特钢高速线材厂轧机齿轮箱轴承故障分析

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摘  要：马钢特钢高速线材厂16#、17#轧机齿轮箱分配轴径向轴承出现三次保持架断裂故障，第一次出现轴承保持架断裂故障后，技术人员在齿轮箱安装了振动传感器进行监测，在后期两次轴承保持架断裂事故中，在线振动监测传感器无法提前24h拾取轴承保持架断裂引起的振动异常信号，针对上述问题给出了原因分析。同时轴承保持架由钢材质更换成塑性和延展性更强的铜材质后，机组运行4个月后没有出现轴承保持架断裂故障。关键词：振动监测；轴承保持架；分配轴；断裂故障；振动波形；振动频谱1　概述

2024年4月13日，马钢特钢高速线材厂16#、 17#轧机齿轮箱出现异响，经过检查发现16#分配轴的径向轴承（型号为NU226）和圆锥滚子轴承（型号为32222）保持架断裂，17#分配轴径向轴承（型号为NU226）损伤，2024年4月16日，机组经检修后恢复运行。检修后的齿轮箱安装了无线传感器进行在线监测，受16#和17#分配轴轴承位置的限制，仅对齿轮箱输入轴轴向测点、16#和17#轧辊箱箱体的测点进行了振动监测。

2024年5月26日，16#、17#轧机齿轮箱又出现异响，经过检查发现，齿轮箱17#分配轴径向轴承保持架再次断裂，但该轴承故障出现前，在线监测系统并没有捕捉到振动异常信号，振动幅值较小，振动波形、频谱特征都正常［1-2］。技术人员分析认为，出现轴承保持架断裂故障阶段应该会引起齿轮箱振动值明显爬升，也应当会测试到异常振动信号，但本次轴承故障没有捕捉到振动爬升的信号，这可能与传感器没安装到相应的轴承位置有直接关系。

受安装条件限制，仅在齿轮箱输入轴、16#和17#辊箱箱体进行了传感器布置，没有安装到重点关注的轴承部位附近，应在16#和17#分配轴两端，尽可能找到离轴承较近的位置布置传感器，拾取更有价值的轴承振动信号，从而预测出轴承的缺陷。

2024年5月28日，机组经检修后再次恢复运行。第二次检修后，齿轮箱输入轴驱动端轴向、输入轴自由端轴向、16#分配轴驱动侧靠近轴承筋板水平侧、16#分配轴自由端轴向、17#分配轴驱动侧轴向、17#分配轴自由端靠近轴承的筋板垂直和轴向共安装了7个振动传感器进行监控。

2024年6月27日，16#、17#轧机齿轮箱第三次出现异响，经过检查发现，齿轮箱17#分配轴径向轴承第三次出现保持架断裂的严重故障。在增加了振动监测点的情况下，此次故障前仍然没有捕捉到齿轮箱振动异常信号。

2024年6月28日，对齿轮箱17#分配轴轴承进行更换，同时轴承的保持架材质也由原来的钢材质更换为塑性和延展性更强的铜材质，更换后机组一直运行到2024年11月3日，没有出现轴承箱轴承故障。

2　设备传动与测点布置简介

16#、17#轧机是由电机、齿轮箱、轧辊箱等组成，电机功率1500 kW，结构示意图见图1。17#分 配轴轴承损伤位置见图2。

第一次出现轴承断裂故障后，仅对齿轮箱输入轴轴向测点、16#和17#轧辊箱箱体的测点进行振动监测。第二次出现轴承断裂故障后，增加了新的振动传感器，并对传感器布置位置进行了优化，优化后的振动监测点布置图见图3。

3　齿轮箱轴承振动分析

2024年4月17日齿轮箱更换轴承后，振动加速度波形就存在以16#、17#分配轴为转频的冲击信号，振动加速度值为2.3m/s2，频谱中也存在等间隔的冲击信号，更换轴承后，转轴运行存在不稳定特征，可能是轴承存在间隙超差，但振动幅值较小。

图4、图5为2024年4月20日齿轮箱输入轴轴向振动加速度波形和加速度频谱监测数据。

2024年5月26日，17#分配轴轴承出现故障前，齿轮箱输入轴轴向测点速度值和加速度值趋势稳定，振动幅值都较小，振动速度幅值在0.6mm/s以内（见图6），加速度幅值在3m/s2以内（见图7），振动值没有明显上升趋势。

在2024年5月26日的振动监测频谱中存在以28.125 Hz的等间隔冲击信号（见图8），齿轮箱输入轴轴向振动加速度频谱的包略解调谱（见图9）中出现与17#分配轴转频（28.125 Hz）相同的冲击频率及二、三、四倍频，没有明显的异常信号。

针对第二次轴承故障，在5月28日下午，对齿轮箱增加了7个振动传感器进行监控。

根据5月30日和31日监测的振动数据，齿轮箱存在16#、17#分配轴的冲击信号，且冲击信号特征明显（见图10），16#、17#分配轴运行存在不稳定特征，包略解调谱出现与17#分配轴转频（28.438 Hz） 相同的冲击频率及二、三、四倍频（见图11），后续需加强跟踪齿轮箱噪音和振动幅值的变化，监测运行。

2024年6月27日，16#、17#轧机齿轮箱再次出现异响，检查发现，齿轮箱17#分配轴轴承又出现保持架断裂的严重故障。17#分配轴自由端轴向测点振动速度值较小（见图12），加速度值也较小，但有小幅增大趋势（见图13）。输入轴自由端轴向测点 的振动速度值较小（见图14），加速度值有增大趋势，幅值较大（见图15），但振动波形和频谱没有明显的异常信号（见图16、图17）。

4　结语

2024年5—6月，齿轮箱17#分配轴轴承出现两次保持架断裂的严重故障，先后两次对齿轮箱加装 了振动传感器进行监测，但都没有提前预测出轴承保持架断裂故障。原因是轴承保持架一旦出现断裂现象，已是轴承故障后期，保持架断裂故障是瞬间的，在很短时间内产生，出现故障后，会出现振动值表现不明显现象，通过振动监测也很难预测。

轴承保持架断裂故障和轴承内圈、外圈、滚动体出现的故障不同。内圈、外圈和滚动体出现严重故障是需要一定时间才能形成的，同时轴承的振动值也相应有增大趋势，在振动波形和频谱信号中都会有明显的轴承元件故障特征频率，出现故障容易 被识别出来。而保持架故障特征频率是各轴承元件故障频率中最小的，本身就难以识别［3］。

出现轴承断裂或开裂故障现象是瞬间的，在轴承保持架出现故障前，轴承状态基本都是正常的，滚动体也是有序运行的，振动速度值和加速度值都正常，一旦出现轴承保持架断裂已是轴承故障后期，会在较短时间内出现加速度幅值爬升现象，但此时轴承故障已经发生，在线振动监测提前捕捉由保持架断裂引起的轴承振动异常信号的能力明显 不足，所以从根源上找到轴承保持架频繁断裂的原因才是解决问题的根本。

2024年7月初，通过分析对齿轮箱17#分配轴轴承保持架材质进行重新选择，由钢材质保持架更换为塑性和延展性更好的铜材质保持架后，新轴承运行四个月，轴承状态正常。

【参考文献】

[1] 陈长征，胡立新.设备振动分析与故障诊断技术［M］.北京：科学 出版社，2007.

[2] 简彦成，张国新.张力拉矫机的二自由度行星齿轮减速箱故障诊 断［J］.噪声与振动控制，2016，36（1）：173-176.

[3] 简彦成，贾维龙，王顺利，等.某钢厂预精轧14#轧机减速箱轴承 保持架故障诊断分析［J］.中国设备工程，2021（14）：267-269

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