紙機日常運行中輥子、軸承及聯(lián)軸器等振動的典型頻譜
2024-02-05
馬海濤 喬文峰
福伊特造紙（中國）有限公司
隨著造紙技術(shù)和設(shè)備的快速發(fā)展，紙機車速由每分鐘幾十米已提升到2000m/min以上了，這對造紙機的旋轉(zhuǎn)件，特別是輥子帶來了更高要求。在日常生產(chǎn)和運行當(dāng)中，做好振動檢測，防患于未然顯得非常重要。
本文將對紙機日常運行中輥子及其主要附屬件（包括軸承及聯(lián)軸器）振動的典型頻譜進(jìn)行初步探討，供同行們在運行和維護(hù)中參考。
1、紙機輥子振動測試標(biāo)準(zhǔn)
紙機輥子振動烈度一般以振動速度RMS（均方根值，也稱有效值）進(jìn)行評估，單位為mm/s。圖1為機械設(shè)備振動國際標(biāo)準(zhǔn)表ISO2372和ISO3945。當(dāng)然類似標(biāo)準(zhǔn)是較寬泛的，大型設(shè)備供應(yīng)商或用戶會一般都有更細(xì)化的標(biāo)準(zhǔn)。
2、典型振動頻譜圖
2.1輥子動平衡問題
輥子在旋轉(zhuǎn)中，有自身的振動嚴(yán)重超標(biāo)的情況，我們稱之為輥子動不平衡。當(dāng)輥子動平衡不佳時，它的主要振動頻譜特征是：在垂直方向和紙機運行方向均可見轉(zhuǎn)動基頻振動烈度較大，并且從相位角上看,垂直方向和紙機運行方向的相位差接近90°。振動頻率一般為1～30Hz（與輥轉(zhuǎn)動頻率有關(guān)）。
如圖2為某輥子動平衡不佳時的檢測頻譜圖。圖中，X軸表示頻率，Y軸表示振動烈度，其中在垂直方向和水平方向上，有明顯的輥子轉(zhuǎn)動的1倍和2倍頻，并且垂直方向與水平方向的相位角相差230°－141°=89°。
2.2輥子包膠起斑馬紋
輥子包膠使用一段時間后，出現(xiàn)橫向（此處指紙機橫向，下同）的起楞條紋，并伴隨有較為強烈的振動，因為條紋與斑馬背上的條紋非常相似，被很多工廠稱為包膠斑馬紋。斑馬紋的產(chǎn)生可能有多種原因造成，原因一般包括：包膠面呈多邊形、速差、膠面老化變性、其他部位激勵頻率等。
斑馬紋的振動主要特征是：施膠或壓光的輥子，其振動烈度的方向為垂直方向，且頻譜明顯的峰值頻率可見與斑馬紋數(shù)量相關(guān)的振動諧波，主要振動頻率一般在100～350Hz。如圖4，為某施膠輥垂直方向頻譜圖，特征頻率為36X輥子基頻，該輥下機后，發(fā)現(xiàn)輥面出現(xiàn)36個斑馬紋。
2.3其他旋轉(zhuǎn)體共振或傳遞
在相互接觸的多輥之間發(fā)生共振的情況較為常見，但不直接接觸的輥子之間可通過其他介質(zhì)進(jìn)行振動傳遞，這種振動傳遞的情況則較為少見。以下我們分享一起由回路中其他未直接接觸的輥子，引起的振動傳遞的情況。
某機臺施膠機上，上下輥振動烈度較大，經(jīng)測試上下輥的自身頻率以及軸承等頻率未見異常。
經(jīng)過現(xiàn)場多次測試，我們發(fā)現(xiàn)施膠壓區(qū)臨近的導(dǎo)輥振動較大。而施膠輥上出現(xiàn)的頻率正是輥二（見圖4所示）的頻率。這說明其他旋轉(zhuǎn)體與目標(biāo)部位或部件產(chǎn)生共振或強烈振動傳遞時，該部位也會產(chǎn)生因振動導(dǎo)致的故障。
如上述這種情況，振動頻譜顯示特征振動頻率與共振旋或振動傳遞旋轉(zhuǎn)體一致，此種原因?qū)е碌恼駝宇l譜中主要振動頻率范圍一般為5～50Hz。如圖4，輥二的主要振動頻率為其基頻（11.0007Hz），該振動傳遞到了輥一，長期作用導(dǎo)致輥一包膠壽命縮短。
2.4軸承旋轉(zhuǎn)體或保持架故障
軸承故障導(dǎo)致的輥子振動在日常運行中非常普遍，其典型的特征頻譜亦很復(fù)雜，在此我們僅列舉出較常見的軸承滾動體與保持架故障。
頻譜中可見軸承滾動體的頻率和其諧波，主要振動頻率一般在100～350Hz，并且振動包絡(luò)值較高。當(dāng)軸承松動，內(nèi)圈或外圈斷裂等嚴(yán)重情況時，頻譜中主要振動頻率可見輥子和軸承滾動體的基頻和其諧波。如圖5為某輥子軸承故障。
2.5齒輪箱（減速機）嚙合故障
對于齒輪嚙合故障，頻率范圍一般為300～1000Hz。單個或者少數(shù)個齒故障時，頻譜圖中，頻譜明顯的峰值頻率可見齒輪頻率及其諧波；大部分齒面均有不同程度故障時，齒嚙合頻率突出。如圖6為某齒輪箱齒輪嚙合故障。
2.6聯(lián)軸器不對中故障
聯(lián)軸器不對中的故障在日常運行中也較為常見，一般安裝不良或者因沉降或其他原因?qū)е侣?lián)軸器與傳動軸之間的不對中情況會引起較明顯的振動發(fā)生。一般聯(lián)軸器不對中的故障，其頻率集中在10～250Hz。聯(lián)軸器一般分為萬向聯(lián)軸器和非萬向聯(lián)軸器，其不對中的故障主要有以下兩種情況。
萬向聯(lián)軸器故障，一般為角不對中、十字節(jié)內(nèi)軸承或十字?錯位故障。當(dāng)有角不對中問題時，頻譜分析中軸向振動明顯，主要振動頻率為聯(lián)軸器基頻及其諧波，并且聯(lián)軸器兩端軸向振動相位角相差接近180°（在不對中平面測試時）。當(dāng)存在十字節(jié)錯位時，徑向振動較大，主要振動頻率為聯(lián)軸器基頻及其諧波。
非萬向聯(lián)軸器故障，一般分為角不對中、平行不對中。對于非萬向聯(lián)軸器平行不對中，徑向振動明顯，可見聯(lián)軸器基頻及其諧波，并且聯(lián)軸器兩端徑向振動相位角相差接近180°。角不對中時，軸向振動明顯，主要振動頻率為聯(lián)軸器基頻及其諧波，并且聯(lián)軸器兩端軸向振動相位角差接近180°。
圖7為某萬向聯(lián)軸器兩端的頻譜圖。29.2328Hz為聯(lián)軸器轉(zhuǎn)動頻率，兩圖對比可發(fā)現(xiàn)相位角差接近180°，判斷為聯(lián)軸器故障，經(jīng)停機檢查，發(fā)現(xiàn)該聯(lián)軸器已損壞。
3、結(jié)束語
紙機輥子處于高速運行中，要保證正常和穩(wěn)定地運行，需要做好日常檢查和監(jiān)控，特別是振動情況的監(jiān)控。對于可能超標(biāo)或較嚴(yán)重的振動，我們需要對照典型頻譜，不斷分析總結(jié)和歸納，找出振源，消除引起振動的因素，確保紙機穩(wěn)定高效運行。
來源：《中華紙業(yè)》2021年第8期
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