李濤　張為

（馬鋼礦業資源（yuán）集團（tuán）南山礦業公司）

摘　要：本文主要針對礦（kuàng）用軸承失效分析（xī）和故障診斷展開（kāi）研究，先（xiān）簡要（yào）分析礦（kuàng）用軸承的（de）使用工況，然後對礦用軸承的失效形式及故障表征分別進（jìn）行了闡述，Z後在礦用軸承的振動監測（cè）中，詳細論述了測量裝（zhuāng）置、測（cè）點布置、振動分析與故障診斷等內容，旨在不（bú）斷提高礦用軸承的故障診斷水平，有效（xiào）應對礦用軸承失效問題（tí）。

關鍵（jiàn）詞：礦用軸（zhóu）承；失效分析（xī）；故障診斷辦（bàn）法

現階段，設備製造企業和使用企業，對於礦山采掘（jué）設備的可靠性予以了高度重（chóng）視，這已經成為了企業內部設備管理部（bù）門共同關（guān）注（zhù）的（de）話題之一。在機械設備的支承單（dān）元中（zhōng），軸承發揮著重要（yào）的作用，加強軸承的可靠性是重中之重。一般來說，礦用設備的工作環境並（bìng）不（bú）是十分理想化，由於軸承失效，極容易導致設備故障問題的（de）出現。軸承的設計、安裝以及使用等，極容易（yì）導致軸承失效現象，所以在使用方麵，要對軸承的工作（zuò）狀態進行深（shēn）入預（yù）測、分析，不斷（duàn）提高礦山正常運作水（shuǐ）平。

一、礦用（yòng）軸承的使用（yòng）工況分析

一般來說，礦用軸承的使用工況並不理想，對其表現（xiàn）進（jìn）行（háng）分析，首先，現場空（kōng）間比較有（yǒu）限，煤礦（kuàng）機械機構比（bǐ）較（jiào）緊湊化，礦山設備不僅本體較大，自重較高，其作業處（chù）理量也比（bǐ）較大，進而增加軸承負荷。其次，采廠或礦井（jǐng）內部工作（zuò）條件（jiàn）具有高度的複雜性和多變（biàn）性，軸承的負荷變化極其顯著。再（zài）次，礦山機械重負荷，如果工況處（chù）於中速運轉下[1]，軸承受到啟動或停機（jī）時的衝擊負荷比較常見。

二、礦用軸承的失效形式及故障表征

（一）失效形式

首先，工況環境的惡劣現（xiàn）象比較嚴峻，對於粉塵等微小顆粒，一旦進入軸承內，極容易導致（zhì）失效現象的出現。其次，潤滑不良。由於潤滑劑老化現（xiàn）象的出現，在滾動體和滾道之間，潤滑油膜（mó）的完整性（xìng）不足，這（zhè）對於金屬表麵的（de）直（zhí）接接觸產生了嚴重影響（xiǎng），使表麵磨損（sǔn）程度越來越顯著，而且（qiě）在接觸表麵，裂紋或微小碎片已經（jīng）形成[2]，這也是軸承失效的原因之一。Z後，材料疲勞。在（zài）軸承承受循環應力的影響下，由於運行時間越來越長，在滾動體和軸承溝道表麵，點蝕和剝落已經出現，所以（yǐ）加劇軸承失效現象的出現。

（二）故障表征（zhēng）

對上述軸承失效形式進行分析，對（duì）於軸承失效現（xiàn）象的（de）出現，極容易損傷到其溝（gōu）道表麵，導致在軸承（chéng）運行（háng）過（guò）程中，加劇滾動體和溝道表麵間的衝（chōng）擊的發生，導致軸承的（de）振動越來越顯著（zhe），所以軸承（chéng）振動（dòng）的大小，可以對軸承故障進行準確判斷。軸承振動的測量（liàng），可以避免對設備正常（cháng）工作造成影響，所以在軸承故障監測中，具有較高的應用價值。以某行星齒輪減速器裝置在煤礦生產領域實際（jì）使用中出現故障，拆解後顯示輸出裝置行星輪中一行軸承（chéng）發生損壞，另一行兩盤軸承（chéng）均表現出（chū）不同程度上（shàng）的損（sǔn）壞情況，致使大內齒（chǐ）圈輪（lún）齒以（yǐ）及行星輪出現相應損壞。通過對損壞軸承零件化學成分、金相組織以及硬度（dù）進（jìn）行分（fèn）析的（de）方（fāng）式，可（kě）以得到有關軸承失效原因的具體（tǐ）結論：發生斷裂（liè）的外圈滾道表麵存（cún）在擠（jǐ）壓痕跡，表麵有明顯的圓周向加工刀紋，這一特性說明外（wài）圈滾道表麵相對粗糙，表麵波穀明顯，從本質上來說得就好比裂紋或者尖角缺口，對應力集中呈現出了（le）較高的（de）敏感性，會導致其（qí）與滾子圓柱表麵的接觸應力呈現出的明顯的增大（dà）趨（qū）勢，Z終對軸承部件的使用壽命以及具體性能產生不良影響，在導致軸承早期失效方麵扮演（yǎn）著非常重要的角色。而從硬度上來說，使用過（guò）的軸承部件外圈、內圈以及尚（shàng）未出現破損情況（kuàng）的滾子（zǐ）在硬度值表（biǎo）現方麵均符（fú）合滾動軸承零件（jiàn）的硬度要求，低倍熱（rè）酸浸試驗結果表（biǎo）明：內圈、外圈鋼中存在枝晶偏析，滾子鋼中存（cún）在中心帶狀偏析，偏析超標，影響軸承鋼的力學性能，對熱處理及加（jiā）工工藝也有影響。除此以（yǐ）外，在諸多對軸承零件使用壽命長短以及機械性能水平產（chǎn）生影響的因素當中，非金（jīn）屬（shǔ）夾雜物、碳化（huà）物、以及偏（piān）析的具體形態、分布情況發揮著非常重要（yào）的決定（dìng）作用（yòng）。對於軸承部件而言，圓柱滾子是以線接觸的形式參與服役運行，所承受接觸應力（lì）水平（píng）高，滾子圓（yuán）柱表（biǎo）麵任一點均可能作為工（gōng）作點，對（duì）偏（piān）析、非金屬夾雜物和碳化物的形態及分（fèn）布均勻性有著更為嚴格的要求;受損滾子內部有中心帶狀偏析缺陷，鋼中C類夾雜級別與（yǔ）標準要求不（bú）符，受損滾子網狀碳化物大於3.0級與標準要（yào）求不符;偏析與非金屬夾雜物、網狀碳化物超（chāo）標，是軸承滾子失效的（de）主要因素。從上述分析中，可以對行星齒輪減速器裝置軸承部件失效的原因以及具體表現進行總（zǒng）結：首先，軸承部件（jiàn）外圈、內圈以及滾子硬（yìng）度（dù）均符合鋼滾動軸承在零件硬度（dù）方麵的具體要求;其次，軸承部件外圈（quān）滾道表麵有明（míng）顯的加工刀紋，且呈圓周狀分布，表麵粗糙（cāo）程度（dù）高，導致其（qí）與滾子圓柱表麵的接觸應力高，直接導致了軸承部件的（de）早起失效;Z後，軸承滾子鋼中（zhōng）偏析、網（wǎng）狀碳化物超標以及非金（jīn）屬夾雜物（wù）的存在是導致軸承滾子部件發（fā）生失效的（de）主（zhǔ）要原因。

三、礦用軸承的振動監測

（一）測量裝置（zhì）

簡易振動傳感（gǎn）器和（hé）精密（mì）振（zhèn）動（dòng）傳感器，是振動傳感器的重要構成內容，首先，對於簡易振動傳感（gǎn）器來說，其監（jiān）測參數主要以設備振（zhèn）動量為主，對振動值大小進行分析，為設備是否正常的判斷（duàn）提供（gòng）一定的依據。在監測設備後，所獲得的振動信號具有一定的規律性，通過其分析，可以有效檢測和診斷設備的（de）故障問題。對這種方法進（jìn）行分（fèn）析，具有廣闊的覆蓋範圍，數據采（cǎi）集密度較為明顯，而且沒有對儀器（qì）配置和技術水（shuǐ）平提出較高（gāo）的要（yào）求，在（zài）儀器配置中，測振筆比較常見。

其（qí）次，對（duì）於精密振（zhèn）動傳感器來說，可（kě）以對故障性質和振動部件等進行判斷（duàn），並確保設備（bèi）故障排（pái）除方法的高度有效性。精密診斷，在少量關鍵設備的（de）監（jiān）測中具有（yǒu）較高（gāo）的適用（yòng）性，而且還可（kě）以有效分析和診斷異常的設備。精密振動傳（chuán）感（gǎn）器（qì），其頻（pín）率采集範圍比較寬，而（ér）且動態響（xiǎng）應範圍比較大，同時（shí）有助於將數據處理能（néng）力提（tí）升上來，其精度性和可靠性已經得到了（le）充分（fèn）發揮。

（二）測點布（bù）置

對軸承振動進行分析，其產生主要體現在滾動體和溝道（dào）的衝擊方（fāng）麵，其傳播方（fāng）向（xiàng）與軸承的徑向（xiàng）方向相一致。所以在布置（zhì）振動測點過程中，要做到：，在（zài）軸承（chéng）、軸承座的位置處，應合理布置測點。第二，測點應與布置在軸承的負載區保持（chí）較近的距離。第三，測點（diǎn）要對衝擊波能直線（xiàn）傳播（bō）到的位置予（yǔ）以（yǐ）優先選擇。合理控製好軸承（chéng）到測點的距離，滿足短、直要求，避免與（yǔ）零件間多界麵及空腔部位保（bǎo）持（chí）較近（jìn）的距離。第四，要想不斷提高軸承的振動的監測全麵性[3]，測量（liàng）工作要在3個相互（hù）垂直的方向上來進行。在水平安裝（zhuāng）的設備（bèi）方麵，水平和垂直方向得（dé）到了廣（guǎng）泛應用，而且在補（bǔ）充方（fāng）麵（miàn），軸向（xiàng）測量比較適用。針（zhēn）對（duì）垂直或傾斜的設備，往往沿著彈（dàn）性軸的方向進行測量，並對徑向方向進行測量。

（三（sān））振動分析與（yǔ）故障（zhàng）診斷

1.振動速度有效值

基於額定工況條（tiáo）件，設備的振動數據，數據點應在10個以上，時間跨度（dù）也應在30天以上，並對其平均值進（jìn）行計算（suàn），以此來作為振動值（zhí）。結合相關標準要求限製，如下表所示，在選種相應的（de）限值後，為該設備（bèi）的振動評判標準提供保證。在設備維修的影響下（xià），振動情（qíng）況（kuàng）的（de）變化極其顯著，這時要加強評判（pàn）標（biāo）準的重新構建。

2.加速度包絡

在軸承運行過（guò）程中，對產生的衝擊進行分（fèn）析，極容易導致軸承套圈的出現，加（jiā）強共振解調技術的應用，可以對引發軸（zhóu）承座共振的衝擊信號進行求解，該衝擊信號，在軸承的初期失效方麵得到（dào）了廣泛應用，並為早期預警分析提供一定的幫助，及時將問題（tí）進行排除。對加速度包絡值（zhí）趨勢進行分析[4]，可以確保軸承的故障（zhàng）檢測的準確性。由（yóu）於軸承外圈缺陷的出現，某膠帶減速機具有明顯的加速度包絡頻（pín）譜故障特征。在維修後，加速度包絡趨（qū）勢並不是特別顯著，在運行時間不斷增加的影響下，加速度包絡值（zhí）越（yuè）來越（yuè）大。下圖為維修後加速（sù）度包絡值趨勢：

（四）加（jiā）強BP網絡的應用

在機（jī）械故障診（zhěn）斷技術中，人工神經網絡具有較（jiào）高的應用價值，也就是借助對（duì）機械故障信（xìn）息的訓練學習，然後（hòu）對分布在網絡內部的連接權值進行應用，從而（ér）將學習的故障診（zhěn）斷知識進行表達。因此，該方法的故障模式的聯想記憶優勢（shì）顯著，而且模式匹配和相似歸納能力較高，可以（yǐ）給予故障（zhàng）與征兆之（zhī）間的非線性映射關（guān）係一定的保障。對軸承故障診斷（duàn）要求進行分析，加強基於BP神經網絡的軸承故障診斷（duàn）係統（tǒng）的（de）構建，在該係統的診斷步驟中，可以有效（xiào）采集故（gù）障信息，加強網絡訓練樣（yàng）本集的構建。

四、結語

綜上所（suǒ）述，在礦用軸承狀態監測方麵，振動監測發揮著重（chóng）要的作用（yòng），而且振動監測，有助於不斷提高故障診斷水平。加速度包絡頻譜技術，可（kě）以將軸承故障診斷的準確（què）性提升上來，加速度包絡趨勢分析，也可以對軸承的工（gōng）作狀態予以反映，將（jiāng）二者結合在一（yī）起（qǐ），可以更好地識別和預測軸承故（gù）障。本文上述（shù）分析中嚐（cháng）試圍繞礦用軸承失效分析和故障診斷展（zhǎn）開研究，對礦用軸承的失效形（xíng）式及故障表征分別進行（háng）了闡述，並結合某行星齒輪減速器裝置軸承故障（zhàng）表現對失效原因進行概括與總結（jié），Z後在礦用軸承的振（zhèn）動監測中，詳細（xì）論述了測量裝置、測點布置、振動分析與故障診斷等內容，對於（yú）礦用軸承故障診斷（duàn）技（jì）術的進一（yī）步發展有重要意義。