矿 业 工 程 ３２ Ｍｉｎｉｎｇ Ｅｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇ 第１２卷第５期 ２０１４年１Ｏ月 ・设备与维修・ 振动诊断技术在齿轮箱故障诊断中的应用 何凤英赵奇志 （鞍钢教育培训中心，辽宁鞍山１１４０００） 摘要：通过高炉上料主皮带传动系统齿轮箱和球磨机齿轮箱故障的诊断实例，进一步验证了在设备运 行过程中应用振动诊断技术，能够及时准确地把握设备状态、发现设备故障及故障隐患、确认设备故障部 位和故障类型，为设备维修提供可靠依据，预防事故发生。 关键词：振动诊断技术；趋势分析；齿轮点蚀；现场应用 中图分类号：ＴＨ １６５ ．３ 文献标识码：Ｂ 文章编号：１６７１—８５５０（２０１４）０５＿＿００３２—０３ １ 概述 在设备运行过程中应用振动诊断技术，能够及 时准确地把握设备状态，发现设备故障隐患，确认 设备故障部位和故障类型，预防事故发生。通过某 高炉上料主皮带传动系统齿轮箱故障诊断和齐矿球 磨机齿轮箱故障诊断案例，验证振动诊断技术在齿 备主要技术参数：电机功率Ｐ一７５ ｋＷ，电机转速 一１ ４９０ ｒ／ｍｉｎ；减速机齿轮齿数Ｚ１—２３，Ｚ ｚ一 ９１，Ｚ。一２４，Ｚ 一７６。采用ＥＴ—ＶＩ１便携式振动 分析仪对其进行振动监测，测量结果见表１。 轮箱故障诊断中的作用为设备维修提供可靠依据。 ２高炉上料主皮带传动系统齿轮箱故障的 诊断 图１ 高炉上料主皮带传动系统设备简图 高炉上料主皮带传动系统设备简图如图１。设 表１ 高炉上料主皮带传动系统振动测量结果 由表１测量结果对照ＩＳＯ２３７２振动诊断标准， 该设备处于较差运行状态。电机轴（测点①）振动 其两倍频１ １４５．０ Ｈｚ处幅值较大，这与高速级齿轮 啮合频率５７１．２ Ｈｚ（ｆ １一ｚ ｆ１—２３×２４．８３— 位移较大，减速机Ｉ轴、Ⅱ轴（测点②、③、④、 ⑤）径向振动加速度值较大，说明电机可能存在长 周期故障、减速机可能存在短周期故障。 由图２～５分析，减速机Ｉ轴两测点（测点②、 ５７１．２ Ｈｚ）及其２倍频非常接近，根据振动理论可 判断高速级齿轮存在故障；并且啮合频率及２倍谐 波频率均带有少量间隔为２５ Ｈｚ的边频带，这一边频 与Ｉ轴转频２４．８３ Ｈｚ（厂 一 一 一２４．８３ Ｈｚ） ③）振动时域波形中都有冲击现象，但冲击程度不 严重，测点②垂直方向加速度频谱图中５７２．５ Ｈｚ及 非常接近，测点③垂直方向加速度频谱图中也有相 同现象，根据振动理论可判断减速机Ｉ轴上的齿轮 存在点蚀等均部故障。虽然在频谱图中也存在低速 收稿日期：２０１５—０４—２４ 作者简介：何风英（１９６８一），女（汉族），辽宁昌图人，鞍钢教育 级齿轮的啮合频率１５０ Ｈｚ（实际为ｆ 。一ｚ。ｆ ｚ一２４ 培训中心副教授，主要从事机械设备精密点检教学及现场服务工作。 ×６．２８—１５０．７２ Ｈｚ），但其幅值较小，且没有明显 何风英等 振动诊断技术在齿轮箱故障诊断中的应用 ３３ 的边频成分，故低速级齿轮传动运行正常。 ．麟－ 一 ”一 ＝＝： …Ｏ ∞ Ｉｏｏ ｌ∞ ●∞ 图２测点②垂直方向加速度时域波形图 减速机其他轴数据分析见图６～９。由减速机 Ⅱ轴（测点④、⑤）、Ⅲ轴（测点⑥、⑦）数据时 －／ 域波形和频谱图可以看出：减速机故障源仍然为Ｉ ，Ｉ＾ ：：＝ 轴齿轮存在点蚀等均布故障。具体分析：测点④和 ⑦振动时域波形都有一定程度冲击现象；测点④垂 直方向加速度频谱图中５７２．５ Ｈｚ处幅值较大，并 图３测点②垂直方向加速度频谱图 且带有少量间隔为２５ Ｈｚ的边频带；测点⑦垂直方 向加速度频谱图中存在５７２．５ Ｈｚ及其两倍频 １ １４５．０ Ｈｚ、３倍频ｌ ７１５．０ Ｈｚ，且啮合频率处幅 值较大，并均带有少量间隔为２５ Ｈｚ的边频带，这 说明减速机Ｉ轴上的齿轮存在点蚀等均部故障。同 ０ ５。 １００ ｌ∞ Ⅻ Ⅻ‘∞ 样在频谱图中也存在低速级齿轮的啮合频率 １ ５０ Ｈｚ，但其幅值较小，且没有明显的边频成分， 故低速级齿轮传动运行正常。 综合上述分析得出：高炉上料主皮带传动系统 图４测点③垂直方向加速度时域波形图 ： 处于较差运行状态，齿轮箱高速轴齿轮存在点蚀等 一 Ｌ‘Ｉ 上． 均布性故障隐患。据设备状态监测中心提供的信 息，该设备检修时，针对故障隐患做了适当的处 理，设备运行状态大有改善。 ３球磨机齿轮箱故障的诊断 球磨机是齐大山二选车间关键设备，电动机转 速２００ ｒ／ｍｉｎ，功率３ ０００ ｋＷ，小齿轮齿数Ｚ 一 ０ 轴 １００ ｌ５０ ２＇００ ２＇５０ 期 拗 枷 ２ｌ。自２０１１年１２月以来，６ 球磨机振动增大， 图６ 测点④垂直方向加速度时域波形图 ２ ５００ ｔ△ｆ ∞０ｌｔ 图１Ｏ为６ 球磨机设备简图及其测点布置示意图。 表２为２０１３年１月１７日对设备进行振动测试结 果。 Ｉ＿ 』 ＿Ｌ Ｌ…． △ｆ＝ —Ｌ一 图１０ ６ 球磨机设备测点布置示意图 图７测点④垂直方向加速度频谱图 ＩＩｊｉ ｌ０ ｓ０ １∞ ｌｓ０ Ⅻ 巧口 Ⅻ ∞口 由表２可知：该设备齿轮箱Ｉ轴振动速度幅值 较大，参考ＩＳＯ２３７３振动速度国际标准，判断齿 轮箱运行处于较差状态。 图８测点⑦垂直方向加速度时域波形图 ３４ 矿 业 工 程 表２球磨机振动测试结果 测点③ 测点④ 轴向 ２５．６１ ５．１７ ５．１６ 第１２卷第５期 参数 ＼ 水平 ４４．９７ ８．５７ 垂直 ２５．３７ ７．８５ 水平 １５．５９ ７．Ｏ８ ９．３７ 垂直 ２２．Ｓ６ ９．９８ ８．２５ 轴向 ３２．７５ ８．４８ ５．Ｏ６ 位移／ｕｍ 速度／ｒａｍ・Ｓ 加速度／ｍ・ｓ～ 一 一３．３３ Ｈｚ，齿轮啮合频率：＿厂Ｊ ＝ －／＝ ３．３３×２１—６９．９３ Ｈｚ。在图１５中出现的主要频率 图１１ 测点③垂直方向振动位移的趋势圈 ７０ Ｈｚ与齿轮的啮合频率６９．９３ Ｈｚ非常接近，并伴 有少量较小幅值的３．５ Ｈｚ的边频带（小齿轮轴回 转频率为３．３３ Ｈｚ），同时出现齿轮啮合频率的低 次谐波；图１６显示没有明显冲击现象。根据以上 振动特征，结合齿轮故障的振动诊断理论，怀疑小 图１２测点③垂直方向振动速度的趋势图 齿轮出现磨损或点蚀现象。 图１３ 测点④垂直方向振动位移的趋势图 ： ０ 【 。． 【｛ ｆ ＾Ｌ 捌 栅１ ｌ Ｉｌ Ｌ－ ＪＪ ●∞ ● № 图１５测点④垂直方向振动速度的频谱图 聃啊０ｑ ¨＋ ｌ ｆ ■≈舶’ 图１４测点④垂直方向振动速度的趋势图 由图１１、１３的两测点位移的趋势图可知，设 备的振动位移没有发生明显变化，不存在低频类故 障迹象。从图１２、１４两测点的速度趋势图可看出， 设备的振动速度呈现逐步上升趋势，处于较差运行 状态。 ｔ ● ¨ ¨ ｌ Ｏ ＇ｌ ｌ‘ Ｉ●＃ 图１６ 测点④垂直方向振动速度的时域波形图 鉴于振幅较大且有明显增大趋势，建议应缩短 监测周期，密切关注设备振动趋势变化情况，同时 加强设备维护，改善润滑，以避免事故发生。 由图ｌ５、１６分析，球磨机的电动机和齿轮箱 小齿轮轴Ｔ作转速均为２００ ｒ／ｍｉｎ，回转频率ｆ一 Ａｐｐｌｉｃａｔｉｏｎ ｏｆ Ｖｉｂｒａｔｉｏｎ Ｄｉａｇｎｏｓｉｓ Ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ ｏｎ Ｆａｕｌｔ Ｄｉａｇｎｏｓｉｓ ｏｆ Ｇｅａｒ Ｃａｓｅ ＨＥ Ｆｅｎｇｙｉｎｇ，ＺＨＡＯ Ｑｉｚｈｉ （Ａｎｓｔｅｅｌ Ｅｄｕｃａｔｉｏｎａｌ Ｔｒａｉｎｉｎｇ Ｃｅｎｔｅｒ，Ａｎｓｈａｎ １ １ ４０００，Ｃｈｉｎａ） Ａｂｓｔｒａｃｔ：Ｆｒｏｍ ｔｈｅ ｄｉａｇｎｏｓｅ ｅｘａｍｐｌｅ ｏｆ ｍａｉｎ ｂｅｌｔ ｃｏｎｖｅｙｏｒ ｄｒｉｖｅ ｓｙｓｔｅｍ ｇｅａｒ ｃａｓｅ ｏｆ ｂｌａｓｔ ｆｕｒｎａｃｅ ｌｏａｄｉｎｇ ｍａｔｅｒｉａｌ ａｎｄ ｂａｌｌ ｍｉｌｌ ｇｅａｒ ｃａｓｅ ｆａｕｌｔｓ，ｔｈｅ ｐａｐｅｒ ｆｕｒｔｈｅｒ ｖｅｒｉｆｉｅｓ ｔｈａｔ ａｄｏｐｔｉｎｇ ｖｉｂｒａｔｉｏｎ ｄｉａｇｎｏｓｉｓ ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ ｄｕｒｉｎｇ ｔｈｅ ｅｑｕｉｐｍｅｎｔ ｏｐｅｒａｔｉｏｎ ｐｒｏｃｅｓｓ ｃａｎ ａｃｃｕｒａｔｅｌｙ ｌｅａｒｎ ｔｈｅ ｅｑｕｉｐｍｅｎｔ ｓｔａｔｅ ｉｎ ｔｉｍｅ，ｆｉｎｄ ｅｑｕｉｐｍｅｎｔ ｆａｕｌｔｓ ａｎｄ ｈｉｄｄｅｎ ｄａｎｇｅｒ，ｄｅｔｅｒｍｉｎｅ ｔｈｅ ｔｒｏｕｂｌｅ ｌｏｃａｌｉｏｎ ａｎｄ １ ｒｏｕｂｌｅ ｔｙｐｅ，ａｎｄ ｐｒｏｖｉｄｅ ｒｅｌｉａｂｌｅ ｆｏｕｎｄａｔｉｏｎ ｆｏｒ ｅｑｕｉｐｍｅｎｔ ｍａｉｎｔｅｎａｎｃｅ ｔｏ ｐｒｅｖｅｎｔ ｔｈｅ ａｃｃｉｄｅｎｔ． Ｋｅｙ ｗｏｒｄｓ：ｖｉｂｒａｔｉｏｎ ｄｉａｇｎｏｓｉｓ ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ；ｔｒｅｎｄ ａｎａｌｙｓｉｓ；ｇｅａｒ ｐｉｔｔｉｎｇ；ｓｉｔｅ ａｐｐｌｉｃａｔｉｏｎ
