1、问题的提出
在大型钢铁公司的烧结厂中，
烘干机的作用是对生产球团的原料进行烘干，烘干机的运行状态将对后续的球团生产产生很大影响，并间接影响炼铁生产。某钢铁公司烧结厂烘干机减速器在短短几个月中多次损坏，主要表现为齿轮严重点蚀、磨损和断裂。从I轴到Ⅳ轴均有齿断裂，而且常常从根部沿整个齿宽方向大面积断裂，有两台齿轮箱的使用寿命还不到20天。减速机壳体也出现温度过高的现象，严重影响了生产，给企业造成了较大的损失。
该型烘干机的传动部分是由电动机带动一个三级减速的减速机，再通过减速机输出轴的小齿轮带动大齿圈驱动滚筒，传动系统及监测点布置简图见图1。本文所研究的减速机因输出轴转速较低，监测仪器的选择和监测振动物理量的选择显得尤其重要。
2、烘干机传动系统参数
在图1中，电动机的型号为：Y355Ll-6异步电动机：功率／转速=220 kW/991 r.min-1;减速箱的型号：ZSY500型硬齿面圆柱齿轮减速机；传动比/=35.5；烘干筒规格为：d3 mx25 m。监测期间烘干机进行限产，产量为130 t/h(正常时为135 t/h)．下表为烘干机传动系统的传动啮合系数。
3、振动监测过程及诊断分析
3.1监测参数的选择
本文中减速机的转轴正常运行频率不高(最高不超过17 Hz)．啮合频率虽然较高最高达346.7 Hz)，但远未达到齿轮的固有频率(一般在1～10 kHz)，因此不会出现因共振而导致齿轮破坏。
对振动监测仪器最重要的要求之一．就是能够在足够宽的频率范围内测量包括所有主要分量在内的全部信息，对于齿轮箱其转动轴工作频率可能仅有几个赫兹，但齿轮的固有频率又有可能高达上万赫兹。在齿轮箱内部损伤还未影响到实际工作之前，高频分量已经包含了损伤的信息，而仅当内部缺损发展到较大时，才在低频信息上反映出来，因此，监测出高频分量并对它正确分析，是故障监测的核心任务。
为使测量结果能够有效反映机组实际运行情况，根据机组特点和现场测试条件对测点和监测物理量进行了优化选择，分别测量了图1监控点2、3、4、5、6、7、9、10在V、A方向上的振动速度、加速度和位移参量。Ⅱ轴的转动频率和其上的啮合频率与其它轴比较，虽低于I轴，但高于Ⅲ、Ⅳ轴。由于进行边频分析时高频部分能反映更多的故障信息，而且，可以在轴承座上方便地贴片测量，因此，测点5、6成为主要振动测量对象。
3.2监测过程
2004年3月5日新减速机安装完毕投产，至7月18日该减速机损坏．对减速机组进行了4个多月跟踪监测，积累了大量振动监测数据。所采用的监测系统为美国ENTEKIRD公司生产的DataPAC数据采集器及配套的EMONITOR Odyssey管理软件。同时使用丹麦B＆K公司生产的BK2513型振动测量仪对机组的振动进行跟踪监测。
4、振动测量值分析
4.1振平值分析及趋势分析
轴系振平值监测是测试机器上某些特定测点处的总振级大小，振平可采用测量参数的有效值、峰值或者平均值，从测量的角度来看，测点5、6属于中频振动，测量参数采用振动速度值。趋势分析是把所测得的特征数据和预报值按一定的时间顺序排列起来进行分析，这些特征数据可以是通频振动、2倍振幅、位移、速度、加速度等，趋势分析在故障分析中起着重要作用，本文对测点5、6进行了位移、速度趋势分析。
对测点5、6的振动数据分析可知，随着减速机运行状态的劣化，轴承部位的振动速度值呈现逐步增大态势，见图2和图3。特别是从测点17开始，振动速度值呈现出逐步增大到超出振动可接受区域的趋势，说明设备状态的劣化可以明显地通过监测速度值来把握。
而各测点的振动加速度值和位移值在整个运行周期中，随着减速机状态的劣化，没有明显的变化规律，说明振动加速度值和位移值的测量不能有效地反映减速机的运行状态。
4.2 振动波形和频谱分析
齿轮的振动频率可以分为三类：(1)轴的转动频率及其谐频；(2)齿轮的啮合频率及其谐频；(3)齿轮的各阶固有频率。对减速器监测所得到的实际振动往往是上述各类振动的组合，可以把这类组合简化为线性。当减速器出现某种形式的故障时，产生几种动载荷同时作用在齿轮上，使其同时产生几种振动，这些振动相互叠加调制，表现出在故障频率处出现大量边带频谱，从齿轮振动的边带频谱中可以分析出载荷或调制信号的频率，减速机的频谱故障诊断实际上就是对边频进行分析。
从新减速机开始运行到报废，观察各个测点的三维加速度谱阵，可以发现：(1)较低频段的加速度谱线没有明显变化；(2)随着齿轮状况劣化，较高频段显著变化，主要表现为：故障齿轮转频的高次谐波谱线显著增长：故障齿轮的啮合频率及其2倍频谱线增长快：在故障齿轮的啮合频率及其谐波附近出现大量边带，并且边带谱线逐步增长。图4是5V测点三维加速度趋势图，从图上可以清楚看到随着齿轮状况的劣化各频段谱线的变化情况。
由监测过程可知，设备正常时，机组测点振动加速度波形比较随机，只有少量无规律的脉冲信号，异常出现并发展时，波形上冲击逐步增大。5V加速度波形出现显著的有规律的脉冲冲击信号，Ⅱ、Ⅲ轴啮合频率及其谐波谱线显著增长，边带频谱线增多。这是齿轮严重故障的征兆，可能有多个轮齿断裂。
4.3检修情况
打开减速机人孔观察，发现Ⅱ轴小齿轮（齿轮轴）连续有7个齿断裂，其中有5个齿沿齿宽方向从齿根整体断裂，2个齿局部断裂。Ⅳ轴齿轮大多数齿面存在剥落坑，沿着整个齿宽都出现剥落损伤。与监测时的故障诊断预测相吻合，
5、结 论
通过对一类型号的减速机从基本正常到缺陷出现并发展，直到断齿损坏进行大量测试，本文运用振动频谱分析、趋势分析理论，对所得到的振动数值、振动加速度三维趋势图进行分析，得出如下结论：
(1)在振动值的监测方面，以测量轴承部位的振动速度值可以准确反映减速机状态的变化。
(2)观察加速度频谱的变化，并设定合适的振动可接受门阈值，可以发现早期设备缺陷。
(3)正常状态时，振动加速度波形呈现随机状态，当齿轮出现缺陷，波形中将出现有规律的脉冲：随着齿轮缺陷的发展，脉冲强度将逐步增强：判定了齿轮濒临断裂的临界时间点，从而可以及时�；煨�。
(4)对新齿轮箱投入使用时、运行时、严重破坏时所监测的信号比较，解决了齿轮箱频繁损坏的责任问题，得出该类型号齿轮箱的设计强度不足的结论。
