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水泥球磨機傳動系統故障分析

    設備的故障診斷技術已得到越來越廣泛地應用，進行診斷的方法很多，如振動分析法、油液分析法等等，其中振動分析法是最常用、最實用的方法之一。
    大型機械結構龐大、復雜，一旦發生故障，難于迅速地查明故障部位、原因。傳統的做法就是停機、檢查，既費時、費力，又極大地影響生產，造成巨大的經濟損失。應用故障診斷技術可以最大限度地減少損失。
    我國是一個水泥生產大國，大型水泥球磨機是水泥生產的核心設備，它們的運轉率很大程度上決定著水泥生產企業的經濟效益。傳動系統是球磨機的一個重要組成部分，它的部件的損傷或失效，常常導致整機故障，甚至會引起安全事故。本文運用振動分析技術，并使用國產的INV306D信號采集處理分析系統，對某廠的大型球磨機傳動系統的故障診斷進行了探索，成功地排除了故障。
1  診斷實例
1.1  設備與問題
    某廠的球磨機在使用過程中，發現傳動系統振動劇烈，電流表指針擺動幅度過大，廠方要求查明原因。這臺球磨機的主要參數如下：
    磨機規格：2.7×4m；功率：570kW；球磨機轉速：19.1r／min；大齒乾齒數：178；小齒輪齒數：17。
1.2  原理與測試

磨機傳動系統的結構如圖1，A、B分別為滾動軸承、滑動軸承。由于齒輪、聯軸器、軸承故障等引起的振動，在A、B兩處都會有其各自的特征反映，c點也是一個振動敏感點，因此，選擇A、B、C三處剛性較好的部位作為測點位置。
    齒輪所產生的振動中既有lkHz以上的高頻振動信號，也有和齒輪的旋轉頻率或和嚙合頻率相關的低頻振動信號。由軸承異常引起的振動既有高頻振動，也包括lkHz以下的低頻振動。為了不使有用的故障信息遺漏掉，成分別進行低頻和高頻測試、分析.而且通過試測，合理地選擇測試頻域，可以將齒輪和軸承的異常振動分開。
    測試分三次進行，最高有效分析頻率分別為5kHz、500Hz、50Hz。C點的波形正常，通過譜圖分析，認定減速器正常D)。現只分析A、B兩點的頻譜圖，頻譜圖如圖2、圖3所示(由于篇幅關系，5kHz的頻譜圖省略)。
1.3  分析
    小齒輪的旋轉頻率為：fr=n/60=3.3Hz
    齒輪的嚙合頻率為：fm=fr×Z=57Hz

田2(a)、3(a)中，57Hz、115Hz、175Hz、230Hz等頻率處幅值較大，這些頻率是齒輪的嚙合頻率或其倍頻，大小齒輪嚙合可能不正常；整個頻譜圖中，有許多邊頻帶，在fm土nfr處有尖鋒，且整個波形嚴重畸變。由這些特征，可以判斷齒輪嚙合不正常，而且故障出在小齒輪上。
    (b)、3(b)中，在小齒輪旋轉頻率(也是軸的旋轉頻率)的2倍頻、4倍頻、6倍頻處的幅值較大，尤以6倍頻處的最大，說明軸承的聯結件發生了故障，根據實際情況，認為4.9Hz、15Hz等處出現尖峰，這些頻率成分是基頻介的1.5倍或4.5倍，而含有半倍頻。半倍頻處有峰值，是機械松動的特征信號之一。所以，認為可能是傳動軸上的某些零部件已松動。
    根據這些診斷，開機檢查，發現小齒輪嚴重磨損，A處軸承的地腳螺栓已松動，進行維修，排除了故障。
2  結  論
    (1)振動分析法是一種有效的故障診斷方法，但是怎樣進行信號分析，要根據具體機械結構、信號特點進行選擇，特別要選好測點、信號類別和測試頻率范圍。難以確定頻域時，可通過多次測試選定。
    (2)當判定了齒輪的嚙合出現故障時，應通過其頻譜特征來確定故障發生在哪一個齒輪上。
    (3)當零部件發生機械松動時，譜圖上可能出現半倍頻的特征信號。