棒材轧机减速机轴承故障诊断

贾维龙，简彦成

（马鞍山马钢华阳设备诊断工程有限公司，安徽马鞍山 243000）

0 引言

轧机是棒材生产线中重要的组成部件，轧机的安全运行直接影响到棒材线的运行状况。所以对于轧机的状态监测十分重要，轧机主要有齿轮、轴承等关键部件，其中轴承故障占轧机故障的60%左右。对于轧机而言，轴承的运行状况直接影响轧机的安全可靠运行。轴承故障又可以分为轴承内圈故障、外圈故障、滚动体故障和保持架故障，其中轴承内、外圈故障一般都有一段时间的发展过程，保持架的故障由于能量小、频率低，初期很难监测到，但保持架的损坏发展速度很快，一旦保持架出现故障，多数情况下会造成轴承抱死，严重影响设备的安全运行，所以对于保持架的故障监测尤为重要。

1 棒材轧机的结构特点与参数

棒材线轧机采用的是平—立交替串列式轧机，其中1#～6#为粗轧，7#～12#架轧机为中轧机，13#～16#轧机为精轧机，马钢棒材14#架于2021 年1 月份改造完成，轧机改为卧式、立式两台机组，根据生产需要，分别使用卧式轧机或立式轧机。14#架卧式轧机传动结构与参数见图1、表1。

表1 减速箱参数

图1 机组结构

2 故障诊断分析

2.1 对振动数据进行分析

该轧机于1 月份刚改造完成，电机、减速箱都更换为新设备，对于14#架卧式轧机初始测试振动较小，在3 月份、4 月份周期测试中，减速箱振动速度有效值基本维持在1 mm/s 左右，运行基本正常，因现场定修结束，为了解设备检修后状态，对检修后各架轧机进行振动测试，通过测试数据对比分析，发现此次14#架卧式轧机振动存在明显上升（表2）。

表2 14#卧式架轧机振动速度、加速度有效值

2.2 对振动频谱波形进行分析

对各测点数据进行分析，振动主要能量为497.188 Hz 和427.5 Hz（图2），根据提供数据计算，497.188 Hz 为一级齿轮啮合能量，427.5 Hz 为二级齿轮啮合能量，对比以往周期测试数据可以看出：①一级齿轮啮合能量明显增大，二级齿轮啮合能量略有变大；②速度频谱中低频段能量谱线丰富，存在规律性等间隔的特征频率。

图2 减速机输入轴水平（3H）振动速度频谱图

对输入轴轴向振动速度频谱进行分析，可以看到在低频段有一段等间隔的频率，间隔频率为7.813 Hz（图3）。在另一段输入轴轴向振动速度频谱中，低频段频谱中存在明显的7.813 Hz频率且有2 倍、3 倍谐波能量（图4）。

图3 减速机输入轴轴向（3A）振动速度频谱图

图4 减速机输入轴轴向（3A）振动速度频谱图

根据提供的参数，计算出输入轴轴承的频率（表3）：频率7.813 Hz 接近轴承保持架频率，170.625 Hz 接近轴承外圈故障频率，判断输入轴轴承存保持架和外圈存在缺陷，考虑到轴承保持架发展迅速，所以建议现场尽快安排检修，更换减速机轴承。

表3 轴承故障频率Hz

3 检修验证

现场根据诊断结果，立即安排检修，在7 月25 日对设备进行解体检修，打开发现输入轴轴承严重损坏，轴承保持架和外圈都存在碎裂，输入轴轴颈磨损严重（图5、图6）。

图5 输入轴轴承损坏

图6 输入轴轴颈磨损

4 总结

4.1 原因分析

轴承保持架破损原因一般有以下6 种：

（1）轴承润滑不足。润滑油缺失或加油不到位（循环油的流量小或管道堵塞等）；润滑油或脂干掉，没有及时添加（维护保养），润滑油或脂用的标号不对。

（2）轴承的冲击负载。冲击负载中激烈的振动产生滚动体对保持架的撞击。

（3）轴承的清洁度。轴承在轴承箱内密封不好，有粉尘进入，滚动体与保持架的磨擦，从而使保持架损坏。

（4）在轴承保持架选材时错误。各种保持架材料有一定的耐温性和转速的要求，选材不合适也是保持架损坏的原因。

（5）安装问题。轴承安装不正确，在安装时就损伤保持架。

（6）其他原因，如：联轴器不对中产生轴承歪斜，受力不均；皮带安装过紧；环境问题等，都有可能损坏轴承或保持架。

4.2 总结

通过这次全过程的测试检修发现：

（1）保持架的故障缺陷能量不大，在轧机设备里由于信号成分多且复杂，分析难度大。在分析数据时，需要对测试信号仔细甄别，同时注意与历史数据进行对比分析，对于突然出现的能量频率，需要特别关注。

（2）保持架的故障缺陷劣化速度很快，因为保持架在轴承部件中不属于受力部件，一旦出现损伤则损坏过程很快，极易造成严重的设备事故，对此类故障需要重点关注。