軸承FAG 6309電機軸承 精密軸承

 
東莞市西力軸承有限公司
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牽引電機是電力機車產(chǎn)生牽引力的主要部件，其工作狀態(tài)的良好與否，直接影響著電力機車的正常運轉(zhuǎn)。蘇制8G型電力機車牽引電機軸承采用的是標準的滾動軸承，由于異物進入、油潤不良、安裝質(zhì)量不高、受過載沖擊及長期使用等因素，都可能造成滾動軸承出現(xiàn)磨損、壓痕、膠合、點蝕、裂紋、內(nèi)套弛緩等損壞現(xiàn)象，如不能及時發(fā)現(xiàn)故障隱患，必將影響機車的正常運行，嚴重的將會造成機車破損，請求救援，給運輸生產(chǎn)造成重大損失。因此，對軸承進行狀態(tài)監(jiān)測和故障診斷的研究引起越來越廣泛的重視。

8G機車牽引電機軸承由于缺乏動態(tài)檢測設備，目前只能靠測量靜態(tài)尺寸來判斷軸承的質(zhì)量。實踐證明，僅僅依靠靜態(tài)手段來檢測單件軸承的質(zhì)量是不夠的。因為軸承質(zhì)量是在電機運轉(zhuǎn)中表現(xiàn)出來的一種綜合性動態(tài)特性，必須進行動態(tài)檢測才能全面準確地評價軸承的質(zhì)量。

軸承精度可通過靜態(tài)幾何檢測進行判斷。但基本尺寸及旋轉(zhuǎn)精度的綜合質(zhì)量即運轉(zhuǎn)狀態(tài)，必須在軸承以一定轉(zhuǎn)速及載荷下旋轉(zhuǎn)時才能反映出來，這就需要對單件軸承進行動態(tài)檢測。軸承故障的診斷是機械故障診斷技術的重要內(nèi)容，因為牽引電機的故障中有相當數(shù)量與軸承有關。它一旦出現(xiàn)故障就將直接影響機車運行。目前用于滾動軸承故障診斷的普遍和實用的方法是振動診斷檢測法，通常又分為“簡易診斷”和“精密診斷”。軸承故障診斷技術經(jīng)過多年的發(fā)展，已有了很大的提高。國內(nèi)外目前已出現(xiàn)了許多軸承故障診斷儀器，并有成套檢測設備，智能化程度較高，具有簡易診斷與精密診斷的雙重功能。鐵道部科學院機車車輛研究所研究開發(fā)出了不同型號的機車軸承故障診斷儀器，如：JL-201機車軸承故障診斷儀、JL-501機車軸承動態(tài)檢測系統(tǒng)等，適合電力機車牽引電機軸承的檢測診斷，在實際故障檢測工作中發(fā)揮了很好的作用。

2 電機軸承故障振動診斷方法

2.1 簡易診斷法

通過對測量儀器內(nèi)部參數(shù)的合理設置，以及電機軸承檢測部位的多次采樣，對得出的相關檢測參數(shù)進行分析，即可判斷出被檢測軸承是否異常及故障的大小。主要檢測參數(shù)有加速度有效值Grms和峭度系數(shù)Kv值。

2.1.1 振動加速度有效值


有效值Grms反映的是軸承系統(tǒng)在分析頻帶范圍內(nèi)的振動大小，也就是故障程度的大小。它是軸承元件在測試過程中所有合成振動的能量平均。

2.1.2 峭度系數(shù)


峭度系數(shù)是表示軸承工作表面出現(xiàn)疲勞故障時，每轉(zhuǎn)一周，工作面缺陷處產(chǎn)生的沖擊脈沖，故障越大，沖擊響應幅值越大，故障現(xiàn)象越明顯。

峭度系數(shù)表示故障形成的大幅值脈沖出現(xiàn)的概率。為了將脈沖響應與背景噪聲的差距拉大以提高信噪比，峭度系數(shù)取脈沖響應幅值的4次方為判斷依據(jù)，準確度大大提高。

Kv峭度系數(shù)的特性：一般運轉(zhuǎn)平穩(wěn)、無明顯周期性干擾的軸承，其振動信號概率密度接近正態(tài)分布，而正態(tài)分布的峭度系數(shù)Kv=3。當軸承逐步出現(xiàn)故障，工作表面出現(xiàn)損傷引起機械沖擊時，Kv值增加較快，其振動信號概率密度偏離正態(tài)分布。這是軸承簡易診斷技術的重要依據(jù)。

峭度系數(shù)對軸承早期故障較敏感，軸承一旦發(fā)生故障，Kv值即增大。也就是說當軸承逐步出現(xiàn)滾動表面損傷時，振動信號中必然產(chǎn)生周期性大幅值脈沖。由于峭度系數(shù)表達式中分子為x的4次方，而分母為均方值的平方，也就是說分母是一個平均量，這就必然導致分子的增加快于分母，Kv上升很快，反映了故障已出現(xiàn)。峭度系數(shù)是振動幅值概率密度函數(shù)陡峭程度的量度，計算時，采樣頻率及采樣點數(shù)對計算結(jié)果有一定的影響。Kv值的計算是在概率密度函數(shù)標準化后進行的，當轉(zhuǎn)速或載荷變化雖然也發(fā)生變化，但其均值和標準差也隨之變化，幅值概率密度函數(shù)的形狀與原工作狀況無太大差別，對軸承故障的發(fā)展程度反映不很敏感，所以Kv值變化不大。

2.1.3 峭度系數(shù)與有效值的關系

軸承故障與峭度系數(shù)、有效值的關系見圖1。

圖1 Kv、Grms與軸承故障程度的關系

從圖1中可見，Kv對早期故障比較敏感，而穩(wěn)定性不好。軸承故障發(fā)展初期，Kv增加較快，表示故障出現(xiàn)，但上升到一定程度，隨著故障發(fā)展程度的嚴重卻有所下降。有效值Grms則相反，它對早期故障不夠敏感，但穩(wěn)定性好，隨著故障的發(fā)展單調(diào)上升，表示了故障的發(fā)展程度。

要取得簡易診斷的可信效果，就要對峭度系數(shù)和有效值進行綜合分析，可同時兼顧故障診斷的敏感性與穩(wěn)定性，是牽引電機軸承故障監(jiān)測的較好方法。

2.2 精密診斷法

簡易診斷只能診斷出電機軸承有無故障，但不能判斷出故障的具體部位。而精密診斷方法則是采用共振解調(diào)技術，利用頻譜分析方法，就能夠判斷出軸承發(fā)生故障的部位，可以做到準確判斷，視情維修。

軸承的加工精度分為基本尺寸精度和旋轉(zhuǎn)精度兩類：基本尺寸精度是指內(nèi)外圈滾道直徑、內(nèi)外圈裝配直徑、寬度等按不同等級規(guī)定的尺寸公差要求。

旋轉(zhuǎn)精度是指軸承元件形位公差按等級規(guī)定的要求，如滾道徑向跳動、內(nèi)圈端跳、內(nèi)外滾道對基準面垂直度、滾道側(cè)擺、內(nèi)外圈端面平行度、滾動體橢圓度、游隙、光潔度、波紋度等。電機軸承出現(xiàn)故障時，其精度尺寸就會發(fā)生變化，軸承及滾動體旋轉(zhuǎn)就會輪番碾壓這些損傷表面，高速旋轉(zhuǎn)的內(nèi)圈會使這種碾壓形成沖擊。這種故障沖擊波在電機軸承尚未發(fā)生破損形變前，就以聲波的形式向外發(fā)射，并有著陡峭的前沿和極其豐富的頻譜。精密診斷法就是利用對此頻譜的檢測分析，確定故障部位。

2.2.1 電機軸承故障的測定

把從傳感器接收到的軸承故障沖擊力脈沖信號，經(jīng)放大后，采用濾波技術，獲得高信噪比的故障信號，通過共振解調(diào)處理，就可得到與軸承故障部位相應的頻率信號，從而確定故障部位。共振解調(diào)診斷軸承故障的步驟見圖2。

圖2 共振解調(diào)步驟示意圖

2.2.2 滾動軸承故障頻率計算

不同型號電機的故障軸承，在不同的轉(zhuǎn)速下，有著各自相應部位的故障頻率，但是軸承不同部位的故障頻率計算方法是一致的。具體計算公式如下：


2.2.3 軸承檢測的頻譜分析

電機軸承有缺陷時，滾動體滾過缺陷部位就會產(chǎn)生沖擊振動，在軸承轉(zhuǎn)速固定的情況下，這種振動具有固定的頻率，稱之為故障特征頻率。不同的軸承元件對應不同的故障特征頻率。在對軸承檢測信號作頻譜分析后，就可以找出相應的故障特征頻率，從而確定軸承存在缺陷的部位。

在實際檢測中，通過對檢測數(shù)據(jù)的觀察，看峭度系數(shù)、振動有效值是否正常，來分析判定電機軸承是否異常。對存在故障現(xiàn)象的電機，可通過對軸承故障脈沖信號的共振解調(diào)處理，用頻譜分析方法，找出軸承的周期性故障特征頻率，對照軸承故障特征頻率表，確定電機軸承故障部位。

3 結(jié)論

采用軸承振動診斷技術，對8G型電力機車牽引電機軸承進行動態(tài)檢測，可以及時發(fā)現(xiàn)牽引電機軸承的質(zhì)量問題，采取有效措施，及時消除故障隱患。用簡易診斷法可以判斷電機軸承有無異常，主要采用Kv、Grms等指標參數(shù)來判斷。用精密診斷法可以進一步判斷電機軸承故障的起因及發(fā)生部位，主要是借助診斷裝置及信號檢測分析儀器，對所測的故障脈沖信號進行共振解調(diào)處理，采用頻譜分析方法，找出電機軸承的故障特征頻率，確定故障的程度和部位，以便采取措施，保證牽引電機的正常運行。
摘 要： 當前對旋轉(zhuǎn)設備進行狀態(tài)監(jiān)測的手段，使用比較普遍的方法主要有振動分析和油液分析。但許多情況下，使用單一的分析手段很難確診故障發(fā)生的部位和故障的嚴重程度，這時候有效的手段就是綜合利用多種分析技術來對其進行監(jiān)測。文章通過振動和磨損分析的綜合診斷，準確預報了高爐脫硅除塵風機的電機軸承存在的故障，進一步說明綜合診斷的必要性。
關鍵詞： 振動分析 光譜分析 鐵譜技術 滾動軸承 狀態(tài)監(jiān)測

冶金工業(yè)中，大量使用各種設備裝置，其生產(chǎn)能力在很大程度上依賴于設備能力。如果能夠減少設備故障，將設備開工率提高10％，就等于在不進行設備投資的情況下提高了10％的生產(chǎn)能力，因此，提高各種設備的可靠性對實現(xiàn)設備的連續(xù)運轉(zhuǎn)已經(jīng)變得不可缺少了。此外，通過提高和穩(wěn)定質(zhì)量以及延長設備的使用壽命，以實現(xiàn)減少維修成本的要求越來越高。

設備維修體制經(jīng)歷了事后維修、以時間為基準的維修（Time Based Maintenance簡稱TBM）和以狀態(tài)為基準的維修（Condition Based Maintenance簡稱CBM）三個階段。TBM由于是無條件的定期維修，因而存在過度維修的問題，會造成不必要的浪費。而CBM是通過診斷設備狀態(tài)，根據(jù)診斷結(jié)果實施設備維修，是佳的維修方法。CBM能夠有效實施的前提條件就是對設備狀態(tài)的診斷結(jié)果要準確可靠。當前進行狀態(tài)監(jiān)測的手段，使用比較普遍的方法主要有振動分析和油液分析。振動分析是通過對振動信號的處理來判斷設備的磨損狀態(tài)，它能診斷出故障的類型和部位，但受工況條件的影響比較大。油液分析則是利用光譜和鐵譜分析技術對潤滑劑中磨損顆粒進行定量和定性分析，從而診斷出故障的類型和部位，它的分析結(jié)果受工況條件的影響較小，主要適用于低速、重載且故障發(fā)展比較緩慢的設備。但多數(shù)情況下，使用單一的分析手段很難確診故障發(fā)生的部位和故障的嚴重程度，這時候有效的手段就在于綜合利用多種分析技術來對其進行監(jiān)測。

脫硅除塵風機是高速旋轉(zhuǎn)設備，屬煉鋼生產(chǎn)線上的重要設備，倘若發(fā)生故障，將直接影響到高爐的正常運行，并將造成巨大的經(jīng)濟損失，因此把握電機軸承的工作狀態(tài)有著重要的意義。自2001年1月該設備納入受控監(jiān)測以來，該機組的振動值一直處于比較穩(wěn)定狀態(tài)。2002年10月22日，振動測試分析表明電機兩側(cè)軸承的振動值有增大現(xiàn)象，懷疑軸承有異常磨損出現(xiàn)。由于機組中風機、聯(lián)軸節(jié)和電機之間的異常振動有傳遞性，三者之間有可能相互影響，因此，為進一步確認發(fā)生故障的部位及軸承的磨損程度，還對電機兩側(cè)軸承的潤滑脂取樣進行光譜和鐵譜分析。關于潤滑脂的光譜和鐵譜分析方法，可以參考有關文獻[1～5]，在此不再贅述。

1 基本參數(shù)

軸承型號：電機負荷側(cè)：SKF NU234 EcMa/C3；電機自由側(cè)：SKF NU23OEC3。


1208TN
1208A
40
80
18
0.402
1208TN/P5
D1208A
40
80
18
 
1208TN/P6
E1208A
40
80
18
0.411
1209
1209
45
85
19
0.469
1209/P5
D1209
45
85
19
 
1209/P6
E1209
45
85
19
0.469
1209K
111209
45
85
19
0.46
1209K/P5
D111209
45
85
19
 

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