擠壓機(jī)在線監(jiān)測(cè)與故障診斷的應(yīng)用
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摘要：國(guó)內(nèi)各領(lǐng)域旋轉(zhuǎn)設(shè)備狀態(tài)監(jiān)測(cè)與故障診斷技術(shù)應(yīng)用已較為普及，但由于擠壓機(jī)屬于低速、重載、變速的特殊性，目前國(guó)內(nèi)擠壓機(jī)狀態(tài)監(jiān)測(cè)與故障診斷技術(shù)還存在一定的難度。本文論述了擠壓造粒機(jī)在狀態(tài)監(jiān)測(cè)與故障診斷方面的技術(shù)原理，以及擠壓機(jī)軸承、齒輪故障判斷方法。
關(guān)鍵詞：擠壓機(jī)；故障；監(jiān)測(cè)診斷；高清技術(shù)；圓坐標(biāo)
目前國(guó)內(nèi)各領(lǐng)域旋轉(zhuǎn)設(shè)備的狀態(tài)監(jiān)測(cè)與故障診斷技術(shù)的應(yīng)用已較為普及，由于擠壓機(jī)屬于低速、重載、變速的特殊性，國(guó)內(nèi)在擠壓機(jī)的狀態(tài)監(jiān)測(cè)與故障診斷技術(shù)存在一定的難度。隨著科技的發(fā)展，技術(shù)理論研究、監(jiān)測(cè)軟硬件的開(kāi)發(fā)與應(yīng)用，在國(guó)外已經(jīng)取得突破性進(jìn)展。2014年獨(dú)山子石化公司乙烯廠安裝了瑞典SPM第一臺(tái)擠壓機(jī)在線監(jiān)測(cè)系統(tǒng)開(kāi)始，隨后陸續(xù)安裝5臺(tái)擠壓機(jī)在線檢測(cè)系統(tǒng)，從此展開(kāi)了擠壓機(jī)在線監(jiān)測(cè)工作。
1擠壓機(jī)狀態(tài)監(jiān)測(cè)與故障診斷原理
化工擠壓機(jī)結(jié)構(gòu)復(fù)雜、軸承、齒輪、等關(guān)鍵部件較多，運(yùn)行中的擠壓機(jī)屬于低速、變載、重載、干擾信號(hào)較多且工況環(huán)境復(fù)雜，獲取有效信號(hào)及處理難度較大，如果采用常規(guī)的振動(dòng)頻譜分析的手段，頻譜圖上將呈現(xiàn)連續(xù)而密集的寬帶譜線，故障特征信息往往被背景噪聲所湮沒(méi)，容易引起誤判或者漏判，很難起到想要的效果。引進(jìn)SPM擠壓機(jī)的故障分析技術(shù)，不再局限于振動(dòng)分析作為唯一的測(cè)試手段，不再以常規(guī)的基于直角坐標(biāo)系振幅的高低作為判斷齒輪故障的依據(jù)，而是建立在以高清沖擊脈沖信號(hào)的基礎(chǔ)上，專門(mén)針對(duì)軸承的早期故障進(jìn)行分析，分別以HDm/HDc表示軸承的損傷程度和潤(rùn)滑狀態(tài)。通過(guò)數(shù)據(jù)處理單元對(duì)沖擊脈沖信號(hào)，加以轉(zhuǎn)速波動(dòng)處理，征兆增強(qiáng)功能，過(guò)濾干擾信號(hào)，突出有用信號(hào)，從而使故障診斷提前3-6個(gè)月。SPM在齒輪箱故障診斷方面，采用高清包絡(luò)技術(shù)，同時(shí)結(jié)合時(shí)間同步平均、虛擬轉(zhuǎn)速等技術(shù)特點(diǎn)，對(duì)信號(hào)進(jìn)行時(shí)域分析的圓坐標(biāo)技術(shù)，圓坐標(biāo)系在采樣時(shí)，采用轉(zhuǎn)速傳感器來(lái)進(jìn)行采集相位界定，每轉(zhuǎn)一圈，采集一次完整信號(hào)，并將每轉(zhuǎn)時(shí)間和對(duì)應(yīng)的轉(zhuǎn)動(dòng)角度聯(lián)系起來(lái)，形成一一對(duì)應(yīng)關(guān)系，將直角坐標(biāo)圖形轉(zhuǎn)變?yōu)閳A坐標(biāo)圖形。完全減少了常規(guī)的大量數(shù)據(jù)的計(jì)算，這樣將對(duì)齒輪箱的故障診斷變得直觀、簡(jiǎn)單。
2監(jiān)測(cè)系統(tǒng)的組成
監(jiān)測(cè)系統(tǒng)是瑞典SPM公司生產(chǎn)INS10系統(tǒng)，由INS10監(jiān)測(cè)硬件和RUBY分析軟件2部分組成。INS10主要由數(shù)據(jù)采集單元、雙T傳感器、相位探頭、相位連接線等組成。采集單元通道可以連接振動(dòng)、沖擊脈沖、轉(zhuǎn)速、溫度傳感器等進(jìn)行數(shù)據(jù)采集和傳輸。
3測(cè)點(diǎn)的布置
3.1沖擊脈沖傳感器
在主減速箱3號(hào)軸徑向軸承端、4號(hào)軸止推軸承端分別安裝沖擊脈沖42000傳感器。用于時(shí)時(shí)檢測(cè)此處軸承的運(yùn)行狀態(tài)及潤(rùn)滑狀態(tài);故障預(yù)防及合理運(yùn)維。如圖一。
3.2雙T傳感器
雙T傳感器SLC144B是SPM研發(fā)的雙用途傳感器，可以同時(shí)采集沖擊脈沖信號(hào)也可以采集振動(dòng)信號(hào)，安裝位置分別在主電機(jī)的驅(qū)動(dòng)端和非驅(qū)動(dòng)端軸承座上、主減速箱、齒輪泵的1#軸、2#軸、3#軸、4#軸的軸承端，同時(shí)采集軸承信號(hào)和軸及齒輪信號(hào)，雙T傳感器最大優(yōu)勢(shì)，在于硬件很好的把軸承信號(hào)和其他振動(dòng)信號(hào)區(qū)分開(kāi)；更加有利于分析。
4圓坐標(biāo)技術(shù)應(yīng)用
圓坐標(biāo)系在采樣時(shí)，采用轉(zhuǎn)速傳感器來(lái)進(jìn)行采集相位界定，每轉(zhuǎn)一圈，采集一次完整信號(hào)，再轉(zhuǎn)一圈，再采集一次完整信號(hào)，并將每轉(zhuǎn)時(shí)間和對(duì)應(yīng)的轉(zhuǎn)動(dòng)角度聯(lián)系起來(lái)，形成一一對(duì)應(yīng)關(guān)系，將直角坐標(biāo)圖形轉(zhuǎn)變?yōu)閳A坐標(biāo)圖形，如下圖所示。
5主要的故障與判斷方法
擠壓機(jī)主要故障采用高清振動(dòng)技術(shù)和沖擊脈沖技術(shù)相結(jié)合，在很大程度上實(shí)現(xiàn)了信號(hào)的區(qū)分和抗干擾能力，使故障變得更加清晰、更加準(zhǔn)確，并且實(shí)現(xiàn)量化故障程度。
5.1軸承故障
軸承故障大部分是由多種外因引起的疲勞、磨損、塑性變形、保持架損壞以及膠合等；同時(shí)由于自身的安裝不正、潤(rùn)滑不良、品質(zhì)差、磨損等導(dǎo)致的軸承失效。軸承故障的早期信號(hào),振動(dòng)頻率一般在20KHz-60KHz的范圍,隨著軸承故障的發(fā)展和劣化增大,信號(hào)頻率范圍也隨之發(fā)生變化,特征頻率在500Hz-10KHz范圍,這個(gè)發(fā)展變化過(guò)程中普通振動(dòng)信號(hào)通常難于發(fā)現(xiàn)!沖擊脈沖（SPMHD）技術(shù),可以在20-60KHz的范圍內(nèi),及時(shí)發(fā)現(xiàn)軸承信息,并可以利用SPMHD技術(shù)的HDm/HDc,發(fā)現(xiàn)潤(rùn)滑狀態(tài)及軸承的早期故障狀態(tài).其中HDm代表軸承的故障程度值，HDC表示軸承的潤(rùn)滑狀態(tài)值。
5.2齒輪故障
齒輪箱的常見(jiàn)零部件故障,齒面磨損、齒面擦傷、齒面接觸疲勞、斷齒、軸不平衡、不對(duì)中、彎曲已經(jīng)滾動(dòng)軸承故障等。采用TSA時(shí)間同步平均技術(shù)，將齒輪的嚙合頻率和邊帶，提高信噪比，讓齒輪的有用信息更加清晰，讓干擾信號(hào)減弱。引入轉(zhuǎn)頻追蹤技術(shù)時(shí)時(shí)跟蹤轉(zhuǎn)速變化，虛擬轉(zhuǎn)速測(cè)試技術(shù)，使得齒輪箱每個(gè)齒輪和每根軸都可以得到清晰分析結(jié)果，解決了有些變速箱內(nèi)部，齒輪轉(zhuǎn)速難以測(cè)量的問(wèn)題；在信號(hào)弱和低能量的情況下。加入了增益調(diào)整功能，提高了信噪比，確保齒輪的嚙合信息得到加強(qiáng)，和齒輪嚙合無(wú)關(guān)的信號(hào)得到抑制。
6軸承與齒輪故障案例分析
全密度2線擠壓機(jī)30VE73504點(diǎn)HDc值波動(dòng)比較大:從下圖中可以得出以下3點(diǎn)：（1）HDm值波動(dòng)范圍越來(lái)越大；（2）HDm值增大的速度越來(lái)越快；（3）前期HDc值波動(dòng)較小，之后波動(dòng)增大。30VE73504點(diǎn)的軸承已出現(xiàn)故障。從圖中頻譜可以看出當(dāng)輸入軸30VE73504點(diǎn)報(bào)警時(shí)，其頻譜圖的主要特征率是軸承滾動(dòng)體的故障頻率。說(shuō)明輸入軸輸入端軸承的滾動(dòng)體已出現(xiàn)故障。12月4日輸入軸30VE73504點(diǎn)HDm值出現(xiàn)最大值40后，對(duì)主減速箱進(jìn)行頻譜分析，圖中顯示主減速箱振動(dòng)加速度在50~80m/s2波動(dòng)，最大值超過(guò)了80m/s2。與主要齒輪磨損征兆相吻合,圓坐標(biāo)圖直接顯示齒輪有磨損情況。12月8日建議停機(jī)檢查,對(duì)齒輪進(jìn)行了外觀檢查，發(fā)現(xiàn)高速齒嚙合接觸面不均勻。圖中齒輪高亮處是兩齒輪嚙合接觸面，看出輸出軸高速齒右端接觸面積明顯變小，說(shuō)明高速齒支撐軸承滾動(dòng)體、滾道發(fā)生故障從而導(dǎo)致軸承游隙變大，因此產(chǎn)生如圖這種現(xiàn)象。高速齒輪支撐軸承滾動(dòng)體沿滾動(dòng)體軸向方向發(fā)現(xiàn)了磨損、銹蝕狀況，原因是高速檔長(zhǎng)期運(yùn)行，高速齒輪支撐軸承各部位沒(méi)有相對(duì)轉(zhuǎn)動(dòng)，在齒輪嚙合的高頻沖擊下，軸承滾動(dòng)體、滾道發(fā)生磨損、點(diǎn)蝕。此次狀態(tài)監(jiān)測(cè)優(yōu)質(zhì)高效完成故障發(fā)現(xiàn)、判斷、處理，積極配合生產(chǎn)車間快速準(zhǔn)確地消除擠壓機(jī)的隱患。
參考文獻(xiàn):
[1]楊國(guó)安.《滾動(dòng)軸承故障診斷使用技術(shù)》.中國(guó)石化出版社.
[2]丁康,李魏華,朱小勇.《齒輪及齒輪箱故障診斷技術(shù)》.機(jī)械工業(yè)出版社.
作者：陶軍 呂嘉琪 單位：新疆克拉瑪依市獨(dú)山子石化乙烯廠