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摘  要：馬鋼特鋼高速線材廠16#、17#軋機(jī)齒輪箱分配軸徑向軸承出現(xiàn)三次保持架斷裂故障，第一次出現(xiàn)軸承保持架斷裂故障后，技術(shù)人員在齒輪箱安裝了振動(dòng)傳感器進(jìn)行監(jiān)測(cè)，在后期兩次軸承保持架斷裂事故中，在線振動(dòng)監(jiān)測(cè)傳感器無(wú)法提前24h拾取軸承保持架斷裂引起的振動(dòng)異常信號(hào)，針對(duì)上述問(wèn)題給出了原因分析。同時(shí)軸承保持架由鋼材質(zhì)更換成塑性和延展性更強(qiáng)的銅材質(zhì)后，機(jī)組運(yùn)行4個(gè)月后沒(méi)有出現(xiàn)軸承保持架斷裂故障。關(guān)鍵詞：振動(dòng)監(jiān)測(cè)；軸承保持架；分配軸；斷裂故障；振動(dòng)波形；振動(dòng)頻譜1　概述

2024年4月13日，馬鋼特鋼高速線材廠16#、 17#軋機(jī)齒輪箱出現(xiàn)異響，經(jīng)過(guò)檢查發(fā)現(xiàn)16#分配軸的徑向軸承（型號(hào)為NU226）和圓錐滾子軸承（型號(hào)為32222）保持架斷裂，17#分配軸徑向軸承（型號(hào)為NU226）損傷，2024年4月16日，機(jī)組經(jīng)檢修后恢復(fù)運(yùn)行。檢修后的齒輪箱安裝了無(wú)線傳感器進(jìn)行在線監(jiān)測(cè)，受16#和17#分配軸軸承位置的限制，僅對(duì)齒輪箱輸入軸軸向測(cè)點(diǎn)、16#和17#軋輥箱箱體的測(cè)點(diǎn)進(jìn)行了振動(dòng)監(jiān)測(cè)。

2024年5月26日，16#、17#軋機(jī)齒輪箱又出現(xiàn)異響，經(jīng)過(guò)檢查發(fā)現(xiàn)，齒輪箱17#分配軸徑向軸承保持架再次斷裂，但該軸承故障出現(xiàn)前，在線監(jiān)測(cè)系統(tǒng)并沒(méi)有捕捉到振動(dòng)異常信號(hào)，振動(dòng)幅值較小，振動(dòng)波形、頻譜特征都正常［1-2］。技術(shù)人員分析認(rèn)為，出現(xiàn)軸承保持架斷裂故障階段應(yīng)該會(huì)引起齒輪箱振動(dòng)值明顯爬升，也應(yīng)當(dāng)會(huì)測(cè)試到異常振動(dòng)信號(hào)，但本次軸承故障沒(méi)有捕捉到振動(dòng)爬升的信號(hào)，這可能與傳感器沒(méi)安裝到相應(yīng)的軸承位置有直接關(guān)系。

受安裝條件限制，僅在齒輪箱輸入軸、16#和17#輥箱箱體進(jìn)行了傳感器布置，沒(méi)有安裝到重點(diǎn)關(guān)注的軸承部位附近，應(yīng)在16#和17#分配軸兩端，盡可能找到離軸承較近的位置布置傳感器，拾取更有價(jià)值的軸承振動(dòng)信號(hào)，從而預(yù)測(cè)出軸承的缺陷。

2024年5月28日，機(jī)組經(jīng)檢修后再次恢復(fù)運(yùn)行。第二次檢修后，齒輪箱輸入軸驅(qū)動(dòng)端軸向、輸入軸自由端軸向、16#分配軸驅(qū)動(dòng)側(cè)靠近軸承筋板水平側(cè)、16#分配軸自由端軸向、17#分配軸驅(qū)動(dòng)側(cè)軸向、17#分配軸自由端靠近軸承的筋板垂直和軸向共安裝了7個(gè)振動(dòng)傳感器進(jìn)行監(jiān)控。

2024年6月27日，16#、17#軋機(jī)齒輪箱第三次出現(xiàn)異響，經(jīng)過(guò)檢查發(fā)現(xiàn)，齒輪箱17#分配軸徑向軸承第三次出現(xiàn)保持架斷裂的嚴(yán)重故障。在增加了振動(dòng)監(jiān)測(cè)點(diǎn)的情況下，此次故障前仍然沒(méi)有捕捉到齒輪箱振動(dòng)異常信號(hào)。

2024年6月28日，對(duì)齒輪箱17#分配軸軸承進(jìn)行更換，同時(shí)軸承的保持架材質(zhì)也由原來(lái)的鋼材質(zhì)更換為塑性和延展性更強(qiáng)的銅材質(zhì)，更換后機(jī)組一直運(yùn)行到2024年11月3日，沒(méi)有出現(xiàn)軸承箱軸承故障。

2　設(shè)備傳動(dòng)與測(cè)點(diǎn)布置簡(jiǎn)介

16#、17#軋機(jī)是由電機(jī)、齒輪箱、軋輥箱等組成，電機(jī)功率1500 kW，結(jié)構(gòu)示意圖見(jiàn)圖1。17#分 配軸軸承損傷位置見(jiàn)圖2。

第一次出現(xiàn)軸承斷裂故障后，僅對(duì)齒輪箱輸入軸軸向測(cè)點(diǎn)、16#和17#軋輥箱箱體的測(cè)點(diǎn)進(jìn)行振動(dòng)監(jiān)測(cè)。第二次出現(xiàn)軸承斷裂故障后，增加了新的振動(dòng)傳感器，并對(duì)傳感器布置位置進(jìn)行了優(yōu)化，優(yōu)化后的振動(dòng)監(jiān)測(cè)點(diǎn)布置圖見(jiàn)圖3。

3　齒輪箱軸承振動(dòng)分析

2024年4月17日齒輪箱更換軸承后，振動(dòng)加速度波形就存在以16#、17#分配軸為轉(zhuǎn)頻的沖擊信號(hào)，振動(dòng)加速度值為2.3m/s2，頻譜中也存在等間隔的沖擊信號(hào)，更換軸承后，轉(zhuǎn)軸運(yùn)行存在不穩(wěn)定特征，可能是軸承存在間隙超差，但振動(dòng)幅值較小。

圖4、圖5為2024年4月20日齒輪箱輸入軸軸向振動(dòng)加速度波形和加速度頻譜監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)。

2024年5月26日，17#分配軸軸承出現(xiàn)故障前，齒輪箱輸入軸軸向測(cè)點(diǎn)速度值和加速度值趨勢(shì)穩(wěn)定，振動(dòng)幅值都較小，振動(dòng)速度幅值在0.6mm/s以內(nèi)（見(jiàn)圖6），加速度幅值在3m/s2以內(nèi)（見(jiàn)圖7），振動(dòng)值沒(méi)有明顯上升趨勢(shì)。

在2024年5月26日的振動(dòng)監(jiān)測(cè)頻譜中存在以28.125 Hz的等間隔沖擊信號(hào)（見(jiàn)圖8），齒輪箱輸入軸軸向振動(dòng)加速度頻譜的包略解調(diào)譜（見(jiàn)圖9）中出現(xiàn)與17#分配軸轉(zhuǎn)頻（28.125 Hz）相同的沖擊頻率及二、三、四倍頻，沒(méi)有明顯的異常信號(hào)。

針對(duì)第二次軸承故障，在5月28日下午，對(duì)齒輪箱增加了7個(gè)振動(dòng)傳感器進(jìn)行監(jiān)控。

根據(jù)5月30日和31日監(jiān)測(cè)的振動(dòng)數(shù)據(jù)，齒輪箱存在16#、17#分配軸的沖擊信號(hào)，且沖擊信號(hào)特征明顯（見(jiàn)圖10），16#、17#分配軸運(yùn)行存在不穩(wěn)定特征，包略解調(diào)譜出現(xiàn)與17#分配軸轉(zhuǎn)頻（28.438 Hz） 相同的沖擊頻率及二、三、四倍頻（見(jiàn)圖11），后續(xù)需加強(qiáng)跟蹤齒輪箱噪音和振動(dòng)幅值的變化，監(jiān)測(cè)運(yùn)行。

2024年6月27日，16#、17#軋機(jī)齒輪箱再次出現(xiàn)異響，檢查發(fā)現(xiàn)，齒輪箱17#分配軸軸承又出現(xiàn)保持架斷裂的嚴(yán)重故障。17#分配軸自由端軸向測(cè)點(diǎn)振動(dòng)速度值較小（見(jiàn)圖12），加速度值也較小，但有小幅增大趨勢(shì)（見(jiàn)圖13）。輸入軸自由端軸向測(cè)點(diǎn) 的振動(dòng)速度值較小（見(jiàn)圖14），加速度值有增大趨勢(shì)，幅值較大（見(jiàn)圖15），但振動(dòng)波形和頻譜沒(méi)有明顯的異常信號(hào)（見(jiàn)圖16、圖17）。

4　結(jié)語(yǔ)

2024年5—6月，齒輪箱17#分配軸軸承出現(xiàn)兩次保持架斷裂的嚴(yán)重故障，先后兩次對(duì)齒輪箱加裝 了振動(dòng)傳感器進(jìn)行監(jiān)測(cè)，但都沒(méi)有提前預(yù)測(cè)出軸承保持架斷裂故障。原因是軸承保持架一旦出現(xiàn)斷裂現(xiàn)象，已是軸承故障后期，保持架斷裂故障是瞬間的，在很短時(shí)間內(nèi)產(chǎn)生，出現(xiàn)故障后，會(huì)出現(xiàn)振動(dòng)值表現(xiàn)不明顯現(xiàn)象，通過(guò)振動(dòng)監(jiān)測(cè)也很難預(yù)測(cè)。

軸承保持架斷裂故障和軸承內(nèi)圈、外圈、滾動(dòng)體出現(xiàn)的故障不同。內(nèi)圈、外圈和滾動(dòng)體出現(xiàn)嚴(yán)重故障是需要一定時(shí)間才能形成的，同時(shí)軸承的振動(dòng)值也相應(yīng)有增大趨勢(shì)，在振動(dòng)波形和頻譜信號(hào)中都會(huì)有明顯的軸承元件故障特征頻率，出現(xiàn)故障容易 被識(shí)別出來(lái)。而保持架故障特征頻率是各軸承元件故障頻率中最小的，本身就難以識(shí)別［3］。

出現(xiàn)軸承斷裂或開(kāi)裂故障現(xiàn)象是瞬間的，在軸承保持架出現(xiàn)故障前，軸承狀態(tài)基本都是正常的，滾動(dòng)體也是有序運(yùn)行的，振動(dòng)速度值和加速度值都正常，一旦出現(xiàn)軸承保持架斷裂已是軸承故障后期，會(huì)在較短時(shí)間內(nèi)出現(xiàn)加速度幅值爬升現(xiàn)象，但此時(shí)軸承故障已經(jīng)發(fā)生，在線振動(dòng)監(jiān)測(cè)提前捕捉由保持架斷裂引起的軸承振動(dòng)異常信號(hào)的能力明顯 不足，所以從根源上找到軸承保持架頻繁斷裂的原因才是解決問(wèn)題的根本。

2024年7月初，通過(guò)分析對(duì)齒輪箱17#分配軸軸承保持架材質(zhì)進(jìn)行重新選擇，由鋼材質(zhì)保持架更換為塑性和延展性更好的銅材質(zhì)保持架后，新軸承運(yùn)行四個(gè)月，軸承狀態(tài)正常。

【參考文獻(xiàn)】

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