PMS巡检系统在齿轮减速机中的应用

左全坤，马榜样

（1.江西铜业集团公司 城门山铜矿，江西 九江 332100；2.江西铜业集团公司 贵溪冶炼厂，江西 贵溪 335424）

PMS巡检系统在齿轮减速机中的应用

左全坤1，马榜样2

（1.江西铜业集团公司 城门山铜矿，江西 九江 332100；2.江西铜业集团公司 贵溪冶炼厂，江西 贵溪 335424）

齿轮减速机是工业生产过程中的关键设备。文中介绍了通过利用PMS巡检系统的软、硬件对减速机运行状态进行检测、分析及诊断，成功地预测、预报设备的隐形故障部位和产生故障的原因，从而为排除机组的缺陷提供可靠依据的实际应用。

减速机；振动时域；频域；无量纲参数；歪度分析

1 引言

减速机设备是在铜冶炼生产过程中的关键传动设备，它性能状态直接影响到主生产能否正常运行，由于其在生产中的重要地位，因此对减速机进行运行状态监测、故障诊断显得非常重要，为了有效开展这方面的工作，需要对以往出现的一些减速机故障征兆进行分析和解释，据此建立一套机组点检量化监测和管理点。下面就以卧式减速B3SH07A和立式减速机KMPS 376为例，应用HY-106C单通道数据采集器和PMS巡检系统［1］，对其运行过程中所检测得到的有关振动数据进行时域和频域方面的分析。

2 应用实例

2.1 卧式减速机的案例应用

下面利用贵溪冶炼厂熔炼车间的一台卧式减速机为案例，简要介绍如何通过PMS巡检系统来判断它的工作状况。

其设备简图和测点示意图及已知基本参数如下：

图1 设备传动示意图和测点示意图

已知基本参数： 电机转速1485rpm、转频24.8Hz；高速齿轮轴齿数21个，二级轴被动齿轮34个，二级主动轴齿轮齿数20个，三级轴被动齿轮82个，三级主动轴齿轮齿数18个，四级轴齿轮齿数69个。

转动频率分别是：一级轴24.8Hz，二级轴转动频率是15.3Hz，三级轴转动频率是3.7Hz，四级轴转动频率是0.97Hz。

齿轮副的啮合频率分别是：一级齿轮副啮合频率［2］是520.8Hz，二级齿轮副啮合频率是306.4Hz，三级齿轮副啮合频率是67.1Hz。

表1 SKF轴承频率

我们从该机组上选择8个测点，分别从三个方向（A、H、V）来检测振动的速度（mm/s）有效值和加速度（m/s2）峰值及温度值℃。通过对振动信号的采集和数据分析，我们发现其中一点有些特征频率，并存在一些缺陷现象。首先、我们在齿轮减速箱体两端轴承座采集的振动信号上发现有突出的212.5Hz的频率成份及衰减的倍频分量。

见图2频谱图一：

贵溪冶炼厂熔炼车间精密点检［3］B3SH07A3V速度。

运行转速：1485Rpm；测量值：3.4mm/s；数据类型：频谱图；数据点数：1024；频率带宽：1000Hz。

图2 频谱图（一）

结合实际情况电机（1485rpm约25Hz），高速轴轴承外圈频率为214.9Hz，那么212.5Hz接近轴承外圈的频率，由于分辨率为2.5Hz，可以确定该频率为轴承外圈发出。进步说明该台减速机的高速轴轴承的外圈存在劣化倾向，有可能是外圈内部出现点蚀［4］。

其次，在电机的2#测点（负荷端），发现振动速度值轴向最大4.56mm/s，垂直方向3.07mm/s，次之，水平方向最小1.78mm/s。从三个方向的振动数值上比较看就有一种感觉该部位对中有问题？在现场结合时域波形和频谱图分析发现：轴向以电机的二倍转频分量突出且大于一倍转频分量，更加确认该点存有对中问题。那么造成机组对中不良的原因有安装上的同心度误差和基础松动或刚性不足引起。再从垂直时域波形图上则出现明显的波形的正、负半周不对称现象（歪度正值大、而负值小）。

见图3频谱图二、图4时域波形图及各点参数：

贵溪冶炼厂厂熔炼车间精密点检 B3SH07A2A速度。

运行转速：1485Rpm；测量值：4.5618mm/s；数据类型：频谱图；数据点数：1024；频率带宽：1000Hz。

图3 频谱图（二）

贵溪冶炼厂厂熔炼车间精密点检 B3SH07A2A速度。

运行转速：1485Rpm；测量值：3.0677mm/s；数据类型：时间波形；数据点数：1024；频率带宽：1000Hz。

图4 时域波形图及各个参数

这是一个典型的不对中故障，而且这种不对中是由于电机2#测点部位下的水泥基础的刚性不良和松动所造成的。

验证结果和实际情况：（1）更换该台减速机后，减速机的振动时域波形［5］恢复正常，换下来的减速机解体检查，发现高速轴轴承外圈有点蚀，轴承滚子内圈也产生了点蚀。（2）重新对该台设备进行了找中，对该台设备基础钢结构进行了加固，消除了该台减速机在竖直方向上的振动。

2.2 立式减速机的案例应用

下面以城门山铜矿选矿厂一台KMPS376型立式减速机为例进一步说明PMS系统判断故障的准确性，该减速机运行开始振动值为0.43mm/s，运行2年后发现减速机的振动值明显呈上升趋势，减速机最大振动值达到1.6mm/s。利用定修时机，在设备现场对该减速机进行了检测和检查，情况如下：

①在正常运转时，减速机各处轴承声音正常，温度正常，减速箱体开盖检查发现油池有铁屑沉淀，滤芯上吸附着大量金属粉末颗粒（如图5所示）。

②对该台立式减速机按监测点布置图6来布置监测，逐点用HY-106巡检仪采集频谱图。分析各测点频谱图，发现3H和4H测点的故障特征比较明显。3H测点频谱见图7频谱图（三）所示。

图5 金属颗粒

图6 测点示意图

图7 频谱图（三）

表2 相关频率和幅值

输入相关特征频率时结果如下：输入轴转频：15.5Hz，输入轴齿轮啮合频率：293Hz，输入轴轴承内圈频率：168.5Hz，输入轴轴承外圈频率：133.0Hz，由频谱图可以判断，3H和4H分别对应的2点为第2和第3峰值为1.38mm/s和1.36mm/s，正是轴承的内圈频率及其右边频，内圈频率的二倍频及其左右边频非常严重，特别注意的是，所有边频的幅值非常突出，这种现象说明轴承的故障程度比较严重。结合第①种现象，可以判断，该减速机输入轴轴承内圈存在较为严重的缺陷，减速机应及时进行检修。

③减速机维修及维修后运行情况。在一次大修期间，拆开减速机输入轴，发现轴承内圈及滚柱表面已发生严重的点蚀和剥落如图8、图9所示。

图8 严重点蚀

图9 严重剥落

在更换该减速机输入轴轴承之后，磨机空载时减速机运行振动值为0.1 mm/s，满载时振动值为0.55 mm/s，基本上与刚安装投产时振动值接近，运行状态良好，完全符合上述技术判断。

3 结语

虽然仅通过一次振动检测、信号分析，也使我们发现了2#点存在对中不良现象，而造成对中问题原因是该部位出现地脚“软脚”。主要是根据振动值、频谱和时域波形的不对称来识别。

我们把传感器垂直安装好后，监测过程中时域波形为正幅值表示受力是朝向传感器方向的，为负幅值时表示受力是背离传感器方向的。在监测机座振动上方向的约束比较，如果正峰值较大，说明振动主要是朝着传感器方向的（或者说是朝上的），表明这个方向上的约束较小，造成这种现象唯一解释就是地脚螺栓松动。否则，表明机座内部有空洞之类的缺陷，使得这个正峰值小而负峰值大（理论上我们希望看到的时域波形图的歪度［6］是对称的）。至于齿轮的啮合频率，我们应该关注它的边频分量和其倍频成分结构的出现。按正常方式我们应该是先知道齿轮的齿数来计算其啮合频率的。而反过来推算，关键是如何在频谱图上估计、判断找到有可能是啮合频率的特征信号。

总之，通过两种案例分析说明：通用旋转机械设备，利用振动（信号）参数进行状态监测和故障诊断、分析是十分有效和可行的，PMS巡检系统和106C单通道数采器也基本上能满足现场设备管理的要求，但是在对振动检测和分析，要合理的选择振动参数和分析带宽及频率分辨率。

［1］樊睿， 邱明权.矿带式输送机架空巡检系统［J］.煤矿机械， 2015-2，36（2）：169-170.

［2］潘公宇， 梁艳春， 沈登峰， 等.功率分流式混合动力变速器箱体动态分析［J］.机械设计与制造， 2014（11）186-187.

［3］陈占鹏.精密点检及远程设备诊断在电厂设备管理系统中的应用.工程管理（科技咨询）［J］.2015（1）：116-117.

［4］张向军， 沈鑫珺， 张淑敏， 等.晶粒尺寸对含铜锡中铬铁素体不锈钢耐蚀性的影响［J］.东北大学学报（自然科学版）， 2014（8）：1125-1126.

［5］楼建忠， 叶俊， 董一嘉.旋转机械油模轴承故障诊断的研究［J］.现在制造工程， 2014（3）：15-16.

［6］武宁宁， 李书义， 赵小军.轴承滚子非常态运动弹流润滑分析［J］.机械研究与应用（研究分析）， 2014（4）：47-48.

The PMS Inspection System Application of Gear Speed Reducer

ZUO Quan-kun1， MA Bang-yang2
（1.Chenmenshan Copper Mine， Jiangxi Copper Corporation， Jiujiang 332100， Jangxi， China； 2.Guixi Smelter， Jiangxi Copper Corporation， Guixi 335424， Jiangxi， China）

gear speed reducer is the key auxiliary equipment in the process of industrial production.Introduces the utilization hardware and software of PMS inspection system which could inspect， analysis and diagnosis the speed reducer in the running state；also could successfully forcast， pre-calculate the potential fault parts and failure reason， gave the reliable actual practice application for eliminating the design defects.

speed reducer；vibration time domain；frequency domain；dimensionless parameter incline degree analysis

TH132.41

B

1009-3842（2015）06-0073-04

2015-10-10

左全坤（1981-），男，安徽亳州人，工学学士，主要从事设备管理等方面的工作。E-mail：43971530@qq.com