成，賈維龍，王順利，等.某鋼廠預(yù)精軋14#軋機減速箱軸承 保持架故障診斷分析［J］.中國設(shè)備工程，2021（14）：267-269

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