输煤皮带机滚动轴承故障诊断方法研究

马建勇，彭程程，毕懿琳，杜 鑫，俞林浩

（1.浙江浙能绍兴滨海热电有限责任公司，浙江 绍兴312073；2.珈蓝电力科技有限公司，浙江 杭州 310000）

引言

滚动轴承是机械设备非常重要的组成部分，是非常关键的动力枢纽，输煤皮带机的滚动轴承良好与否，决定着输煤皮带机的运输效率和质量。在工作过程中，轴承或多或少都会造成一定的磨损，反映为滚动轴承部位发热以及产生异响，相关工作人员如果能够及时发现滚动轴承的问题，采取相应的措施，就可以减少不必要的损失，否则将影响滚动轴承的工作效能。滚动轴承的更换不易，更换成本也高，更会造成输煤机停工，最关键的是缺陷不会只出现一个，只出现一次，更换后还是可能会发生同样的问题，如果一旦发生而不迅速确诊并加以控制，后果是比较严重的。因此，相关工作人员和维护人员要对此加以重视，及时发现滚动轴承部位表现出来的问题，采用科学合理的方法去诊断分析并处理。

1 滚动轴承故障说明

1.1 滚动轴承故障外在表现

滚动轴承是非常关键的动力枢纽，滚动轴承如果出现故障，势必影响到输煤皮带的工作效率和质量。另外，滚动轴承的更换不易、更换成本较高，都会带来负面影响，因此加大对滚动轴承故障的重视，意义重大。滚动轴承故障的外在表现，无非就是“温度升高”以及“产生异常响声”两个，严重者会导致轴承内外圈突然断裂，设备报废的情况。不过滚动轴承故障一般不会严重到报废直接停机的地步，因此这里仅对“温度升高”和“产生异响”两个方面进行说明。在滚动轴承工作过程中，机械运动会产生一定热量，但热量控制应该不烫手，如果热量控制烫手，就表明温度过高。同理，滚动轴承工作中也会产生一定响声，响声特点应该是运转平稳、轻快、无停滞现象，如出现刺耳的、不规律的、沉重的声响，则表明出现了异常响声[1]。

1.2 滚动轴承故障内在原因

1）温度过高的内在原因：滚动轴承的温度升高，代表着滚动轴承的工作负荷较大，而造成滚动轴承工作符合较大的，可能是“润滑油”体系的问题，润滑油的质量不足、润滑油进水、润滑油粘度过高等，都会影响到轴承工作。另外，则可能是“框架压力”的问题，轴承太紧，或者整个框架不稳，会导致工作的负荷较大。

2）产生异响的内在原因：滚动轴承产生异常响动，代表着滚动轴承的工作环境存在摩擦，如果存在金属的碰撞，存在砂砾杂物，会造成摩擦产生异响，轴承内圈出现伤痕、沟槽等，也会造成摩擦产生异响，轴承安装松弛，内圈与轴的配合间隙过大，也会造成摩擦产生异响[2]。

1.3 滚动轴承故障产生因素

结合上面提到的滚动轴承外在表现和内在原因，其产生故障的因素表现在安装因素、非正常磨损因素、维护因素以及外部因素四个方面。

1）安装因素：滚动轴承的安装过程中可能发生安装不当的问题，在长期投入使用过程中，就会处于一个不良的工作环境中，进而导致出现故障，比如滚动轴承安装得太紧，那么在工作中就会形成较大的张应力；如果滚动轴承的内圈与轴的配合间隙过大，那么工作的时候不稳固，就会造成碰撞加剧，产生过多耗损，外圈与轴承孔配合间隙过大，也会不稳固，造成碰撞，加剧磨损[3]。

2）非正常磨损因素：在机械设备长期投入使用过程中，自然而然会产生磨损，很多情况都是不可逆的磨损，导致机械设备的性能下降，而煤矿企业要做的，就是要将磨损控制在允许范围之内。对于非正常磨损，指的是过度的磨损，轴承里面进去砂砾或者其他异物，会加剧磨损，轴承的内外圈的配合间隙，或许会随着使用的加剧，出现一定松动或紧张，也会加剧磨损，内外圈滚道偏斜，也会加剧磨损。另外，导致加剧磨损的问题，在于润滑油系统，润滑油如果不够，或者质量不足，或者润滑油进水，那么自然会导致摩擦加剧，无法达到预期寿命。

3）维护因素：滚动轴承在使用过程中总会发生一些问题，产生一些磨损或者工作环境不良的问题，相关煤矿企业需要构建完善的维护机制，通过维护来尽可能保证滚动轴承的良好，保证工作环境的稳定，如果缺乏维护，那么产生故障的概率就会增大。一些煤矿企业对于设备维护存在不重视的问题，维护信息不完整、维护部门和人员不到位，缺乏科学、完善的维护机制，从而导致维护质量不足，加大故障发生可能性。

4）外部影响：外部因素比如皮带的打滑，一般来说皮带的打滑不会对滚动轴承造成影响，但是如果轴承的内外圈如果比较松的情况下，皮带打滑是会对滚动轴承造成影响的，使其磨损加剧。

2 滚动轴承故障诊断方法

对于滚动轴承故障，诊断方法可以分为简易诊断法以及深入诊断法，简易诊断法包括听声诊断法、温度诊断法以及经验诊断法，而深入精细诊断法包括信号角度分析法、包络解调分析法、人工智能学习等，这里进行逐一分析。

2.1 简易诊断方法（常对故障后期来说）

1）听声诊断法：如果滚动轴承发生故障，一定会有外在的表现形式，这时候就可以根据滚动轴承发生故障的类型来进行简易的检查，根据不同的外在表现形式，有着不同故障类型。对于发生异常响声的滚动轴承部位，现场工作人员和维护人员可以进行简单的检查。

2）温度诊断法：感受一下滚动轴承部位的温度，如果感觉到滚动轴承的温度较高，那么第一时间反映是润滑油系统的问题，润滑油系统未能发挥作用，导致摩擦力变大，滚动轴承的工作不良，发热加剧。除此之外，就看一看轴承内外圈配合间隙是不是太紧了，太紧的话也会导致摩擦力变大，加剧发热情况。

3）经验判断法：对于皮带机的滚动轴承故障来说，往往是具有连续性的，有的时候核心问题没有得到解决，只是更换了滚动轴承，滚动轴承上可能会继续发生问题，那么依据经验来进行判断，对问题进行检查，从而优化诊断结果。

2.2 深入诊断方法（常对故障初期来说）

首先说一下滚动轴承故障诊断的难点，因为当滚动轴承位于复杂装备内部时，我们所采集的振动信号往往是很多成分的混叠，即包含着大量的冗余噪声信息，这给传统故障诊断方法造成了挑战，那么深入性的诊断方法，本质上都是在做消除冗余特征，提高强噪声下的故障诊断效果，从而依据优良的算法来诊断滚动轴承是否存在故障，可以用来对没有表现出温度升高、产生异响的滚动轴承，来分析其故障情况。

1）信号分析法：从信号分析角度去做轴承诊断，即是找轴承的故障特征频率，轴承故障有内圈、外圈、滚动体、保持架。信号处理的本质是收集振动信号，本质思想是在复杂信号中提取轴承的故障特征频率。采集轴承振动信号，并对信号进行频域分析，观察信号的频率成分，可以根据轴承相关尺寸去计算轴承的故障特征频率，若出现某一组件故障频率及其倍频，则相应组件出现故障（适用于单一故障，复合故障诊断效果不佳）。FFT分析是常见的手段，将时域信号转变为频域，以FFT为变种的各种方法，小波、EMD、TQWT、EWT和VMD等等都是信号处理方法，其目的都是为了找到隐藏在复杂信号内部的故障特征频率。

2）人工智能学习：在大数据时代，人工智能学习技术得到了飞速的发展，收集皮带机滚动轴承故障的大数据，利用机器学习进行深度模拟学习，精准识别故障。

3 避免滚动轴承产生故障的策略

3.1 确保安装的科学性

要想避免皮带机滚动轴承产生故障，就需要注意滚动轴承安装的科学性，一方面要保证滚动轴承材料，应保证质量合格，符合行业标准和实际需求，按照规范去设计安装，检查滚动轴承尺寸及规格，避免出现游隙问题，如果出现一些劣质轴承，自然会加大故障发生的可能性。另一方面，在安装的过程中，要对轴承的每一个安装细节进行把控，重点对内外圈的配合间隙进行分析，内外圈的配合间隙过大或过小，都会造成非常不良的影响[9]。

3.2 确保润滑油系统的完好

润滑油系统也是造成滚动轴承出现故障的原因之一，且是很容易出现的原因，那么落实对润滑油系统的管理，选择优质的润滑油，定期对润滑油进行检查，避免断油情况。另外，要减少润滑油进水的情况发生率。

3.3 落实维护机制

煤矿企业应对滚动轴承故障重视起来，落实维护机制，建立健全各项规章制度，加强日常维护管理机制，将责任落实到人，严格做好日常维护、定期维护、不定期检测等维护防治工作。另外，不断加强操作和维护人员的技能培养，需要操作和维护人员了解滚动轴承问题的表现以及内在原因，掌握故障防治以及故障快速排查维修技能，相关煤矿企业需要构建长效的维护培训机制才行[10]。

4 结语

机械设备在长期使用情况下必然会产生磨损情况，对于输煤皮带机来说，滚动轴承发生故障，将对皮带机工作带来直接影响，必须做好检测才行，了解不同类型故障，找准故障原因，构建完善的故障维护机制。滚动轴承的故障一般为温度升高以及产生异响，诊断方法简易诊断法以及深入诊断法，简易诊断法包括听声诊断法、温度诊断法以及经验诊断法，而深入精细诊断法包括信号角度分析法、包络解调分析法、人工智能学习等。