李强，魏运涛，马玉成，陈珊珊
摘要：应用精密点检技术对线材机械设备进行振动监测和诊断分析。以实例介绍利用时域、频域及趋势分析等方法，判断设备当前状态，早期发现故障隐患，查找故障根源，为确定维修时间、制定维修方案提供了可靠依据，取得较好效果
关键词：精密点检技术，状态监测，故障诊断，设备管理
鞍钢线材厂将精密点检技术应用于点检量化工作中，对设备实施定期振动监测，利用时域、频域及趋势分析等方法，判断设备当前状态，早期发现故障隐患，避免突发事故，确保设备正常安全运行；查找故障根源，为确定维修时间、制定维修方案提供了可靠依据。现通过典型案例说明精密点检技术的应用情况。
一、预精轧机故障诊断处理
预精轧机是线材厂的重点关键设备。2004年11月检修一线预精轧机时，更换了输入轴的三个齿轮（以国产替代进口）。运行不到半天，即出现吱吱的异响，但始终没能找到原因。
为此，用巡检仪进行了振动测试。预精轧机的结构简图及测点布置见图1。
1．结构参数及频率
输入轴转速n=660690r/min
齿轮齿数：Z1=77，Z2=76，Z3=44，Z4=39，Z5=Z6=Z7=Z8=31，Z9=Z10=36。
各轴旋转频率：f1=1111.5Hz，f2=11.7Hz，f3＝f4=10.3Hz。
齿轮的啮合频率：fm1=847885.5Hz，fm2＝456.3Hz，fm3=319.3Hz，
各轴承均为国外生产的滚动轴承，参数不详。
图1预精轧机的结构简图及测点布置
2．诊断分析
(1)测试结果(见表1)
表中Hv、Vv、Av分别是水平、垂直和轴向的速度值，单位为mm/s；Ha、Va、Aa分别是水平、垂直和轴向的加速度值，单位为m/s2。
(2)诊断分析
从表1可看出，15架振动烈度比14架小，水平和轴向加速度幅值比14架大，但加速度最大值在14架。由于此设备结构较特殊，故不适合采用绝对标准，而又无相对标准可参照。鉴于14架与15架结构基本相同，故可采用类比标准。相比之下，14架运行状况较差。
图2、表2和图3分别为14架垂直方向时域波形图、时域指标和幅值谱。
图214架垂直方向加速度时域波形
图314架垂直方向加速度幅值谱图
①时域波形图上有调制现象，但没有周期，不够典型；峭度指标为2.83。正常境况下峭度指标应为3左右，大于3就预示着可能有故障。因为峭度指标较正常，所以从时域分析看不出设备有异常。
②频谱图的高频段如无能量堆积，则说明滚动轴承运行基本正常。从图3可看出，在15005OOOHz范围基本无能量堆积，比较平坦，可初步判定滚动轴承运行正常。
③频谱图上，啮合频率峰值较高的齿轮对一般运行状态较差。图3中最高峰值频率为856.2Hz,对应输人轴，即三根平行轴所在齿轮的啮合频率（由于实际转速有误差，所以啮合频率大致应在850880Hz之间），故该处齿轮可能存在故障。
④若啮合频率两侧存在边频带，且间隔为某一轴的转频，则说明该轴上的齿轮有故障。图3中啮合频率856.2Hz两侧存在边频带，在7501500Hz范围内细化，得到细化频谱图（图4）。可看出边带间隔大约在1025Hz之间，应是转轴旋转频率的一倍频和二倍频。由于仪器分辨率较低，而三根轴的转频都在llHz左右，故无法区分哪根轴上的齿轮出现问题。
图414架垂直方向在7501050Hz之间的加速度幅值细化频谱图
⑤图3中312.5Hz接近啮合频率fm3，由于对应的峰值不高，说明该对齿轮运行基本正常。
(3)结论
以上分析表明，异响可能是Z1、Z2齿轮啮合不正常造成。由于时域指标基本在正常范围内，故问题并不严重，短期内可维持运行，不必更换齿轮。但应定期监测，严密注视劣化趋势，并做好维修准备。
3．验证
随后的日常监测表明，异响系因新齿轮啮合不好造成。经一段时间的磨合，设备振动日益减小，目前已趋于正常。由于没有更换齿轮而节省的备件和检修费用约80万元。
二、增速机滚动轴承的振动监测及故障诊断
冶金设备中的轴承经常在高温、重载、变载，甚至是冲击载荷下工作，工作条件恶劣，检测难度大。
1．增速机结构和主要参数（见图5）
增速机由电动机驱动，转速n=1160r/min，与电机通过齿式联轴器连接。轴承型号162250B，节圆直径D=260.28mm；滚子直径d=28.57mm；滚动体个数z=22；接触角a=0°。齿轮齿数Z1=158；Z2=Z3=67。
图5增速机结构简图
2．测试参数选择和测点布置
因该设备90％为轴承故障，故选择振动速度和加速度为监测参数，测点为图中①、②位置即轴承处。
3．监测仪器
选用上海华阳HY106巡检仪，其红外通信口可直接将采集的数据传入计算机；采用的TouchMemoryTM技术可自动识别被设备号。
4．监测结果及趋势分析
2002年12月的某次巡检中，发现测点①处振动值突然增大，图6和图7是计算机软件自动生成的振动趋势图。
图6垂直方向趋势图
图7水平方向趋势图
可以看出，2002年12月9日测点①处的振动值突然增大，V22=46.6m/s2，是平时的3倍，初步判断增速机某一部位可能存在故障隐患。12月19日H22=46.0m/s2，是平时的2.5倍，并伴有异响，进一步证实增速机内部存在故障隐患。
5．频谱分析
图8和图9为测点①异常状态频谱图。
可以看出，高频段振动峰值较正常状态高出34倍，且有高频峰群，意味着轴承元件可能产生疲劳故障；低频段188(181)Hz、380Hz、761Hz、2658Hz和2840Hz处有峰值，这些频率恰好接近该轴承外圈故障特征频率及其2、4、14、15倍频；87Hz、348Hz、1045Hz、1226Hz、1302Hz的峰值频率接近轴承滚动体故障特征频率及其4、12、14、15倍频，峰值的间隔频率190Hz（或182Hz）接近轴旋转频率的10倍频193Hz，说明轴承外圈和滚动体有严重缺陷，总体判断轴承外圈和滚动体可能存在疲劳点蚀类故障。
6．故障检查和处理
停机检修时发现，滚动体有划痕，其中一个滚动体有点蚀，外圈内滚道有一处大面积点蚀。但齿轮啮合正常、润滑良好。更换轴承后，加速度值立即降到正常水平。此次设备故障的预测，成功避免了一次重大事故。
图8异常状态水平方向频谱图
图9异常状态垂直方向频谱图
参考文献：
张正松旋转机械振动监测及故障诊断．机械工业f版社，1991.
易良集．简易振动诊断现场实用技术．机械工业出版社，2003.
虞和济，韩庆大，李沈．设备故障诊断工程．冶金工业出版社，2001.