摘要  介绍三个纸机导辊轴承振动诊断案例，总结利用噪声、振动值与包络值大小、振动频谱等分析方法，综合考虑各种因素，准确判断轴承故障的几点要领。
关键词  导辊轴承  状态监测  振动  诊断分析
中图分类号 TH133.3 文献标识码 B

    纸机中的导辊，如毛布导辊、张紧辊等，对纸机网子、毛布起到引导或张紧的作用。如果导辊轴承出现严重故障，会给设备、网子或毛布造成损伤，甚至造成故障停机。因此，导辊轴承振动诊断分析很重要，下面介绍三个案例供参考。案例中使用SKFMicrolog CMVA60数据采集频谱分析仪、SKF Machine Analyst3.1.2振动分析软件、SKF CMSS797L低频加速度传感器、SKFStethoscope TMST2听诊仪。
    案例1  浆板2#导网胸辊轴承振动诊断分析
    轴承型号：SKF 22317E
    工作转速：79r/min(1.32Hz)
    润滑方式：脂润滑
    浆板2#导网胸辊自2006年7月13日一直按正常采集周期跟踪监测，2006年11月29日分析数据时，发现其操作侧轴承振动值大幅上升（图1）。重点跟踪检测，发现其第二天振动值持续升高，垂直方向包络总值达到0.3138gE，超出SKF系统推荐的危险值0.1gE，其余各方向的包络值也很高。从振动趋势图上能够明显地看出轴承的振动加剧。再从振动瀑布图（图2）上看，原来一直很平滑的曲线上出现了许多异常频率峰值。此时的包络频谱中也有明显的轴承缺陷频率（图3）。诊断分析为，轴承损伤，建议拆检轴承。2006年12月12日车间计划停机，拆检该轴承，发现轴承内圈出现裂纹，外圈严重磨损。更换轴承后，2006年12月19日对其进行采集检测，振动值已大幅降低并恢复到初值。

    案例2  纸板17#毛布导辊轴承振动诊断分析
    轴承型号：FAG 22315EK
    工作转速：443r/min(7.38Hz)
    润滑方式：油润滑
    2007年1月16日17#烘缸毛布导辊声音异常。2007年1月17日进行数据采集分析，发现导辊两侧振动值和包络值都很高，特别是驱动侧的轴承包络值特高，垂直方向14.11gE，水平方向15.76gE，轴向8.136gE，远远高出系统提供的参考危险值1.3gE。现场异常噪声很大，用听诊仪听得轴承座内发出如同火车滚轮经过导轨接口处发出的声音。时域图中，几乎每隔0.136s（即7.38Hz），有一次冲击（图4）。包络频谱中，产生了许多工频的倍频，其幅值虽在0.8gE范围内，但总值却很高，出现了随机的宽带高频“噪声振动”（图5）。诊断结果为轴承松动、损伤，建议拆检轴承并检查轴承与轴的配合情况。2007年1月31日车间计划停机，对该轴承进行了拆检，发现轴承内部游隙近3mm，保持架严重松动。轴承拆下后检查发现：轴有磨损；轴承内圈断裂，内表面有旋转摩擦痕迹，并有麻点；外圈承载区101°的碾磨，中间有挡圈与内表面滑动摩擦的痕迹；保持架松动，一处断裂；中间挡圈受到两侧保持架的挤压磨损。

    案例3  纸板19#毛布导辊轴承振动诊断分析
    轴承型号：FAG 22315EK
    工作转速：429r/min(7.15Hz)
    润滑方式：油润滑
    2007年1月17日车间发现19#烘缸下毛布导辊声音异常。2007年1月18日采集数据分析发现：导辊两侧振动值和包络值都很高，且操作侧比驱动侧值高。操作侧垂直方向包络值3.544gE，速度振动值6.526mm/s；水平方向包络值5.839gE，速度振动值9.179mm/s，轴向包络值6.433gE，速度振动值10.55mm/s，高出系统提供的参考危险包络值1.3gE。在速度频谱中，有明显的轴承外圈缺陷频率（图6）。另在包络频谱中，也发现明显的轴承外圈缺陷频率，并在其周围有保持架缺陷频率的边频带（图7）。诊断结果为轴承损伤，建议拆检轴承2007年1月31日车间计划停机，对该轴承进行了拆检，发现轴承外圈的内侧360°剥落，内圈疲劳磨损，滚动体剥落，保持架与中间挡圈有摩擦磨损。

    从上面的三个案例，可以总结出应用状态监测诊断技术进行诊断分析，准确判断故障原因的几点要领。
    1．从声音上判断
    当轴承在运行中由于润滑不足而使工作表面产生胶合，或由于疲劳磨损产生点蚀剥落，或当点蚀继续扩展产生裂纹或断裂的时候，都会产生声发射信号。声发射是一种动态发射，需要用声发射仪来接收。在实际中，通常用听诊仪来听轴承声音是否正常，听诊仪是通过高灵敏压电传感器，拾取设备中微弱的振动信号并放大到适当音量。而平时通过耳朵听到明显异常声音时，可能此时轴承已经损伤严重了。如案例2和案例3，通过听诊仪发现了导辊轴承声音的异常，进而采取了进一步精密检测诊断的必要。
    2．从振动值、包络值来判断
    振动值的大小能够很好地体现出振动的强弱程度。但是，高振动值并不一定就反映轴承有问题或者轴承损伤严重。而反过来，轴承损伤的严重程度一般情况下就会从振动值的大小上反映出来。加速度包络，是SKF为了检测有缺陷的滚动轴承而研究开发出来的，是测量频率相对较高的某一频段内的加速度总能量，它去除了低频部分的干扰，加强了高频部分的小能量，能够较早地检测到滚动轴承问题。在轴承损伤开始时，加速度包络就能检测到，包络值的大小能够很好体现出磨损的程度。而随着轴承磨损的发展，加速度包络值会持续升高，速度振动值也会上升，这时速度传感器就能够检测到轴承问题，参见图8典型轴承损伤模式。相对于电机、泵等中高速旋转设备，导辊的转速较低，负荷也不很高，即使轴承有轻微损伤，振动值和包络值也相对较低。因此，比较振动值、包络值大小要在同一台设备上连续采集分析的基础上进行，或在同类别设备中相对比较。

    3．从异常频率来判断
    在这里，从固有频率和轴承缺陷频率来分析。由于外力的激励而引起的轴承某个元件自由振动的频率，称之为固有频率。对各种轴承元件，其固有频率有一确定范围，大致在20~60kHz，往往将此段频率作为诊断频带。但从轴承的经济效益考虑，考虑更多的应是轴承的缺陷频率。轴承有缺陷时，滚动体滚过缺陷部分就会产生冲击振动，在轴承转速固定的情况下，这种振动具有固定的频率，称之为缺陷特征频率。不同的轴承元件对应不同的缺陷特征频率。在对轴承检测的信号作频谱分析后，就可以找出相应的缺陷特征频率，从而确定轴承存在缺陷的部位，如案例1和案例3中，可以通过公式计算轴承缺陷频率进一步确认轴承损伤的具体部位。
    在SKF MA系统中(如软件版本：SKF Machine Analyst3.1.2)，已有SKF、NSK、FAG、TORRNGTN等20个厂家的部分轴承型号，可从系统中直接调出轴承的缺陷特征频率使用。而在造纸行业中，导辊轴承大部分是采用自调心滚子轴承。
    通过公式计算的各种特征频率都是从理论上推导出来的，而实际轴承的各种几何尺寸会有误差，加上轴承安装后的变形，使实际的频率与计算所得的频率会有某些出入，所以在频谱图上寻找各特征频率时，需要在计算的频谱值的附近找其近似的值来作诊断分析。特别当轴承严重磨损后，滚动体和轴承内外圈的尺寸发生了变化，其轴承缺陷频率也会随之改变。当然，为了更精确检测到轴承缺陷，许多状态检测设备已对轴承缺陷频率增加了修订系数。但设备到最后，原先离散的轴承缺陷频率就开始“消失”，几乎从振动频谱或包络频谱中看不到，取而代之是随机的宽带高频“噪声振动”。如案例2中，从频谱中已经找不到轴承内圈故障的缺陷特征频率。
    4．充分利用各种频谱图、时域图、趋势图、瀑布图等，综合全面分析判断
    对于一直监测跟踪的设备来说，用振动的趋势图和瀑布图来判断轴承异常是很直观的，如案例1中，浆板2#导网胸辊振动的趋势图和瀑布图，能够很明显地从中发现轴承异常信息但是对应急诊断，没有了趋势的跟踪，只是单独从采集的频谱图和时域图来分析判断，不仅增加了诊断难度，而且．降低了准确度。因为一次性采集的数据具有一定的局限性。特别当其他零件产生了干扰噪声，且其振动频率又极其逼近时，就会产生干扰作用，该干扰信号妨碍了对被测轴承进行准确的分析和判断。这时就要综合分析，从轴承的初期安装质量到近期轴承的维护保养状态，以及在运行过程中发现的异常情况等来综合考虑全方位分析。如案例2纸板17#毛布导辊轴承振动诊断，就是应急诊断，单独从频谱图中很难下轴承损伤的结论，需从噪声上判断，在振动值、包络值上分析，以及咨询车间维护人员，从轴承的运行时间、润滑方式、维护保养状态、近期导辊毛布的运行情况等进行综合考虑。另外如果方便的话，通过打开轴承座端盖表面对比检查，更能提高诊断分析的正确率。
    此外，在对纸机导辊轴承振动分析中，还可对轴系润滑油或脂做铁谱分析，用红外线测温仪检测轴承温度等等，进一步提高故障诊断准确率。