林英志
摘要以分析、判断和排除一起典型故障为例，介绍集体驱动装里的故障诊断经验。
在现代化大生产中，许多流水线都是由多台单元机共同组成，一般说来，这些单元机的驱动方式分为两种：单独驱动（由多台电机分别拖动）和集体驱动（由单台电机一并拖动）。仪化公司年产1.5万t涤纶短纤维后处理生产线，包括了担负着整个丝束后处理任务的导丝、牵伸、定型、叠丝及卷曲等单元机（统称为短纤后处理装置），由于受当时变频技术的限制，采用集体驱动的方式。其中的主传动组件（习惯上称为长边轴，其动力源为一台250kW直流电机）驱动着从导丝机到卷曲机的各单元机，以保证单元机之间在一定的牵伸比要求下，线速度协调一致，实现全流程同步运转。图1是中段短纤后处理装置传动系统图，其中包含了长边轴的MG、BG3、CG3、BG2、CG2五台减（变）速器和第二牵伸机（DF2）、第三牵伸机（DF3）两台关键单元机。
显然，长边轴在传递动力的同时，也传递着振动与噪声；而在正常生产时，纤维丝束成为各单元机之间的另一根纽带。因此，一旦某个部位发生了故障，这种故障信息往往波及其它部位，这不但给日常的设备维护保养工作带来了很大的困难，同时也对状态监测与故障诊断工作造成了许多困惑。现以仪化公司涤纶二厂发生的一起典型案例，介绍处理的全部经过。
一、故障情况及分析
2002年11月17日晚，短纤10K生产线挂丝生产后，DF2即出现异常振动，并伴有规律性声响。当夜对DF2进行第一次开箱检查，检查重点为输入轴和过桥轴，未能排除故障。
18日上午，在空载状态下对DF2进行测试分析，图2、图3分别是在过桥轴和2#辊轴处采集的频谱图。从图中可以看出，其特征频率均是156Hz。
按主电机（M）输出转速1750r/min、挂轮传动比i≈1计算，156Hz恰是2#辊轴与浸渍辊中间轴之间的齿轮传动啮合频率。另外，图3中156Hz旁还出现了以牵伸辊工频3.52Hz为间隔的边带频，说明2#辊轴存在故障信息，按照以往经验，一般判断为轴孔松动、键剪切所致。根据分析结果，对DF2进行第二次开箱检查，检查重点为2#辊轴和浸渍辊中间轴，发现2#辊轴上42T齿轮与轴之间盘动存在周向位移，与监测结果相符。
对DF2实施检修，更换2#辊轴、42T齿轮、键等件。但再次挂丝开车后，异响并未就此消除。（事实上，从拆下来的情况看，轴孔及键配合尺寸超差并不严重，当时就觉得此处隐患不像是主因。）
接下来，又对与DF2毗邻连接的BG2、CG3进行了开盖检查，均未见异常。起初认为，既然声响由DF2发出，理所当然问题应该出在那一带（注：DF2与DD实际相距数米），其实这一观点带有较大的片面性，因此将监测扩大到其它机台。恰在此时（19日下午），现场发生了变化，长边轴中段以及DF3都出现了类似响声，而此时DF2的响声似乎并不明显了，这意味着症结不一定就出在DF2附近。
图4是19日晚在DF3过桥轴处测得的频谱图。从图中不难发现，过桥轴工频6.41Hz及输入轴工频11.38Hz均有明显的谐波频率成分，其中尤以过桥轴工频的4倍频25.63Hz和输入轴工频的3倍频34.15Hz幅值为最高，这说明DF3过桥轴、输入轴均存在问题。
图5为BG3处采集的频谱图，BG3啮合频率398.44Hz、DF3一级啮合频率307.37Hz、二级啮合频率179.29Hz周围均存在以DF3过桥轴工频为间隔的边带频，另外也有以输入轴工频为间隔的边带频（387.06Hz）。此外，MG、CG3等处也存在类似情况，这里就不再一一赘述。
图6和图7分别是在BG2输入端和输出端所采集的频谱图，可清楚地看到，输入端显然存在上述故障信息，而此故障信息在输出端已经明显衰减。
20日上午，再作一次系统监测，长边轴几台减速器的测试数据（均为垂直方向）见表1。比较表中数据，得知BG3处振动最大，与其相连的单元机正是DF3。
表1长边轴振动数据表
而将前后两次在DF3过桥轴处测得的数据进行比较，又发现其并不稳定，见表2。
表2DF3振动数据表
综合上述情况，认为DF3输入轴、过桥轴存在严重故障。由于：①工频fn、2fn、3fn及高次fn成分均有出现；②存在以工频fn为间隔的边带频成分；③几台减速器中，与DF3相连的BG3振动最大；④故障部位在恒定转速、负荷下，幅值不稳定（“开”和“闭”两种变化）。因此判断，输入轴、过桥轴很有可能已经出现了裂纹。
二、故障排除
20日，对DF3进行检修，在拆检的过程中，我们发现输入轴、过桥轴上的键已严重剪切，输入轴产生周向约270°裂纹，并由此导致前排几对齿轮已出现胶合现象，如果再拖几天，将会发生DF3大齿轮全部打坏的恶性事故。至21日晚开车恢复正常生产，异响完全消除，22日DF3检测数据见表2。
三、结论
由于第三牵伸机在纺丝生产流程中的特殊地位（线速度最高／负载最大），加之纤维丝束的纽带作用，可以将其看作主动机，而将第二牵伸机看作拖动机，亦即某种程度上主电机是在第二牵伸机处作负功。因此，当第二牵伸机存在薄弱环节（2#辊轴）时，其响声很大，但将其排除后，第三牵伸机自身的问题便逐渐暴露无疑。
最后总结一条重要经验，即对于此类集体驱动设备，开展状态监测与故障诊断工作必须树立全局观念，决不能仅对某台单元机或减（变）速器，而解决问题的关键在于找出主导因素。