减速器故障监测与诊断

李 健

（大庆石化公司设备维修中心，黑龙江大庆 163714）

0 引言

减速器是一种由封闭在刚性壳体内的齿轮传动、蜗杆传动、齿轮—蜗杆传动所组成的独立部件，常用作原动件与工作之间的减速传动装置。减速器在石油化工企业广泛应用，主要用于低转速大扭矩的转动设备，将电机、内燃机或高速运转的动力通过减速机输入轴齿数少的齿轮啮合输出轴的大齿轮，来达到减速的目的，减速器是一种相对精密的机器。减速机在使用过程中频繁启动与停车，超负荷运行等原因，致使减速器易出现齿轮磨损甚至断裂，轴承磨损损坏，轴承裂等情况，导致减速器在运行过程中存在严重的安全隐患对人身安全与财产安全产生威胁。据统计，齿轮箱故障中，由于设计、制造、装备等原因引起的故障占40%，由于维护和操作不当引起的故障占43%，轴承故障或缺陷引起的故障占17%；装备质量及其运行维护水平是关键问题，齿轮和轴承的实效比例最大，分别为60%和19%。因此，通过振动监测分析与诊断及时发现和排除减速器故障是十分必要的。

1 监测手段

（1）工具：法国01-db 振动分析仪。

（2）方法：通过现场巡检发现轴承部位声音异常，到现场核实故障情况并进行数据采集，利用频谱分析故障原因。

（3）监测标准：ISO 10816-3。

2 故障现象描述

某厂低压装置减速器机组，由电机拖动齿轮箱，经减速后带动螺杆工作。输入转速为1480 r/min，中间轴转速为510 r/min，输出转速为185 r/min。其中输入轴齿轮齿数为29 齿，中间轴齿轮齿数为21 齿，输出轴齿轮齿数为58 齿。机组自安装后运行一直处于平稳状态，监测人员每月对机组进行定期监测，及时掌握机组运行的状态，在某一次的监测过程中发现振动值出现小幅上涨且轴承部分声音异常（图1）。

图1 机组测点分布

经测量，减速器各测点的振动分布为：最大点位于减速器3#点垂直（7.49 mm/s），其次为减速器4 点水平方向（4.97 mm/s）。通过频谱分析显示，振动频率以啮合频率179.68 Hz 和720.31 Hz 为主，同时伴有啮合频率的二倍、三倍频，伴有大量边频带且出现179.92 Hz 的非同步转速频率及其谐波。

3 故障分析与诊断

3.1 振动数据及图形

各测点的振动数据见表，由于结构原因5#点、6#点、9#点水平方向不具备监测条件。从表1 可知，3#点垂直方向和4#点水平振动值较大，相应的振动频谱图和时域波形图见图2～图5。

表1 减速器各测点振动值 mm/s

图2 3#点垂直方向振动频谱图

图3 4#点水平方向振动频谱图

图4 3#点垂直方向时域波形图

图5 4#点水平方向时域波形图

3.2 故障分析

（1）从振动频谱图上观察，3#点垂直方向和4#点水平振动值主要成分是啮合频率179.68 Hz 和720.31 Hz，同时伴随啮合频率的二倍、三倍频。因为齿轮箱的故障分析实质是对边频带的辨识。一阶啮合频率两侧均存在轴转频频率，表明故障点在该转速轴上。较高幅值的二倍啮合频率也表明存在两轴中心线空间交叉型的不平行问题，齿轮型线改变。初判齿轮箱齿轮啮合不良，温度异常导致该机组3#点振动值增大。

（2）从时域波形图上观察有明显的冲击显示，综合频谱认为减速器轴系存在一定程度的磨损现象，尤其是减速器啮合频率附近有较高幅值的边频显示，说明齿轮箱存在偏心、游隙或轴不平行的可能，齿轮啮合非正常状态。

（3）轴承缺陷的振动信号能量一般小于齿轮和轴系故障，很容易被淹没在其他信号之中，通过计算和细化提取，发现低频段处有轴承外圈缺陷特征频率（179.92 Hz），尽管幅值不高但正常的轴承不会出现此频率，结合时域波形判断轴承有劣化的可能。现场监测（VM63a）3#点垂直加速度低频31 m/s2，加速度高频101 m/s2，表明冲击来自高频段，应该是轴系机械故障。

（4）初判齿轮箱啮合不良，滚动轴承失效。

4 验证

机组停车检修时，发现该减速器输入轴轴承存在明显磨损。检修后更换了磨损的部件、齿轮找正等，并建议使用绝缘轴承。开车后对机组进行振动监测，各测点振动值均在正常范围内，减速器运行状态良好（图6）。

图6 减速器运行良好

通过以上维修，得到如下经验：电机轴在旋转过程中产生轴电压，一般较小，但当量值达到足以击穿轴承润滑油膜时，瞬间在轴承、电机定子机座构成回路，并产生火花，一旦出现过电流现象，轴承在电流导通区域形成熔滴、破坏表面，造成失效（搓衣板状）。

5 结束语

在大型石油、石化企业的生产过程中，运用设备状态监测技术，确保转动设备在平稳状态下运行，已经成为生产中必不可少的一种技术手段，精确诊断、预知维修不仅可以为企业带来可观的经济效益，并且可以降低安全生产事故发生率。因此，提高状态监测工作水平，对于企业生产装置安全平稳运行具有重要意义。