连轧机减速箱振动故障诊断

2010-07-16王光平

设备管理与维修 2010年4期

王光平

热轧连轧机在产品的轧制和新产品的开发方面，比如印刷行业使用的铝制印刷版，以及高速列车上使用的高强度的5083铝合金等，都起着举足轻重的作用。因此，对于连轧机的状态监测尤为重要，如何保证设备的正常运转和铝产品的正常轧制，是维修人员面对的一个重要课题。

连轧机第三机架传动及测点布置如图1所示，由两台直流电机串联，每台电机功率1491.4kW，转速250r/min/500r/min；减速箱一级减速，高速齿轮齿数为31个，低速齿轮齿数为117个，分齿箱两齿轮齿数为28个；输入和输出联轴器均为鼓形齿齿轮联轴器。测点1位于高速输入轴，测点4位于减速箱输出轴。

2009年4月份，在现场巡检中发现第三机架减速箱振动过大，减速箱输入轴轴承处振动值较大，并伴随着很大的轰鸣声，脚下有非常明显的振感，于是，在随后的几天内，对该减速箱进行了重点监测。表1列出了维修前后轧制3104合金时测点1和测点2的振动值。

图2为2009年4月一次监测的测点1频谱图，从图2a水平方向可以看出，齿轮1倍啮合频率为203.86Hz，其2倍和3倍谐频幅值较大，而且在齿轮啮合频率及其谐频两边都出现了输入轴的转频，即6.58Hz的转频，边带的幅值与啮合频率比较，相对较高。在1倍齿轮啮合频率的两边，边带族甚至比齿轮啮合频率还要高。从这些现象判断齿轮齿面磨损严重，齿轮渐开线齿廓已经受到严重的破坏，齿面可能点蚀严重。

从图2b垂直方向的频谱来看，其振动能量主要集中在1倍的齿轮啮合频率处，其幅值非常大，相对于测点1水平方向来说，其振动幅值在其3倍以上。为了解释这一现象，对上下箱体进行振动测试，发现振动值以箱体的结合面为分界线，振动烈度相差较大，因此，造成垂直方向振动值大的原因，很可能是由于箱体的紧固螺栓预紧力不够。而且在齿轮啮合频率的两边有很明显的边带族，说明齿轮有偏心或磨损的现象，以及齿轮有磨损的迹象。

由于生产任务比较紧，针对实际情况，维修人员对所有的紧固螺栓进行了预紧，并标记划线。预紧时，发现螺栓的确有松动的迹象，根据要求把所有螺栓预紧后，振动有所下降。

图3为2009年6月监测的测点2垂直方向时域和频谱信号，其振动总值达到19.8mm/s，从图3a可以明显的看出，两个尖峰之间的时间差为0.00695s，即143.69Hz，当时高速轴的转速为278r/min，根据转速和齿轮齿数，可以计算出这个频率为齿轮的啮合频率。在零线的两边，可以看出零线以上的振动尖峰幅值比零线以下的幅值大，这说明了由于螺栓的松动，导致了箱体上下刚性差异，所以出现了这种形状的时域波形。

图3a中有明显的调制现象，从图中可以看出，调制信号的时间间隔为0.215s，即4.6Hz，这个频率为齿轮箱输入轴的转频。即，齿轮啮合频率为载频，输入轴转频调制了齿轮啮合频率信号，在频谱上表现出来的就是齿轮啮合频率两边的边带，从图3b频谱图中也可以证明，在齿轮啮合频率及其2倍频两边都有4.6Hz左右的转频边带，这也说明了齿轮偏心或者是磨损，很可能出现点蚀，从而进一步验证了4月份的判断。

在图3a中还有一个信号，即夹在0.00695s中间的半倍频信号，这个冲击信号的出现，说明了齿轮有空回的现象，根据时域频域的转换理论，在频谱上会出现齿轮啮合频率的2倍频，而且附带边带，这从图3b频谱可以看出，在287.4Hz的2倍齿轮啮合频率处，有较高幅值谱线，并且在谱线两边，存在着转频的边带族，这也说明了齿轮磨损严重、配合不好。

根据现场监测的报告，公司决定对连轧机第三机架减速箱进行解体。检查结果表明，高速轴齿轮的齿面磨损严重，而且有很明显的点蚀坑，齿轮的渐开线齿廓遭到严重的破坏，从而在齿轮啮合的时候，产生了空回，造成了大的振动和噪声。现场来看，低速轴的齿面磨损也较严重，并出现了轻微的点蚀。此外，预紧力不够，也使齿轮啮合发生了变化，进而使齿轮工作状态恶化加剧。

在这种情况下，如果继续在大的轧制力下高速轧制，齿轮很快就会损坏。因此，经研究决定换用高速轴齿轮的备件，并按照要求预紧紧固螺栓，虽然备件高速轴齿轮的状态也不是特别好，但是经换用以后，振动值（表1）和噪声比以前显著减小。