利用振动监测对磨机减速器进行故障判断

  摘要：减速器是磨机的核心部件，其运行状态的优劣直接影响磨机的安全运行。振动值是判断减速器运行状态优劣及是否有故障的主要参数。在运行中对减速器的振动进行监测，并根据监测值对运行状态进行判断及故障分析处理，是现代设备预知维修管理的一种先进方法。

  减速器是磨机的核心部件，其运行状态的优劣直接影响磨机的安全运行。振动值是判断减速器运行状态优劣及是否有故障的主要参数。在运行中对减速器的振动进行监测，并根据监测值对运行状态进行判断及故障分析处理，是现代设备预知维修管理的一种先进方法。本文通过对两台边缘传动磨机同系列MBY型减速器的振动监测和故障分析及处理，总结了引起减速器振动的因素，并通过实践经验及数理统计的方法确定了此系列减速器的振动限值。

  1 振动评定参数及监测仪的选择

  评定振动大小的三个参数分别为位移、速度和加速度。位移的峰值或峰峰值反映设备位置变化的极限值，速度的有效值（均方根值）反映设备零件的变形能量与载荷的循环速度，也即疲劳寿命，加速度则反映惯性力造成的影响。因为减速器的运行速度较低，选择振动速度的有效值（均方根值）比较合理，且国际标准和我国有关振动的国家标准也是优先采用振动速度的有效值作为旋转设备的振动评定参数，故选用振动速度的有效值来评定。测振装置选择手持式测振仪，能测量振动位移的峰峰值、振动速度的有效值及加速度的峰值，且价格便宜，携带方便。

  2 监测位置及周期的选择

  因为减速器的高速齿轮轴齿轮及轴承故障较多，故选择减速器高速齿轮轴两端的轴承座作为监测位置，分别对其水平、垂直及轴向的振动进行测量；同时，对磨机小齿轮两端的轴承座加以辅助测量，用以比较和分析。测量周期一般为一周或两周一次，但振动增大时或更换零部件时增加测量次数。

  3 引起减速器振动的主要因素

  3.1 磨机大小齿轮啮合状态不良引起的振动

  3.1.1 磨机大小齿轮缺油引起的振动

  磨机大小齿轮应有良好的润滑，以形成润滑油膜以减轻磨损及吸振降噪降温，当大小齿轮少油或缺油时，大小齿轮啮合面就会发生干摩擦，造成大小齿轮轴承座的振动增大，噪声增大，这种增大的振动又通过联轴器传递到减速器上，使减速器的振动增大。表1序号1～4为Φ2.6ｍ×13ｍ水泥磨（减速器型号为MBY710-4.5-IR，传递功率1000kW，输入转速740r/min）大小齿轮缺油时小齿轮轴承座及减速器高速齿轮轴轴承座的振动监测值。由表1中数据可知，大小齿轮缺油引起的小齿轮轴承座及减速器轴承磨的振动值增大很多，尤其是水平方向的振动增大较多，对减速器轴承及齿轮啮合影响较大。

  3.1.2  磨机大小齿轮磨损后引起的振动

  磨机大小齿轮磨损后，啮合时齿侧间隙增大，齿轮重合系数变小，从而产生较大的振动。表2为Φ3.2×5.8ｍ生料磨（减速器型号为MBY800-6.3-IR，传递功率780kW，输入转速980r/min）因小齿轮磨损较大而更换小齿轮前后的振动监测值。由表2中数据可知，大小齿轮磨损较大时，小齿轮轴承座的水平方向的振动增大较多，而引起的减速器高速齿轮轴的轴承座的轴向及垂直方向的振动增大较多，在更换新小齿轮后，大小齿轮齿面处于磨合期，由于齿面接触不良，初期的振动值甚至还大于更换小齿轮前的振动值，但经过一段时间磨合后，振动值减小，最后达到较好状态。

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  3.2  减速器本身轴承故障或齿轮啮合质量不良引起的振动

  Φ2.6ｍ×13ｍ水泥磨减速器运行中其高速齿轮轴轴承（型号为23236CC/W33）多次发生故障，主要表现为轴承跑外圈、跑内圈及轴承烧损等。减速器轴承磨损后，减速器的振动明显增大，从表1序号4与序号5、6的数据比较就可看出，水平、垂直及轴向振动都增大较多，增大最少的也是正常值的1.6倍。从表1序号7、8、9可看出，更换减速器高速齿轮轴、轴承及对中校正后，由于新高速齿轮轴的齿轮与低速齿轮有一个磨合期，所以，更换初期，减速器的振动有所增大，随后才慢慢下降。

  3.3  减速器与电动机或小齿轮轴不对中产生的振动

  从表1序号1～7的减速器振动数据可看出，轴向振动大于水平振动，这一方面因安装时存在不对中问题，另一方面，轴承磨损后，也加剧了减速器高速齿轮轴与电动机轴的不对中，在对减速器高速齿轮轴与电动机轴、减速器低速轴与小齿轮轴的对中校正后，轴向振动值还是大于水平振动值，后来，因电动机轴瓦发热，我们拆出轴瓦，发现前后轴瓦磨损量达0.3～0.5mm，最后我们更换了轴瓦，在不调整减速器位置的前提下，两轴基本对中。换轴瓦后，减速器的振动减小不少，尤其是轴向振动值减小很多。更换轴瓦前后的振动情况见表1序号10、11所示，可见效果是十分的明显。

  4 振动限值的设定

  减速器振动限值的设定是为了控制减速器运行状态，使其在运行中出现振动增大时能加强巡检次数，在振动值较大并出现异常情况时立即停机处理，以利于减速器安全高效运行。

  4.1 生料磨减速器运行中的振动限值

  笔者根据运行比较正常的生料磨减速器长期生产中测量得的振动值，选取13组数据（运行正常状态下一年中的监测值）列于表3中，然后按照文献［1］中提供的数理统计方法及其限值要求对减速器的振动限值进行统计计算，其报警值为2.5（μ+1.282σ），停机值为4（μ+1.282σ），计算结果经圆整后也列于表3中。从表3可知，减速器的报警值：水平方向15mm/s，垂直方向19mm/s，轴向18mm/s，减速器的停机值：水平方向23mm/s，垂直方向31mm/s，轴向29mm/s。

  4.2  水泥磨减速器运行中的振动限值

  水泥磨减速器在使用过程中，因安装、检修质量等方面的问题，减速器故障较多，振动较大，一直未能稳定的工作，不能得到正常运行的基线值（即上述数理统计出的μ+1.282σ），所以，无法通过数理统计的方法求得运行中的振动限值，但是，由于轴承失效时，测到了其振动值，因此，我们把此组数据作为其运行中的停机值处理，即：水平方向18.3mm/s，垂直方向11.7mm/s，轴向23.3mm/s。当然，通过多次处理后，减速器的振动值在减小，运行较平稳，我们可以通过监测其今后的振动值，再建立后续的振动限值。

  5 总 结

  （1）通过对边缘传动磨机减速器及小齿轮轴承座的振动监测，我们能掌握大量的运行中的振动数据，有利于对减速器运行状态优劣的判断及故障的提前处理，避免出现更大的事故隐患。例如，对于水泥磨减速器，当高速齿轮轴轴承失效时，其轴向振动值最大为23.3mm/s，此值就可以作为我们判断轴承是否磨损失效的一个重要依据，从而能准确地确定高速齿轮轴轴承的使用状态，以便找出更换轴承的最佳时间。

  （2）边缘传动磨机减速器的振动。边缘传动磨机减速器的振动除与自身轴承及齿轮啮合有关外，还受到外部因素的影响，如安装质量（不对中、磨机大小齿轮的啮合间隙不合理等）、大小齿轮的磨损及润滑、主轴承与中空轴的润滑、磨机筒体内球锻的数量多少、筒体内物料的多少等外部因素的影响，有时，外部因素影响比内部因素影响作用还要大，这必须引起我们的重视，即要注意磨机大小齿轮的磨损情况、大齿轮对口把合螺栓及大齿轮与筒体法兰的联接螺栓松动情况、大小齿轮润滑状态、减速器与小齿轮轴及电动机轴的对中良好性以及各轴承座地脚螺栓的松动等情况，尽量减轻外部因素引起的振动对减速器振动的影响，以改善减速器的工作条件，延长其使用寿命。

  （3）设定减速器的振动限值。是为了使减速器安全而高效地运行，然而，由于制造、安装、使用环境等环节的影响，各种类型的减速器运行中的报警值及停机值并不唯一确定，即使是同一台减速器，在经过大修后，其运行中的振动限值都可能不同，因此，需要长期对减速器的振动值进行监测，并根据长期正常运行积累的参数进行数理统计得到，并且要与实际运行中的异常情况进行比对参照，这样才能得到针对性较强的本台减速器的振动限值。例如，笔者计算得到的生料磨减速器的运行中的振动限值，与文献［1］统计出的Φ2.6ｍ×13ｍ磨机的国产3310型减速器（1000kW）许用振动值（水平17mm/s，垂直18mm/s，轴向18mm/s，临界振动值为：水平27mm/s，垂直29mm/s，轴向29mm/s）就稍有差别，同时，与我公司工作状态不同的水泥磨减速器相比，其高速齿轮轴轴承失效时的振动监测值（水平方向18.3mm/s，垂直方向11.7mm/s，轴向23.3mm/s）差别较大。所以，在减速器的使用过程中，在没有振动限值数据的前提下，可以参考同类型减速器振动限值，然后通过对减速器振动监测，掌握大量的运行中的振动数据，尤其是运行中的正常值及异常值，然后经数理统计得到本台减速器的理论振动限值，最后经过与实际使用中出现异常情况时的振动值比较，才能得到有指导意义的实用的振动限值。