水泥球磨机传动系统故障分析

    设备的故障诊断技术已得到越来越广泛地应用，进行诊断的方法很多，如振动分析法、油液分析法等等，其中振动分析法是最常用、最实用的方法之一。
    大型机械结构庞大、复杂，一旦发生故障，难于迅速地查明故障部位、原因。传统的做法就是停机、检查，既费时、费力，又极大地影响生产，造成巨大的经济损失。应用故障诊断技术可以最大限度地减少损失。
    我国是一个水泥生产大国，大型水泥球磨机是水泥生产的核心设备，它们的运转率很大程度上决定着水泥生产企业的经济效益。传动系统是球磨机的一个重要组成部分，它的部件的损伤或失效，常常导致整机故障，甚至会引起安全事故。本文运用振动分析技术，并使用国产的INV306D信号采集处理分析系统，对某厂的大型球磨机传动系统的故障诊断进行了探索，成功地排除了故障。
1  诊断实例
1.1  设备与问题
    某厂的球磨机在使用过程中，发现传动系统振动剧烈，电流表指针摆动幅度过大，厂方要求查明原因。这台球磨机的主要参数如下：
    磨机规格：2.7×4m；功率：570kW；球磨机转速：19.1r／min；大齿乾齿数：178；小齿轮齿数：17。
1.2  原理与测试

磨机传动系统的结构如图1，A、B分别为滚动轴承、滑动轴承。由于齿轮、联轴器、轴承故障等引起的振动，在A、B两处都会有其各自的特征反映，c点也是一个振动敏感点，因此，选择A、B、C三处刚性较好的部位作为测点位置。
    齿轮所产生的振动中既有lkHz以上的高频振动信号，也有和齿轮的旋转频率或和啮合频率相关的低频振动信号。由轴承异常引起的振动既有高频振动，也包括lkHz以下的低频振动。为了不使有用的故障信息遗漏掉，成分别进行低频和高频测试、分析.而且通过试测，合理地选择测试频域，可以将齿轮和轴承的异常振动分开。
    测试分三次进行，最高有效分析频率分别为5kHz、500Hz、50Hz。C点的波形正常，通过谱图分析，认定减速器正常D)。现只分析A、B两点的频谱图，频谱图如图2、图3所示(由于篇幅关系，5kHz的频谱图省略)。
1.3  分析
    小齿轮的旋转频率为：fr=n/60=3.3Hz
    齿轮的啮合频率为：fm=fr×Z=57Hz

田2(a)、3(a)中，57Hz、115Hz、175Hz、230Hz等频率处幅值较大，这些频率是齿轮的啮合频率或其倍频，大小齿轮啮合可能不正常；整个频谱图中，有许多边频带，在fm土nfr处有尖锋，且整个波形严重畸变。由这些特征，可以判断齿轮啮合不正常，而且故障出在小齿轮上。
    (b)、3(b)中，在小齿轮旋转频率(也是轴的旋转频率)的2倍频、4倍频、6倍频处的幅值较大，尤以6倍频处的最大，说明轴承的联结件发生了故障，根据实际情况，认为4.9Hz、15Hz等处出现尖峰，这些频率成分是基频介的1.5倍或4.5倍，而含有半倍频。半倍频处有峰值，是机械松动的特征信号之一。所以，认为可能是传动轴上的某些零部件已松动。
    根据这些诊断，开机检查，发现小齿轮严重磨损，A处轴承的地脚螺栓已松动，进行维修，排除了故障。
2  结  论
    (1)振动分析法是一种有效的故障诊断方法，但是怎样进行信号分析，要根据具体机械结构、信号特点进行选择，特别要选好测点、信号类别和测试频率范围。难以确定频域时，可通过多次测试选定。
    (2)当判定了齿轮的啮合出现故障时，应通过其频谱特征来确定故障发生在哪一个齿轮上。
    (3)当零部件发生机械松动时，谱图上可能出现半倍频的特征信号。