摘　要：铣面机安装监测系统，根据加速度包络频谱分析及趋势变化，确定推力轴承故障，据此找出故障发生的根本原因，并采取技术改造提高设备的可靠性。
　　关键词： 铣面机；推力轴承；在线状态监测；故障诊断；技术改造
　　一、概况
　　铣面机于2011年10月安装投运，并为其安装了SKF在线监测系统，设有1个IMX单元和12个振动传感器。
　　铣面机主轴为立式结构，传动系统是由电机通过弹性柱销联轴器直接带动主轴。其中电机功率为560kW，额定转速为595r/min。主轴上有NNU4960、51164、81164、NNU49604轴承。在线监测系统配置如图1所示。 　　二、铣面机主轴轴承在线故障诊断过程
　　2011年10月21日，从SKF在线监测系统中发现3^#测点振动加速度谱上有16倍主轴转频的多次谐波，初步怀疑该转频为刀盘上刀片的通过频率，后确认该主轴刀盘上仅有14个刀片，这说明16倍主轴转频并不是刀片的通过频率。再进一步分析频谱，发现该16倍主轴转频的高次谐波还存在明显的半倍转频边带（5Hz），频谱图见图2。 　　根据轴承缺陷频率计算公式，计算3^#测点轴承缺陷频率，即：
　　轴承内圈缺陷频率=Nb/2×S[1+（Bd/Pd）×cosA]
　　轴承外圈缺陷频率=Nb/2×S[1-（Bd/Pd）×cosA]
　　滚动体缺陷频率=（Pd/2Bd）×S[1-（Bd/Pd）×cosA]²
　　保持架缺陷频率=S/2×[1-（Bd/Pd）×cosA]
　　式中：Nb——轴承滚动体个数；
　　　　　S——轴转速；
　　　　　Bd——滚动体直径；
　　　　　Pd——滚动体分布圆直径；
　　　　　A——接触角，°。
　　由于3^#测点81164推力轴承的接触角是90°，即cosA=cos90°=0。那么，推力轴承轴圈缺陷频率=座圈缺陷频率=Nb/2×S，滚动体缺陷频率=（Pd/2Bd）×S，保持架缺陷频率=S/2。进一步核实81164轴承滚动体个数为32个，所以轴承轴圈缺陷频率=轴承座圈缺陷频率=16倍主轴转频，保持架缺陷频率=1/2倍主轴转频。也就是说，在线系统中显示的3^#测点振动速度谱上16倍主轴转频的高次谐波为81164轴承轴圈和座圈缺陷频率，5Hz的边频带为81164推力轴承保持架缺陷频率。
　　综上分析，3^#测点处81164推力轴承存在损伤。但从振动趋势上看还比较平稳，建议加强监控，密切跟踪观察其振动趋势。
　　三、故障跟踪及拆检
　　2011年11月11日在线系统显示，4个振动测点的加速度包络总值逐步增大，趋势有所上升，特别是3^#测点的加速度包络值趋势变化相对明显。从11月15日3^#测点包络趋势变化又趋于平稳。此时，DCS控制室显示轴承温度40℃左右。结合点检人员和现场生产人员的反馈，确认该轴承还可以继续运行。
　　12月2日在线系统显示3^#测点加速度包络值又开始有显著变化，12月3日加速度包络值已达到23gE，且加速度包络谱中81164的座圈、轴圈缺陷频率占振动能量的主要成分，加速度包络值持续上升（图3）。 　　12月7日DCS控制室显示主轴轴承温度已达到53℃，综合分析判断81164推力轴承损伤已有明显恶化趋势，据此决定对主轴进行更换处理。
　　12月14日，维修人员拆卸并更换了主轴，发现81164轴承损坏严重，其中滚动体和轴承座圈、轴圈均失效。
　　四、失效分析及技术改进
　　结合轴承历史状况，综合分析确认此失效模式主要是由于轴承预负荷不足造成的。
　　为了解决此问题，通过计算确定需要在轴向上安装一个可以产生6.37kN的弹簧给予预紧，防止在滚动体和滚道之间产生滑动（图4）。 　　Z小轴向负荷（预紧力）计算公式：
　　Fam=A（n/1000）²=18（595/1000）²=6.37kN
　　式中：Fam——Z小轴向负荷，kN；
　　　　　A——Z小负荷系数；
　　　　　n——设备实际转速，r/min。
　　改造后，设备的MTBF（设备平均故障间隔时间）从以前的3个月提高到8个月，大幅降低了维修成本，设备运行可靠性明显提高。
　　五、总结
　　1.铣面机轴承配置的特殊性，存在两个推力轴承，推力轴承的缺陷通过频率与径向轴承的缺陷通过频率的特点不同，需要区别分析。
　　2.在线状态监测系统为铣面机提供了24h的实时监控，可有效避免严重突发事故，并为了解故障现象和分析故障原因提供可靠数据依据，进而实现了设备的预知性维修。