郝鴻鑫　李俊堂　陳炳振　孫高飛（fēi）

（青島（dǎo）特殊鋼鐵有限公司裝備部）

摘　要：根（gēn）據精軋機錐箱結構特點，選用幅域和頻域2種振動分析方法，準確判（pàn）斷精軋（zhá）機錐箱軸承故障和（hé）故障發展趨勢，對（duì）診（zhěn）斷其他類似設備軸承故障具有借鑒作用。

0　引言

精軋機組作為熱軋帶鋼生產的（de）核心（xīn）部分，通常由4～8台軋機組成，各精軋機以十字交叉式緊密排布。因精軋機體積較小，內部（bù）零部件結構緊湊，轉速高（通常大於 2000 r/min），頻繁過（guò）鋼造成衝擊等原因，使內部軸承易於損壞。為（wéi）提前發現軋機內部軸承故障，保證設備運行可控，本文利用（yòng）振動（dòng）分析技術中多種參數相結合，根（gēn）據幅值和頻譜特征及兩者的變化趨勢，Z終確定軸承故障情（qíng）況。

1、振動分析技術

1.1幅域分析技術

精軋機測得的波形含（hán）有齒輪、軸承及其他零部件振動信（xìn）號，因此其波形複雜，很難直觀讀取故（gù）障信（xìn）息。幅域分析技術以信號 幅值為自變量，研究信號的幅值、相位（wèi）、能量和概率分布（bù）情況，為此可以通過以上特征的變化（huà），評估設備運行狀態。常用的幅域分析（xī）方法是查看（kàn）幅域特征值中有效值、峭度指標、裕度指標隨時 間的變化情況，評估設（shè）備是否正常。對於（yú）某個有限時（shí）間長度T的實測振動（dòng）信號 x（t），其有效（xiào）值、峭度指標和裕度指標分別為：

從公（gōng）式（2）和（3）可以看出，峭度指標和裕度指標的物理意義相似，均是用來檢測信號中有無衝擊的指標（biāo），不過（guò）公式（shì）的表達形 式差異較大，而振動有效值則是反映設備整體的運轉（zhuǎn）狀態好壞。

1.2頻域分析技術

頻域分析（xī）技（jì）術就是將測得的時（shí）間曆程上的振（zhèn）動信號通過（guò）數學方法得到原始信號的頻（pín）率分布情況（kuàng），通過分（fèn）析特定頻率分布情況判斷設備故障部位。常用的頻（pín）域分（fèn）析方法有幅（fú）值（zhí）譜（pǔ）分析、 共振解調技（jì）術等。 

幅值譜分析就是將原始振動信號直接進行快速傅裏（lǐ）葉變換（huàn）（FFT）得到頻率與幅值相關的（de）頻（pín）譜圖。共（gòng）振（zhèn）解調技術是（shì）利用（yòng）高 頻帶通濾波器剔除振動信號中帶有噪聲的“低頻”成分，保留（liú）含 有因軸承表（biǎo）麵缺陷激發的設備自身高頻固有振動及該頻（pín）率附（fù）近 的軸（zhóu）承故障衝擊成分，然後利用包絡解調去除高（gāo）頻衰減振動的 頻率成分。從而得（dé）到隻包含故（gù）障特征（zhēng）信息的低頻包絡信（xìn）號，再通 過傅氏變換得到低頻軸承故障特征頻率。 

2、故障（zhàng）案例分析

2.1 設備簡介

某廠 23# 精軋機內部結構如圖 1 所示，其中，①～⑥為錐箱各處軸承代號。錐箱齒輪齒數：z1=60，z2=95，z3=39，z4=32；本文采用加速度傳感器進行離線振動監測，測（cè）點位置在各軸承位置附近，每次采（cǎi）集時間為0.64s，線數為12800線。

2.2振動分析過程

2018年4月19日（rì），開始對該軋機錐箱進行（háng）振動監測，轉速為 2410 r/min；測（cè）得的③號軸（zhóu）承加速度幅值譜圖，特點是頻譜主要存在二級（jí）齒輪齧合頻率，2973Hz為（wéi）二級齧合頻率的3倍頻，頻譜無明顯其他頻率成分（fèn），頻譜幹淨無雜波。共振解調後的加速度包（bāo）絡頻譜圖，頻譜主要為二級齒輪齧合頻率，無其他明顯周期頻率。

2018年7月11日，發（fā）現（xiàn）③號軸承加速度包絡（luò）頻譜存在206.25 Hz 的周期頻率，轉速為 2182 r/min，該頻率與③號軸承內圈故障頻率208.73Hz接近，因（yīn）此懷疑③號軸承存在內圈（quān）故障，測得包絡幅值為4.44 m/s²。③號軸 承的加速度（dù）幅值 譜僅明顯看出二級齒輪齧合頻率895.313Hz 及其諧波，未發現間隔（gé）為（wéi） 206.25 Hz 的（de）周期頻率。比較2018年4月19日和7月11日測量結（jié）果，齧合頻率周圍出現（xiàn）大量雜亂邊頻，並存在較高的底腳（jiǎo）能量（liàng），懷疑內部存在鬆（sōng）動或摩擦。

2018年9月3日，現（xiàn）場（chǎng）人員反（fǎn）應精軋機（jī）內部存（cún）在異聲，監測後發現其加速度幅值譜“低頻”（ 0～1000 Hz）區域明顯存在159.375Hz 頻（pín）率周（zhōu）期頻率，轉速為 2080 r/min，該頻率與③號軸 承外圈故障頻率159.35Hz接近。懷疑③號軸承故障已由內圈發展至外圈，除外圈故障頻率外，頻譜含有大量雜頻，在 1000～2000 Hz 頻率範圍內頻譜存在明顯（xiǎn）的底（dǐ）腳能量，懷疑軸承故障已發展至中後期；同樣加速（sù）度（dù）包絡頻譜存在明顯159.375Hz頻率（lǜ）及其諧波，且包絡幅值由 4.44 m/s²增加至 8.3 m/s²，表明故（gù）障已（yǐ）惡化。

2018年4 月19日—9月3日，在③號軸承測點（diǎn）處測（cè）得的振（zhèn）動有效值、峭度指標（biāo）和裕度指標趨（qū）勢圖（tú），3個幅域特征值（zhí）隨著時間（jiān）?移均呈增長趨勢，且3個指標 9月3日數據均有明顯（xiǎn）增大，其中（zhōng）裕度指標（biāo）相對於峭度指標增加幅度更加明顯（xiǎn），而振動有效值也從3.24 mm/s 增加至 5.27 mm/s，已明顯超過異常值 3 mm/s。從3個指標的趨勢可（kě）以看出軸承故障自8月29日後明顯惡化。綜合上述分析（xī），懷疑 23# 精軋機錐箱③號軸承存在外圈和內圈（quān）故障，且故障已發展至中後期，故障惡化較快，建議盡快檢（jiǎn）修。

3、承拆檢確認

9月6日，拆檢23#精軋機錐箱，發現③號軸承（chéng）內圈、外圈均存在明顯局部點蝕剝落（圖 2），故障較為嚴重；除該軸承損壞外，其（qí）餘軸承表麵均無明顯故障，故障結果與診斷基本（běn）一致。

4、結（jié）語

對於精軋機錐（zhuī）箱這類體 積小，結構緊湊的設備，共振（zhèn）解調技術相對於幅值（zhí）譜其信噪比更高，更易發現軸承故 障（zhàng）。實際中振動有效值、峭度指標和裕度指標均對精軋機 軸承早期故障不敏感（gǎn），但隨著故障發展，3個數值均有不同程度增加，在一定程度上可以跟蹤軸承故障（zhàng）發展趨勢（shì）。當軸承發展至中後期，幅值譜“低頻”處會出現大（dà）量軸承故障頻率，並存在大量雜波邊頻，此（cǐ）時振動有效值也明顯增大，這2個參（cān）數變化情（qíng）況都（dōu）可以作為判斷軸承故障嚴重程度有效參考。隨著軸承故障發展，裕度指標相對於峭度（dù）指標數值變化幅度更（gèng）大，因此裕度（dù）指標對於這種局部類軸承故（gù）障更加敏感。振動分析技術可以對精軋（zhá）機這類精密設備的軸承故障進行（háng）有效診斷，節（jiē）約了維修成本，為公司預防性維（wéi）修提供有力保障。

來源：《設備管理與（yǔ）維修》2019年第23期