溢流型球磨机小齿轮轴故障诊断及振动趋势分析

摘要：本文对齿轮传动的异常现象、故障原因和基准频谱进行简单介绍，并通过长期生产状态监测，对原料磨球磨机小齿轮轴的振动趋势进行跟踪，掌握其运转性能，分析异常振动的频谱特性，进行故障诊断，为小齿轮轴维修提供科学依据。

关键词：溢流型球磨机；小齿轮轴；故障；诊断；VB测振仪；检测；振动；频谱；啮合频率

1、前言

在生产连续性高要求的氧化铝厂，球磨机即属于齿轮传动的大型旋转设备，而作为推动磨机运转的球磨机小齿轮轴，故障多发且非常关键的部位。因此，小齿轮轴运转状态掌握和故障诊断非常重要。为此，我们对小齿轮轴的振动进行状态跟踪和频谱特性分析，积累了一些小齿轮轴现场故障诊断的实用技巧，把故障消除在萌芽状态，并对小齿轮轴的检修及操作维护进行指导，使我们对设备故障的辨识从简单的五感诊断上升到理性诊断。

2.齿轮的振动原因分析

齿轮的振动异常主要原因如下：

2.1制造误差 齿轮制造时造成的主要有：偏心、齿距偏差、齿形误差等；

2.2装配不良 齿轮装配不当，会造成齿轮的工作状态恶化。

2.3齿轮的损伤

齿轮由于本身不合理的设计、制造本身误差、不当的装配，或在缺油等不適当地条件下运行时会产生种种损伤，其损伤形式往往是多种多样、及其复杂的。

3.齿轮振动检测的采集

3.1齿轮振动的异常原因是各种各样的，而发生最大振动值的方向也不尽相同，因此要求振动测定时，尽可能的延齿轮的水平、垂直和轴向三个方向进行测定，每次测定点的位置必须保持不变，表面光滑。

3.2由于大型旋转设备的齿轮轴传动部振动原因和频谱特性都较复杂，要以单一的振动值和频谱图中去分析辨认是否有故障、是何种故障比较困难。为此，一个有效可行的方法就是针对设备关键的齿轮传动部进行状态跟踪监测，采集它在状态良好、工作正常的情况下的振动趋势及频谱特性图，可称作基础振动值和基准频谱，它就是以后状态检测和故障诊断时作对比参考的振动值及频谱。

3.3故障齿轮传动部振动值特性及频谱波形特性

3.3.1对于螺旋齿轮、斜齿轮和人字齿轮，轴向振动值大。

3.3.2故障齿轮在啮合频率和谐波频率上有较大的振动分离。

3.3.3小周期的齿轮故障，在啮合频率及其谐波频率附近，有以故障齿轮的运行频率为间隔的调制作用的边带族，而且齿轮轴的旋转频率及谐波处的振幅随故障的恶化而加大。

4.球磨机小齿轮轴的结构和各部振动啮合频率

4.1.1球磨机小齿轮轴由两盘双列调心滚子轴承固定安装于两个相对独立的轴承座上，一端与减速机输出轴用齿轮联轴器连接，小齿轮轴是斜齿轴齿轮，直接与磨机筒体上的斜齿大齿圈工作啮合传动。小齿轮轴轴承型号为：23264C（C表示滚子对称型），18×2个球面滚子。轴齿轮齿数Z1=21，大齿圈Z2=244，齿轮联轴器齿数Z3=54。

4.1.2小齿轮轴相关振动频率

根据球磨机主电机转速计算出主电机基频为：fr≈12.38Hz，磨机主减速机速比i=4，可计算出以下频率：

a、大齿轮啮合频率：f大小=fr/4×21≈65Hz

b、小齿轮轴旋转频率为：f小转=fr/4=3.096≈3.1Hz

c、轴承滚动体旋转频率为：f滚=fr×Dm×[1-（Db×Conα/Dm）2]/2Db≈10Hz

d、轴承内滚道有损伤点产生振动频率为：0.6×18×fr≈33.4Hz

e、外滚道有损伤点产生振动频率为：0.4×18×fr≈22.3Hz

f、齿轮联轴器啮合频率为：3.1×54≈167.4Hz

5.球磨机小齿轮轴故障诊断分析及检修维护

5.1 诊断技巧实例

通过对原料车间2#球磨机各传动部的长期状态监测跟踪，我们发现运行时大小齿轮啮合处的声音和振动有很强的规律性，正常运行时各部振动值和啮合声音均维持一定的水平，频谱图也主要出现啮合频率的波峰，噪音连续持恒。2014年6月19日点检发现大小齿轮啮合处有周期性的冲击噪音，用VB5振动测量仪检测得振动值，小齿轮轴减速机端及筒体端轴承均在正常值范围内，且从小齿轮轴两端轴承的各项振动数据值与以前相同部位振动值比较，并无大的变化，可判断小齿轮轴当时的运行性能仍处于正常状态，但它的啮合声音有异常，可判断小齿轮轴已存在一定的萌芽故障，为确诊并消除小齿轮轴的萌芽故障，我们利用VB5测振仪对小齿轮轴轴承部位进行振动频谱提取，并对频谱波形图进行分析（图1），分辨率为1.25Hz：

从图（1）可看出小齿轮轴振动频谱图波峰主要出现在小齿轮轴啮合频率和二倍频、三倍频处，高倍频处无波峰，可判断小齿轮轴轴承无异常松动等故障，通过细化图（1）200Hz以内的频谱图，把分辨率提到0.125Hz得图（2）：

从图（2）可以看出在啮合频率65Hz及其谐波周围产生以小齿轮轴旋转频率3.1Hz为间隔的边带频波峰，即小齿轮轴传动部有能量消耗在其轴旋转上。综合以上情况，可以判断出小齿轮轴齿上出现局部异常，即齿裂纹或齿面剥落，要求6月20日停机检查，发现小齿轮轴有一齿出现约200mm裂纹，为避免小齿轮轴齿崩而损坏磨机大齿圈，要求立即更换小齿轮轴，经过调试磨合运行，2014年6月29日检测小齿轮轴同样部位的故障已消除。

6.结束语

设备故障诊断能及时地、正确地对各种异常状态或故障做出诊断，预防或消除故障，设备的状态监控可对设备的运行进行必要的指导，提高设备运行的可靠性、安全性和有效性。

参考文献：

[1]中国运载火箭技术研究院北京京航公司编印的《设备故障诊断技术及应用》

[2]上海科学技术文献出版社《机械安装工》

作者简介：黄少君，出生年月1988年05月，汉族，籍贯广西平果县，研究方向：机械、齿轮传动故障、振动学。