1 簡述
低速重載齒輪箱軸承一般承受較大的負荷和扭矩，在其運行過程中經常會出現局部點蝕、剝落以及滾子破碎等嚴重故障，一般此類齒輪箱通常用在一些大型的關鍵設備上，一旦發生故障，維修起來不但要花費大量的時間和費用，還會嚴重影響生產，本文案例所診斷的糧油大豆壓榨廠脫溶機(DT)減速機維修通常需要 7-10 天的時間。通過振動監測手段，能很好地掌握齒輪箱的運行健康狀態 ，合理安排檢修時間，避免重大停車事故，獲得較好的經濟效益。
2 低速重載齒輪箱軸承損壞特征
低速重載齒輪箱軸承的使用除了受軸承質量、安裝水平等影響外，通常還受設備帶重載頻繁啟動、潤滑油污染、高振動等因素的影響。軸承疲勞、腐蝕、壓痕和膠合等隨著故障發展，通常會演變成磨損故障。
3 低速重載齒輪箱軸承振動分析方法及故障診斷
低速重載齒輪箱通常齒輪級數多、軸承多，運行過程中可能會產生各級齒輪嚙合頻率、各軸承故障特征頻率、各轉軸的轉動頻率等等，頻率成分較復雜，而在這些頻率中，高速軸齒輪缺陷嚙合產生的沖擊能量通常較大，產生的幅值較大的振動;而低速軸軸承、齒輪缺陷產生的沖擊能量往往較小，產生幅值較小的振動，這就往往容易被忽視而造成漏判。
通過對振動頻譜和波形的分析，可以很好地找出故障源所在。對振動趨勢的監測，能較好的掌握故障的惡化情況。
3.1 測點位置的選擇
低速重載齒輪箱的測點位置的選擇，最好能布置在承載區，以獲得最強的齒嚙合和軸承狀態信號。
3.2 測量參數的選擇
測量參數的選擇對故障的發現尤為重要。本文所采用的是振動速度通頻振動和加速度長時間波形相結合。
對滾動軸承監測，我們可以用長時間波形監測異常沖擊;重點用振動速度來監測低速重載軸承損壞的中后期階段，當速度譜中出現了軸承故障特征頻率成分并伴隨邊帶時，軸承狀態已經非常糟糕。
針對滾動軸承，速度譜最大頻率范圍我們可以參考10*BPFI， 但不管選擇什么樣的頻率范圍，分辨率一定要足夠大。
長時間波形持續的時間至少取測點所在轉軸轉動10 轉所用的時間，當然持續時間越長越好，但數據量會比較大。
4 低速重載齒輪箱軸承故障診斷實例
4.1 某糧油大豆壓榨廠脫溶機(DT)減速機軸承故障診斷
脫溶機(DT)是大豆壓榨廠的關鍵設備，該設備能否正常運行，直接關系到全廠生產的持續進行。
2013 年 12 月 26 日對該臺設備包括電機和減速機進行了第一次振動檢測，經過分析，存在的問題除了聯軸器對中不良外，其他正常。
2014 年 5 月 15 日進行第二次振動檢測，檢測發現，齒輪箱的狀態與上次檢測時相比發生了明顯的變化，經分析，得到的結論是齒輪箱 GB 2S 軸上部軸承和 GB 3S 軸上部軸承出現了明顯故障，軸承內圈出現嚴重磨損現象，需計劃安排更換軸承。
在加強監測下，監控運行到 2014 年 6 月 28 日按計劃返廠檢修，解體發現 GB 2S 軸上部軸承內圈磨損嚴重，GB 3S 軸上部軸承內圈磨損嚴重，內圈在軸向上有一道整齊的斷裂裂痕，驗證了診斷的準確性。
4.2 分析診斷過程
4.2.1 設備技術參數表
設備技術參數表如表1所示，齒輪箱結構三維圖如圖1所示。
表1 設備技術參數表
圖1 齒輪箱三維結構圖
4.2.2 振動數據分析
2014 年 5 月 15 日振動檢測時發現，減速機各測點頻譜中均出現 22.45Hz 多諧頻振動成分，并伴隨 2.09Hz 邊頻帶束，經過計算，22.45Hz 與 GB 2S 軸的支承軸承 NSK 23238CA 在轉速 124.4rpm 時內圈故障特征頻率相符合，在軸承內圈故障特征頻率兩邊出現其所在轉軸(GB 2S)轉頻 2.088Hz 的邊帶束(見圖 2)，長時間波形圖中有明顯的轉頻沖擊信號(見圖 3)。綜上，說明該軸承內圈損壞已經比較嚴重，出現了明顯磨損。
圖2 GB-2S測點處振動數據頻譜圖
圖3 GB-2S測點處振動數據時域圖
除了上述發現之外，在 GB 3S 軸上同時也檢測到 5.588Hz 及其多倍諧頻的振動成分， 經過計算，此頻率與 GB 3S 軸的支承軸承 SKF22348CC 在轉速 36rpm 時內圈故障特征頻率相匹配，信號非常弱，如果分析時不小心可能會忽略掉。經過頻譜細化放大后可以清楚軸承故障特征頻率成分，并伴隨有 GB 3S 軸轉頻 0.6Hz 的邊頻帶束(見圖 4)，雖然信號很弱，考慮到該軸承所在處的轉速較低，結合以往的經驗，可以肯定該軸承內圈同樣出現了嚴重的故障。
圖4 GB-3S測點處振動數據頻譜圖
4.2.3 停機檢修解體檢查
由于生產不允許停機，對齒輪箱進行監控運行，通過振動趨勢的監測發現，GB 2S T 和 GB 3S T 軸承測點振動值在不斷抬升(見圖 5 和圖 6)，說明軸承狀態在不斷惡化，在做好檢修的充分準備工作后于 2014 年 6 月 28 日按計劃停機檢修。
圖5 GB-2S處振動信號RMS值變化趨勢
圖6 GB-3S處振動信號RMS值變化趨勢
停機后減速機返廠檢修，解體檢查發現，GB-2S上部和 GB-3S上部軸承內圈均損壞嚴重， 見圖 7 和圖 8。
圖7 GB-2S處軸承內圈磨損
圖8 GB-3S處軸承內圈磨損
由于該客戶對此項工作的高度關注以及密切配合，使得我們能準確掌握設備的運行健康狀況，給出合理檢修時間建議，避免突發意外停車事故的發生，又不影響生產，獲得了較好的經濟效益。
下面介紹另一大豆壓榨廠的脫溶機(DT)減速機軸承故障案例，2013年7月份我們檢測時發現了 GB-2S 軸軸承(SKF22328CC)出現了內圈故障特征頻率成分，并伴隨 GB 2S 軸轉頻的邊頻帶(見圖 9)，建議停機檢查，但由于一直沒有采取行動，也沒有采取任何加強監測的手段，到 9 月份由于軸承嚴重損壞導致齒輪嚴重損傷的二次破壞停車事故(見圖 10)，對生產造成了嚴重的影響，對檢修工作非常被動，造成了不小的經濟損失。
圖9 GB-2S處測點振動信號頻譜圖
5 結束語
對于低速重載齒輪箱軸承用振動的方法進行監測，前中期故障是比較難發現的，所以我們重點監測軸承故障中后期。隨著故障的發展，到了故障中后期，振動加速度和包絡解調對故障特征的指示同樣不明顯，但可以作為趨勢跟蹤進行監測。
在故障中后期，振動速度卻是一個非常有效的測量參數，當速度譜中出現了軸承故障特征頻率，可以說軸承的缺陷可以用肉眼能看得到了，此時我們就必須引起足夠的重視。
當故障發展到速度頻譜中出現了軸承故障特征頻率并伴隨有邊頻帶，即使是振動幅值很小，換句話說就是建議必須盡快計劃更換軸承了，上述的兩個案例就是很好的說明。通過上面的實例，我們還發現在軸承內圈故障特征頻率兩邊出現轉軸轉頻的邊頻帶，則是此類低速重載軸承損壞時一個比較明顯的特征。低速重載滾動軸承一旦出現故障，故障發展得較快，這就需要我們制定合適的檢測周期，特別是發現故障后。