張劍
（山東鋼鐵集團萊蕪（wú）分公司設備振動診斷中心）

　　摘　要：對（duì）變工況、低速重載（zǎi）條件下的滾動軸承進行傾向化研（yán）究。采用振動趨勢分（fèn）析、熱成像等多種手段，抓住滾動軸承高（gāo）頻故障成分向低頻區下移的現象，結合無量綱參數、工作（zuò）熱場局部（bù）發熱等手段，在（zài）實際生產過程中對滾動軸承（chéng）中後期（qī）故（gù）障做出準確預警。
　　關鍵詞：振動（dòng）分析；熱成像；滾動軸承；變工況
　　通過長期的（de）現場實踐發現（xiàn），滾動軸承作（zuò）為通用零部件在各類機械中（zhōng）廣泛應用，由於自身結構、工作環境比較（jiào）複雜，極易出現故障損傷。在各類機械故障中滾動軸承造（zào）成的故障（zhàng）有很大占比，直（zhí）接（jiē）關係到整台設備的（de）運行狀態。所以（yǐ）對於（yú）滾動軸承故障的裂化傾向進（jìn）行研究（jiū）具有非常實（shí）際的現實意義。

　　在（zài）現場故障診斷中，利用振（zhèn）動信（xìn）號，獲（huò）取故障特征是Z有效的手段之一。然而以往對於滾動軸承診斷研究主要是基於恒轉速狀態下對軸承（chéng）結構（gòu）組件的基本特征頻率的計（jì）算上。但在（zài）實際現場應用中軸承的工作環境是隨著負載、工況不斷地（dì）發生變化的，尤其是現（xiàn）在變（biàn）頻調速技術的應用，變速變載、低速（sù）重載現象非常普遍。由於變量（liàng）的增加，使得滾動軸承在故障診斷分析時的特征頻率計算變（biàn）得非常複雜。運行狀態條件下，要想快（kuài）速分析判斷（duàn）、做出預警這是非常困難的事情，即使知道軸（zhóu）承型號，也會因為（wéi）轉速的不確定，造成各故障頻率的計算誤差非常大，不（bú）具備實（shí）用價值，存在一定的局限性。而且多數情況，軸承任意組件發生故障，與其接觸的（de）組件也都會（huì）存在不同程度的損傷，軸承均要整體更換。
　　1　現場監測
　　通（tōng）過現場實踐應用發現，很多情況下振動（dòng）趨勢管理可以更好、更貼合實際工作（zuò）。監測振（zhèn）動趨勢變化，掌握裂化傾向（xiàng）比計算（suàn）某一特征頻率更具實際意義。軋機在鋼鐵企業中是一重要設備，由於工況總是處在變（biàn）速（sù）、變載的狀態下，並存在嚴重（chóng）的衝擊，軸承的損壞現象是比較嚴重的。因（yīn）為軋鋼過（guò）程中軋材的尺寸、材料、溫（wēn）度、軋製下壓量、走鋼速度都是變量（liàng），要想準（zhǔn）確的計（jì）算（suàn）出（chū）軋機工作狀態下軸承組件的特征（zhēng）頻率和確定合理的振值幾乎是不可能的。針對這一問題我們開展了軋機軸承故障傾向化研究。
　　2　振動趨勢分析
　　針對（duì）某一（yī）軋線初軋電機疑似有（yǒu）故障的聯軸（zhóu）器側軸承，采用能夠連續進行數據采集的儀器（qì）進行了跟蹤監測，同時進行了熱成像監測。在軋機連續工作的狀態下，通過使用壓電式加速度傳感器ICP（Integrated Cir—cuits Piezoelectric，內（nèi）置壓電傳（chuán）感器），磁力座固定方式，采集（jí）該軸承在整個工作狀態下的振動加速度信號的波形頻譜進行對比分析。為了進一步驗證軸承損（sǔn）壞情況，在（zài）隨後（hòu）的2個月時間裏進行定期跟蹤監測，發現該軸承有明顯的高頻振動隨時間逐步（bù）向低頻區移動的現象。
　　如圖1、圖2、圖3、圖4所示，在不同時間所采集的水平方（fāng）向同一位置的電（diàn）機前軸承（chéng）振動加速度波形頻譜（pǔ）進行比較，發現3個規律。

　　（1）波形（xíng）中有明顯（xiǎn）的衝擊信號，隨著故障不斷的（de）發展，衝擊現象逐漸模糊，但到了後（hòu）期又逐漸如（rú）圖4變得清晰，衝擊變得越來越密，並出現方向性偏差。這代表著軸承接觸麵上的缺陷（xiàn）從開（kāi）始（shǐ）小範圍較突出逐漸變為大麵積存在，衝擊現象減弱，但後期隨著缺陷點的嚴重，衝擊（jī）又會變得明顯，這時軸承已經使用（yòng）壽命結束，需要及時更換了。

　　（2）在每次監測中頻譜都存在1kHz以下成分。幾次數（shù）據對比可以看（kàn）到圖1中（3.5～5）kHz的高頻區域逐漸前移進入低頻區，Z終與1kHz以下成分匯合。高頻區域又出現了新的頻譜成分。在整個（gè）測量範圍（wéi）內都有了頻率成分，說明故障點分布範（fàn）圍很大。

　　圖5記錄了（le）Z後一次監（jiān）測記錄，完整的4道軋振動加速度波（bō）形信號，可以清楚地看到在每一次軋製的開始與結束時都存（cún）在很大的衝擊現象，並（bìng）能（néng）清楚地看到波形信號正負不對稱，負方向明顯大很多，說明軸（zhóu）承剛度不一致，存在方向性偏差，瞬間峭度值超過了3，說明軸承損傷（shāng）嚴重尤其是外圈（quān）滾道。

　　3　熱成像分析（xī）
　　在進（jìn）行振動數據采集的（de）同時進行了熱成像的（de）分析（xī），對該電機故障軸承拍（pāi）攝紅外圖像，分（fèn）析該（gāi）軸承的溫度分（fèn）布情況。正常情況軸承沒問題時，軸承端蓋（gài）在（zài）等半徑的位置上（shàng）溫度應該一致，但該軸承（chéng）端蓋左（zuǒ）側下方位置明顯溫度偏高。2015-01-06的Z高溫度46.3℃（圖6），端（duān）蓋圓周方向臨近（jìn）溫度（dù）41.6℃，差4.7℃。2015-02-04的Z高溫（wēn）度38.9℃（圖7），端蓋圓周方向（xiàng）臨近溫度33.3℃，差5.6℃。

　　熱成像的優（yōu）點是通過紅外圖片可以對溫度的分布情況更加直觀，從圖7中可（kě）以清（qīng）楚地看到2月4日的高溫（wēn）發（fā）亮熱點的區域較1月6日的更加集中，增加了（le）1℃。
　　4　結果驗證
　　將故（gù）障軸承下線解體檢查，發現如圖8、圖9所示（shì）情況，滾動體嚴重磨損，內（nèi）圈對應滾道接觸麵積明顯沿軸向變（biàn）寬，外圈下（xià）滾（gǔn）道對應熱成像高溫區域已經形成條狀振痕。根據發展情況判定軸承故（gù）障為後期，更換時間非常及時。

　　在（zài）日常點檢發現軸承有輕微異音時，選擇大（dà）量程、高分辨率儀器，采用定期連續采集的方式，可以捕捉到（dào）軸承高頻振動成分（fèn）隨裂化加劇逐漸向低（dī）頻（pín）區轉移的現（xiàn）象，再結合（hé）無量綱參（cān）數歪度、峭度指標，結（jié）合熱成像技術（shù）及現場聽診等多種手段（duàn）的綜合分析，對變速（sù）變載工況下滾動軸承故障做出準確的提前預（yù）警。從發現問題到下線檢修，做到了2個（gè）月的預警時間，這在（zài）滾動（dòng）軸承中後期故障判斷上具有很好的實際應用價值。

來源：《設備管理與維修》2018年19期