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2020/3/151第七章状态监测与故障诊断应用实例学习目标通过对本章的典型案例分析讲解：加深对前述章节的理解；加强应用理论知识解决实践问题能力的训练。2020/3/152第一节典型应用案例一、关键机组的晴雨表对于关键机组，故障诊断从业人员坚持监测并在机组异常时增加数据采集频次，以便密切关注它们的发展趋势。由于持之以恒地开展状态监测工作，提供了大量科学依据，绘制了一张特护机组的振动晴雨表，使他们始终能够对机组运行状况作出全方位的客观正确的评价，让设备时时受控、处处受控。应该说，大机组提升了状态监测的重要性，状态监测的持续有效开展又有力地推进了特护管理。2020/3/153圆盘反应器的搅拌器由一台四级减速齿轮箱带动，其传动系统如图7-1所示。计算出其主要频率成份，见表7-1。二、聚酯圆盘反应器齿轮箱故障(磨损)速比i=220.32单位：Hz输入轴2#轴3#轴4#轴输出轴17.103.770.960.270.08Ⅰ级啮合Ⅱ级啮合Ⅲ级啮合Ⅳ级啮合256.5060.3514.373.73Z1=15Z3=16Z2=68Z4=63Z5=15Z6=54Z8=48Z7=14图7-1圆盘反应器齿轮箱传动系统示意图表7-1圆盘反应器齿轮箱固有频率2020/3/154图7-2某圆盘反应器齿轮箱高速部频谱图图7-2某圆盘反应器齿轮箱低速部频谱图由于：①特征频率均为3.8Hz，与低速部Ⅳ级啮合频率及高速部第二根轴工频基本一致，这样就有两种故障可能，一是Ⅳ级啮合状况不好，二是第二根齿轮轴存在问题；②低速部振值较高速部大很多，且低速部测点位于Ⅳ级啮合点正下方；③受力分析，∵功率(P)=扭矩(N)×角速度(ω)，∴越往低速端，扭矩越大，受力越大（假设齿轮箱传递功率不损耗的情况下）；④从设计上看，Ⅳ级啮合配对齿轮模数虽然足够大，但是根据受力分析情况其中的14T小齿轮仍是一薄弱环节。因此判断：故障源极有可能是14T小齿轮齿面损伤。2020/3/155维保措施将搅拌轴转速由4.5rpm降为4rpm；更换润滑油，添加抗磨剂；将振动、声音、温升、电流等纳入密集监控；对原润滑油进行铁谱分析（后来的检测报告证实油液中Fe含量偏高）；落实事故应急预案。2020/3/156该圆盘反应器齿轮箱低速部振动趋势图（齿轮箱解体）结论：①14T小齿轮工作面磨损近1mm，啮合间隙严重超标；②受齿轮啮合相互影响，其他齿轮亦有不同程度磨损（其中Ⅲ级啮合两齿轮、Ⅳ级啮合大齿轮较严重）；③受啮合状况影响，14T小齿轮外侧轴承一滚子产生点蚀，如果继续运行下去，后果不堪设想。与先前判断相符。用十六字概括：“判断准确、决策果断、措施有力、检修及时”，堪称预测维修、决策维修的典范。01234562002年7月25日2002年8月25日2002年9月25日2002年10月25日2002年11月25日2002年12月25日2003年1月25日监测日期振动幅值速度(MM/S)降转速换油，加抗磨剂2020/3/157三、大容量涤纶生产增压泵齿轮箱故障(不对中)由于：①图7-5中，输入轴工频2倍频38.94Hz成份较凸出；②图7-6中，Ⅰ级齿轮啮合频率2倍频1285Hz成份较凸出，且其周围以输入轴工频19.47Hz为间隔的边带频成份颇为丰富；③高速部存在异响；④输入端轴封渗油；⑤齿轮箱温度偏高；⑥润滑油粘度与机械杂质指标不合格；⑦经查高速部轴承座8颗固定螺栓中有2颗松动。因此判断：输入轴有不对中现象，且由此引起了齿轮不对中现象，同时输入轴与齿轮可能存在配合松动问题，键剪切或齿面出现损伤。图7-5该齿轮箱位移谱图图7-6该齿轮箱速度谱图输入轴工频啮合频率2020/3/158图7-10键损伤情况结论：输入轴键槽划口、轴头磨损，键损伤，齿轮孔磨损、键槽磨损且存在少许压溃，如图7-8至图7-11所示，与先前判断相符。采取停机更换齿轮箱。图7-11齿轮轮毂孔、键槽情况图7-8该齿轮箱输入轴与键图7-9输入轴键槽划口情况2020/3/159四、涤纶短纤维纺丝计量泵减速机简易测振(仪)生产线位号修前修后生产线位号修前修后9K93.020.5713K73.070.78212.970.4793.030.73173.120.72162.860.77232.890.43212.890.6110K12.980.61222.760.6442.780.57242.690.5563.010.6514K92.990.6411K12.980.48122.870.582.830.69132.640.42123.040.78142.560.7193.110.79172.710.63223.060.7415K53.070.7212K12.980.52103.040.7392.790.46122.990.72132.680.43172.850.68162.650.6516K12.830.61203.010.79222.750.58长期以来，以“听、看、摸、嗅”为主，必须增加“测”的手段(巡检方式)采用简易测振仪对所有减速机进行状态监测，先后将幅值超过3m/s2、2.5m/s2的机台逐月安排检修。2002年累计安排修理34台减速机，见右表，大大改善了机组运行状况。定量分析使检修之计划性、针对性、预防性、彻底性有机地结合了起来，成为当时该厂实施企业量化管理的一个亮点。2020/3/1510五、涤纶短纤维后处理装置齿轮箱故障以往经验判断可能是输入轴上的主动齿轮松动引起啮合状况不好。跟踪监测时，发现其振动幅值有显著上升，且边带频更加丰富，表明故障进一步恶化，很有可能轮齿已经损伤。解体检修，发现主动齿轮上有一齿齿面剥落，输入轴与主动齿轮配合松动，于是更换输入轴、配对弧锥齿轮等件，组装后开车恢复正常。1．长边轴齿轮箱故障[剥落→配合松动；松动→断齿]（齿轮箱A）齿轮啮合频率二倍频2fc（805.11Hz）成份较高，说明齿轮啮合状况欠佳，存在齿轮不对中现象。同时，啮合频率fc（402.54Hz）及2fc周围均出现了以输入轴工频fz输入（17.51Hz）和输出轴工频fz输出（11.5Hz）为间隔的边带频，其中尤以840.13Hz（2fc+2fz输入）谱线最为突出，因此根据图7-8齿轮箱A频谱图啮合频率2倍频率2020/3/1511图7-9齿轮箱B焊接处理后谱图图7-10齿轮箱B第一次修后谱图图7-11齿轮箱B第二次修前谱图图7-12齿轮箱B第二次修后谱图齿轮箱B于2004年11月15日对大齿轮与输出轴实施焊接处理，采集数据见图7-9；17日更换传动部件，但由于新弧锥齿轮不成对引发了剧烈的振动；之后密切关注，分别见图7-10（399.91Hz为啮合频率，边带频间隔为输入轴工频17.35Hz）、图7-11，期间振动总幅值呈下降趋势，边带频成份却呈上升趋势，这显然是零件塑性变形所致，而结合从新齿轮不成对造成啮合点分布不正确的角度去分析，最有可能的情况是小齿轮正在逐渐损伤以及其与输入轴之间的配合正在逐渐变松；12月1日小齿轮即多齿折断，最终再更换一对齿轮后恢复正常（见图7-12）。焊接处理（大齿轮与输出轴）更换传动部件2倍啮合频率出现塑形变形更换齿轮2020/3/1512总结齿轮箱B的故障诊断经验，我们可以得出这样一个结论：①边带频是比齿轮啮合频率本身更好的齿轮故障的指示；②一般地，可用啮合频率与其周围边带频的幅值差来指示齿轮的好坏，幅值差越小，故障程度越严重。更有甚者，边带频超过啮合频率本身的情况，如图所示，这说明必须安排停机修理了。啮合频率边带频2020/3/15132．三道牵伸机齿轮故障[损伤→松动]由于：①啮合频率309.79Hz周围321.3Hz、332.75Hz等输入轴边带频成分显著；②振动幅值较上月反而有所下降，但此前该设备危险指数一直在“主要转动设备运行晴雨表”中高居榜首。因此判断：因此怀疑故障情况已经发生变化，根据经验，结合频谱特征，判断可能是局部塑性变形导致幅值反降。结论：输入轴小齿轮齿损伤，且轴孔配合松动，与先前判断相符。图7-14某三道牵伸机修后频谱图图7-13某三道牵伸机修前频谱图啮合频率啮合频率边频带边频带2020/3/1514仔细分析上述三个故障案例，我们发现这样一个现象：即三台齿轮箱都存在轴与齿轮轮毂之间的轴孔配合松动。这应该归因于两接触表面（轴孔配合面）间的微量振动所产生的微动磨损。事实上，齿面磨损、齿面点蚀、齿面剥落与断齿等齿轮基本失效形式，除了与齿轮制造、安装、维护等因素有关外，有很大一部分原因是由于轴孔配合逐渐变松而诱发的，这是一种典型的渐发性故障。边频带分析可以帮助我们进行诊断。2020/3/15153．三道牵伸机轴承故障表7-3HV582型三道牵伸机输入轴轴承故障频率表（单位：Hz）位号型号转速基频保持架滚动体外环内环前轴承22318CDE4687rpm11.454.73762.8775.79107.4后轴承22320CDE4687rpm11.454.72361.9775.58107.6图7-152006年4月份测试谱图图7-16球笼联轴节更换前图7-15为正常谱图。图7-16显示，三道牵伸机振动幅值超过第六章第四节表6-6所列振动标准（试行）中的ALARM2（P117），逼近临界值，输入轴轴承存在故障隐患，同时有丰富的以球笼联轴节工频11.45Hz为间隔的边带频成份，反映出球笼联轴节状况不好。2020/3/151616日开盖检查，发现输入轴后轴承由于轴挡未装已发生移位并跑内圈，复位并安装轴挡恢复。17日更换球笼联轴节。显然由于主要故障尚未排除，更换球笼联轴节之后测试频谱（图7-17）仍然异常。待生产调度妥善后，安排长时间停机修理，最终于23日更换输入轴两轴承后排除故障，见图7-18。图7-17球笼联轴节更换后图7-18轴承更换后需要说明的是，这一故障的诱发源是上次修理时后轴承端部未装轴挡。2020/3/1517对于涤纶短纤维后处理装置齿轮箱故障，一方面，经过多年刻苦钻研和努力实践，积累了宝贵的经验，目前已经具备了一定的故障分析和判断能力，可以及时掌握设备运行的动态信息；一方面，通过长期以来对故障机理研究发现，在确保润滑万无一失的前提下，齿轮箱故障多是由于疲劳破坏所致，渐发性故障居多，从其早期形成到丧失功能一般有一个较长期的过程，这使诊断人员有充分的时间观察其故障劣化发展情况；一方面，短纤后处理装置属间歇制工作设备，可以利用了桶时间进行检修。所有这些为在涤纶短纤维后处理装置推行设备状态维修创造了极为有利的条件，近十年来，编者原所在单位已根据状态监测情况，对生产线安排了多次深度检修，如齿轮箱开盖检查、调整、紧固，并处理了上百起故障，基本上做到了在高度预知的情况下，适时地、合理地安排预防性修理。2020/3/1518六、动力循环水泵轴承座故障由于：①g/SE值非常大，其反应出冲击能量的大小；②频谱中转速频率占绝对优势；③该测点位于前轴承座，且采集方向为径向。因此判断：第一种可能，前轴承座内部存在径向撞击力；第二种可能，靠近前轴承的弹性柱销联轴器存在故障。结论：对该水泵进行检修，经解体前轴承座后发现，轴承跑外圈并伴有撞击，已将轴承座内孔磨出约1mm多深的凹痕，润滑油呈黑色，与此前第一种判断基本相符。图7-19该水泵前轴承座径向g/SE频谱图2020/3/1519动力设备在工业生产中虽属辅助和服务性质，但关系到生产能否顺利而不间断地进行，因此也应始终把其维护、修理和运行的安全可靠置于首位，并突出抓好状态监测工作。动力机泵一般均有备台可以切换，属间歇制工作设备，可作为推行设备状态维修的试点。总结在动力设备推行状态维修的经验，最重要的一点就是，状态监测在使维修活动之计划性、针对性、预防性、彻底性更加有机地结合起来的同时，大大提高了维修活动的经济性，即在确保设备正常工作的前提下，避免过剩的维修活动，提高设备的可利用率，充分发挥零件的最大寿命，真正做到视状态维修。2020/3/1520第二节状态监测在集体驱动装置中的应用一、引言单独驱动——由多台电机分别拖动集体驱动——由单台电