铁谱分析技术在齿轮箱故障诊断中的应用

　　一、诊断分析

　　某一无缝钢管机组穿孔机有两个装备和工况完全相同的上辊和下辊系统, 并且具备重载、低速和冲击载荷的特点。图 1 是轧辊系统的简图, 齿轮的材料为 17CrNiMo6。

　　使用铁谱分析法对穿孔机齿轮箱进行设备故障诊断和分析。由于该齿轮箱长期处于恶劣的工况条件下, 因此其润滑采用压力油喷淋润滑与油浴润滑相结合的方式, 压力为 0.2～0.3MPa, 铁谱的取样点选择在回油管的起始端, 如图 1 所示的位置。

　　每次取样时, 取 50ml 的油样, 然后以 10∶1 的比例进行稀释( 由于油样的磨粒浓度大) 和分析。每次都用上述的方法同时对上、下辊齿轮箱取样分析, 并对油中是否含水作简易测定。在 2003 年 12月—2004 年 1 月经过一次检修, 表 1 是检修前后检测的结果。从表中可以看出, 在检修前后, 当系统工况没有发生变化时, 每次取样的磨粒浓度 WPC 值总有一个较小的变化( 即增值) 。

　　两台齿轮箱虽然工况条件完全相同, 但磨粒浓度( WPC)值相差很大, 上辊齿轮箱比下辊齿轮箱大 4~6 倍以上。从谱片观察中发现, 上辊齿轮箱的油样中有两种典型磨粒: 第一种是擦伤和严重滑动磨粒, 大的磨粒尺寸在 200μm 以上, 其表面粗糙, 并有明显的划痕和撕脱痕迹。将其加热到 330℃后, 表面呈现蓝紫色回火色, 表明磨粒是齿轮的合金钢 17CrNiMo6 成分。而下辊齿轮箱的油样中虽然也有划痕的擦伤磨粒, 但尺寸较小, 一般在 30~40μm 的范围内。第二种是腐蚀磨粒集聚, 特别是上辊齿轮箱的第四次油样的谱片上集聚了大量的腐蚀磨粒。

　　比较两台齿轮箱, 发现上辊齿轮箱的腐蚀磨粒普遍比下辊齿轮箱的多, 据此可以初步判断上辊齿轮箱在检修前齿轮已经发生了异常磨损。这种磨损的原因可能是由于齿轮箱在低速瞬时过载引起的。后来在检修中发现, 上辊电动机的滚动轴承内圈滚道上有直径约 13mm 和 7mm 的两个剥落坑, 使上辊齿轮箱受到冲击载荷的影响, 作用于齿面的负载增大; 润滑剂起了腐蚀反应, 使磨损率增大。

　　在检修时更换了损坏的电动机轴承和新润滑油后, 磨粒浓度都有明显下降, WPC 值降至检修前的 25%左右, 检修后每个取样 WPC 值都有一个明显的增值。进入 6 月份以后, 这个增值有明显的增加, 需要进一步跟踪。下辊齿轮箱第六次取样, WPC有一个峰值, 此时简易测定发现润滑油中含有水分。通过采取密封措施, 杜绝了进水源。在此后对油的理化性能分析时, 含水量减少至 0.56%。第七次取样时 WPC 值又明显下降, 但在随后的7、8 两个月内, WPC 值又有明显的增加。此时, 机器的刚性联轴器发生了故障。据分析是刚性联轴器的异常工况使下辊齿轮箱磨损速率的增加。