目前減速機軸承的故障診斷技（jì）術手段較多，其（qí）中（zhōng）以振動診斷技術應用最為廣泛，效果較為顯著。通過跟蹤檢測（cè）起重機主起（qǐ）升機構減速器的異（yì）常振動信息，運用時域分析、頻（pín）域分析、包絡解調分析，並與同類設備相同工況對比分析，以及軸（zhóu）承運行過程中使用聽音（yīn）棒檢查等技術手段，逐步確認故障。詳細闡述了振動異（yì）常的發現、振動異（yì）常分析、劣化趨（qū）勢跟蹤，以及（jí）故（gù）障部位確認和處理的過程。

起重機用（yòng）於物料的搬（bān）運作業，減速機是起重機日常點檢維護的重要部位。隨著社會工業化水平的不斷提升及無人駕駛起重機越來越廣泛的應用，對（duì）起（qǐ）重（chóng）設備的運行效率要求越來越高（gāo）。起重設備的維修策略也經曆了從事後維修（xiū）到預防維修再到預知維修的轉變，其（qí）目的是最大限度地實現（xiàn）起重設備的高效（xiào）率運行，創造更大的經濟（jì）價值，以及更早（zǎo）地發現故（gù）障隱患，最大限度地降低故障損（sǔn）失。近年來，機械振動檢（jiǎn）測技術成（chéng）功應用於重要機械設（shè）備的（de）監測（cè）、故障預報和識別等方麵，隨著電子技術、計算機技術和人工智能的不斷發展，目前設備振動在線（xiàn）監測平台已普遍應用於工業領域，極（jí）大地提高了機械設備（bèi）的運（yùn）行效率和可靠性。

一（yī）、設（shè）備概況（kuàng）

某廠140t鑄造起（qǐ）重機主起升機構采用2台繞線式異步電動機分別驅動2台減速機，電（diàn）動（dòng）機控製方式為定子調壓調速，額定轉速589r/min。2台（tái）減（jiǎn）速機在低速軸通過鼓形齒聯軸器傳動軸同（tóng）步，減速機內部（bù）設置有棘輪棘爪裝置。傳動簡圖如圖1。

圖1  傳動簡圖

二、振動診斷

2.1 常用術語說（shuō）明

加速（sù）度時域波形：機械振動的時間函數，橫坐標為（wéi）時間，縱坐標為振動加速度振（zhèn）幅，用以描述振動的運動規律。

加速度頻譜：將時域波形進行傅裏葉變換，把信號分解為許多（duō）諧波分量，用其（qí）振（zhèn）幅和相（xiàng）位來表征各次諧波，並按其頻率（lǜ）的高低排列呈譜狀。橫坐標為時間（jiān），縱（zòng）坐標為加速度振幅，用來描述振動特征。

頻（pín）譜包絡解調：在調頻信號中，一個高頻信號（hào）的幅度是按調製信號變化的。如果把高頻調幅信號的峰點連接起來，就可以得到一個與低（dī）頻調製信號（hào）相對應的曲線，這條曲線就是包絡線（xiàn）。

峭度：無量綱參數，反映隨機變量分布特性的數值統計量，正常情況不（bú）超過3.5。由（yóu）於它與軸承（chéng）轉速（sù）、尺寸（cùn）、載荷（hé）等無關，對（duì）衝擊信號特別敏感，特別適用於表麵損傷故障、尤（yóu）其是早期故障的診斷。峭（qiào）度值越大，說明軸承故（gù）障越嚴（yán）重。

2.2 振動異常的發現

2022年1月檢測（cè）發現1台140t起重機主（zhǔ）起升機構右側減速機振動異常，周期衝擊（jī）明顯， 如（rú）圖2，但體感（gǎn）振動沒有明顯（xiǎn）變化（huà）。通（tōng）過對比發現其時域波形水平方向測點的衝擊（jī）波形比（bǐ）垂直和軸向更為明顯，即故障引起（qǐ）的振動在水平方向（xiàng）更加敏感（gǎn）。查看時域指標加速度峭度值8.56，超過正常值。

圖（tú）2  右側減速機驅動側水平方（fāng）向振動加速度時（shí）域波形

2.3振動異常原因分析（xī）

在頻域進行分析，左側減速機振動正常，觀察其時域波形如圖3，無明顯的衝擊，頻譜如圖4存在一級齧合頻率209 Hz及（jí）4次諧（xié）波的尖峰，說明一級（jí）齒輪齧合產生的振動是主（zhǔ）要振源，屬正常圖譜。

再觀（guān）察（chá）右側減（jiǎn）速機振動異常的加速度頻譜，如圖5，與（yǔ）左側對比發現中心頻率2400Hz，帶通寬度500Hz位置異常突出，懷疑為故障激起了（le）某一部件（jiàn）的固有（yǒu）頻（pín）率。

對該頻率段進行包絡解調見（jiàn）圖6，發現存在頻率為31.250 Hz的基波尖峰及諧波，說明故障頻（pín）率為31.50Hz。

圖3  左側（cè）減速機驅動側（cè）水平方向振動加速度時域波形

圖4  左側（cè）減速機驅動側水平方向振動加速度頻譜

圖5  右側（cè）減速機驅動（dòng）側水平方向振動（dòng）加速度頻譜

經過收集減速（sù）機的輸入額定轉數、各軸軸承型（xíng）號及各級齒輪齒數等信息，公（gōng）式計算出減（jiǎn）速機各部件的故障頻率見表1，比對發現故障特征頻率31.250Hz與減速機1軸軸承的滾動體（tǐ）故障（zhàng）頻率（lǜ）32.593Hz極為（wéi）接（jiē）近。因為振動檢測過（guò）程（chéng）中，設備的輸入轉數與額定值會存在一定的誤差，同時振動信號也會受到各種信號的調製，以及計算誤差等（děng）都會導致計（jì）算值與實際值存在較小的差異，且其他部件的故障特征頻率都（dōu）與該頻率存在（zài）較大的差（chà）異，所以認為31.250Hz是（shì）檢測到的調心（xīn）輥（gǔn）子軸承(型號22222CA/W33)的滾動體故障頻率。

圖6  右（yòu）側減（jiǎn）速機（jī）驅動側水平方向振（zhèn）動加速度包絡解調譜

表1  140t主起升機構減速機振動診斷參數表

2022年2月定修，打開減速機端蓋（gài）檢查（chá）軸承，由於空間（jiān）狹小不能直接觀察到軸承情況，但發現油液汙染（rǎn）嚴重，軸承較髒，如圖7。在更換了潤滑（huá）油後振動加速度幅值和加速度峭度有所下降。經過後續的跟蹤檢測（cè），輕載、重載波形及頻譜比對，以及采用軸承聽音等段，仍然（rán）懷疑1軸軸承滾動體存在輕微的疲勞脫落。同時（shí）監（jiān）測1軸兩側的振動加度，相（xiàng）比於自由側，驅動側的加速度有效值稍大，故判斷驅動側軸承故障可能性更大。

圖7  開窺視孔及軸（zhóu）承端蓋（gài）檢（jiǎn）查情況

在故障沒有確認和解決的情況下，采取監護運行措施，每3天實施1次振動監測（cè），整理數據發現（xiàn）相同工況下加速度和速度有效值在允許值內且變化不大，加速度峭度指標上下浮（fú）動與載荷大（dà）小正相（xiàng）關，且變化（huà）較大。包（bāo）絡（luò）譜中（zhōng）31.250Hz幅（fú）值呈現（xiàn）緩（huǎn）慢爬升趨勢。參考前1次開端蓋檢查情況綜合判斷，軸承缺陷可繼續監護運行。

三、故障確認

5月設備年修期間，對疑似存在缺陷的右側減速（sù）機解體檢查，打開減速機上蓋（gài），吊出減速機1軸，仔細檢查軸承後確認1軸驅（qū）動側軸承(型號：22222CA/W33)的3個滾動體（tǐ）發生疲（pí）勞脫落，如圖8，內外圈滾道及保持架無可見損傷。因準備（bèi）充分，當天更換了高速軸軸承，故障排（pái）除。

圖8  滾動體疲勞剝落

四（sì）、滾動體剝落故障原因分析

該軸承使用時間約4年，滾動體數（shù）量為18個，其中有3個滾動體出現表麵剝落，分布在軸承（chéng）的0°、90°、230°位置，剝落長度分別占到滾動（dòng）體接觸帶周（zhōu）長的1/5、1/10、1/20，觀察滾動體表麵剝落的部位均位於（yú）與內外圈接觸區域。該型號軸承的滾動體和內外圈材質及硬度基本（běn）相（xiàng）同，若因（yīn）固體汙染物過度（dù）碾壓引起（qǐ）金屬與金屬的接觸，從而造成表麵微凸體相互剪切，出現微裂（liè）紋和微剝落（luò），內外圈應有損傷，故排除這種可能。參照ISO 20816:2016(機械振動（dòng）.機械振（zhèn）動的測（cè）量和評估)和NSK產業機械用軸（zhóu）承綜合樣本(CAT.NO.CH1103b)分析故障原因為: 受到（dào）軸承質量、載荷、潤滑的影響，滾動（dòng）接觸表麵在循環載荷作用（yòng）下，隨著時間的（de）推移導致材料結構發生變（biàn）化，從而（ér）產生微裂紋。微（wēi）裂（liè）紋在滾動體表麵下的夾雜物處萌生，隨後擴（kuò）展至表麵，發生（shēng）剝落，導致（zhì）軸承過早的損壞。

五、結語

診斷案例證明了（le）運用振動（dòng）診斷技術實施周期性的振（zhèn）動監測， 是起重機關鍵減速機健康（kāng）監測的（de）有效技術手段，其特（tè）點是具有（yǒu）在早期檢測出軸承異常的能力，可以確定具體損傷（shāng）部位並對損傷的（de）程度（dù）作出量化分析。由於優點突出，振（zhèn）動診斷法在軸（zhóu）承故障診斷中得到了（le）廣泛（fàn）應用（yòng），同時在減速機的日（rì）常維護中，需定期檢測潤滑油，根據檢測結果進行更換，良好的潤滑能有效地延長減速機軸承的使用壽命。

【作（zuò）者】

馬廣程　歐冶工業品股份有限（xiàn）公司

薑永富　寶山（shān）鋼鐵股份（fèn）有限公司　上海寶鋼國際（jì）經濟貿易有限公司（sī）

肖（xiāo）仕富、李（lǐ）坦、王會明　寶山鋼鐵股份有限公（gōng）司　武漢鋼鐵有限公司

來源：《寶鋼技術》

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