陳光1 肖漢斌1 胡立傑2 張燕龍2
（1.武漢理工大學物流工程係，武漢，430063；2.秦皇島港務（wù）局（jú），秦皇島 066002）
摘 要：回轉支承（chéng）的振動直接反映內部運行狀況。同（tóng）異常回轉支承相比，正常（cháng）回轉支承振動能量要小幾十倍甚至上百倍，且（qiě）由摩擦引起的振動一般是正態隨機振動（dòng）。文中以港口門座起重機回轉支承為實例，提出振動能量的衝（chōng）擊可以用來判（pàn）斷（duàn）回（huí）轉（zhuǎn）支承元件的（de）故障，而（ér）概率密度函數則可作為磨損程度的一個判別依據，這對於回轉支承的監測與（yǔ）故障診斷具有（yǒu）較高的（de）實用價（jià）值。
關鍵詞：回轉支承；隨機振動；信號分析；概率密度函（hán）數
回轉（zhuǎn）支承（chéng）裝置是港口門座起重機（以下簡稱門機）的核心部件，也是主要易損部件（jiàn），其工作正常與（yǔ）否直接影響整台設備以至整條生產（chǎn）作（zuò）業線的生產效率，直接關係到人員和設備的安（ān）全。一般說來，回轉支（zhī）承裝置采用封（fēng）閉式結（jié）構，無法直接觀察到內部的運行（háng）狀況。所以對回轉支承（chéng）的運行技術狀況進行定（dìng）期狀態監測和（hé）早期預報，避免突發性故障的發生，做到有針對性地進行維修，可獲取很大的經濟效益和社會效益。
由於回轉支承（chéng）滾道和滾動體安裝錯誤，超載運轉，熱（rè）處理不良，密封裝置不可靠等（děng），均會使滾道和滾動體過早損（sǔn）壞（huài）。典型（xíng）的損傷特征有以下幾種：（1）滾道剝落。通常是由滾道表麵（miàn）受交變應力（lì）的作用而引起的，其特征是剝落物（wù）呈片狀；（2）滾道磨損。由於混（hún）雜在（zài）潤滑油中的灰塵、砂子（zǐ）、髒物（wù）等微粒，在滾（gǔn）道和滾動體上起磨料作用，引起金屬磨（mó）損或脫（tuō）皮；（3）滾動體磨損。往往是由於單（dān）位接觸（chù）應力較高（gāo），使滾動（dòng）體處於幹摩擦及半幹摩擦狀態而產（chǎn）生磨損；（4）鋼球（qiú）碎裂（liè）。由於鋼球熱處理缺陷或異物雜入等原因，會使鋼球出現碎裂現象，此種損傷若不及時消除，會使機器喪失回轉能力[1]。
1 振動機理
回轉支承近乎（hū）特大型的滾動軸（zhóu）承（chéng），在運轉的過程中由（yóu）於滾道和滾（gǔn）動體間的彈（dàn）性接觸，使得（dé）滾動體（tǐ）和回（huí）轉支承裝置內外圈構成彈性振動係統。回轉支承零件存在加工和裝配幾（jǐ）何誤差，當其在載荷作用下以一定速度（dù）旋轉時，係統（tǒng）會對過程激勵產生響應（yīng），形成強迫振動；此外零件間運動時的相對（duì）滑（huá）動會使係統在平衡點附近具有不穩（wěn）定性，從而產生自激振動。因而回轉支承的振動是強迫振（zhèn）動和自激振動相結合的。
同普通滾動（dòng）軸承相比，回轉支承除了承受軸向（xiàng）力（lì）外，還要承受較大的傾覆力（lì）矩，在運（yùn）轉時回轉支承內存在載荷區和非載荷區，處於非載荷區（qū）的滾動體是靠離心力（lì）的作用於外滾道接觸。但回轉（zhuǎn）支承轉速低，離（lí）心（xīn）力（lì）的作（zuò）用不足以承受滾動（dòng）體自重，而徑向遊隙是不可避免的（de），所以滾動體會產生激勵激發回轉支承在軸（zhóu）向方向振動[2]。
2 試驗研（yán）究
2.1 測點布置（zhì）和檢測工況
采用垂直和水平加（jiā）速度傳感器各兩個，分別用於測量回轉支承軸向和（hé）徑向振動（dòng）。具體測點布置如圖1所示。
使起重機處於Z小幅度，回轉機構以（yǐ）Z大速度旋轉，轉動（dòng）圈數不少於（yú）4圈（quān），記錄轉（zhuǎn）動（dòng）過程中振動（dòng）加速度隨時間變化曆程。
2.2 振動（dòng）能量（liàng）分析
振動加速度（dù）是Z常用（yòng）的（de）二次量之一，其能量值的大小直接反映回轉支承的內部狀況。異常回轉支承和正常回轉支承相比，振動能量往往相（xiàng）差幾十倍（bèi）甚至上百倍，所以可以根據測點的振動（dòng）能量值來判（pàn）斷回轉支承的局部（bù）和（hé）整體是否出現故障或（huò）缺陷。
實測經驗和大（dà）量檢測數據樣本（běn）證明（míng），按照振動能量門限值的（de）大小，可將軸承的狀態分為4檔（dàng），見表1所列。
處（chù）於（yú）A類狀態的回轉支承部件和潤（rùn）滑條件處於良好狀態；處於B類（lèi）狀態（tài）的回轉支承應加強潤滑管理；處於C類狀態的回轉支承應加強現場日常觀察，並落實潤滑情況；處於D類狀態（tài）的回轉支承則不能繼續運行，要停機檢修或更換設備。
試驗中曾對（duì）某港口10幾（jǐ）台門機進行現場檢測（cè），取得了較好的效果，現以（yǐ）其中（zhōng）7號機為例，圖2～圖5為各測（cè）點振動加速（sù）度信號記錄曲線（xiàn），其中（zhōng）A測點和C測點（diǎn）測量徑向振動，B測點和D測點測量軸向振動（dòng）。
統計各測點振動能量峰值，將結果列入表2。
綜合振動能（néng）量峰值和振動波形（xíng）可（kě）以看出，該門機回轉支承處於D類狀態，振動能量峰值很大，且有（yǒu）較明顯的故障（zhàng）脈衝出現（xiàn），說明該回轉支承滾動體和滾道損壞較嚴重，已不能（néng）正常運行。根據上述結論在現場（chǎng）對該回轉支承裝置拆卸進行檢查，發現（xiàn）滾道多處出現凹坑，損壞嚴重，證明檢測結論是正確的。現（xiàn）7號門（mén）機已更換回（huí）轉（zhuǎn）支承裝置，避免了重大事（shì）故的發生。
2.3 磨損（sǔn）程度分析
在（zài）回轉支承運（yùn）行過（guò）程中，磨損是（shì）很普遍的現象，而這對機器的正（zhèng）常運行是一種嚴重的威脅，其（qí）磨損就是滾道與滾動體接觸麵之間（jiān）的摩擦產生的（de）。相對於普通軸承而言，回轉支承回轉速度（dù）很慢，而且受（shòu）到很大的傾（qīng）覆力矩（jǔ），這就使得滾動體與滾道之間除了滾動摩擦（cā）外，摻雜著更多的滑動摩（mó）擦，更（gèng）加速了回轉支承的磨損。
由（yóu）於滾（gǔn）動體與滾道之間的接觸摩擦是隨機的，所以由此產生的振動也是隨機振動，不同時（shí）刻的觀察（chá）數（shù）據是不可重複的。正常的回轉支承振（zhèn）動信號（hào）具有平穩和各態曆經的性質（zhì），其序列的（de）概率（lǜ）密度函數一般服從正態分布[3，4]。圖6～圖7為試驗中部分典型回轉支承（chéng）的概（gài）率譜圖，其中上半部是概率密度（dù）函數，下半部是分布（bù）函數。
在對某港口10幾台門機回轉支承的故（gù）障檢測中，曾對回轉支承的磨損程度進行分析，其摩擦狀態下信號序列數字特征值如（rú）表3所列。
表3中，6號（hào）門機回轉支承的標準差δZ大，說明“振蕩”劇烈，其次是15號門機和（hé）4號門（mén）機，12號（hào）門機Z小。從各概率譜圖上看到也是如此。12號（hào）門機概率密度曲線Z窄，而6號門機已經（jīng）偏離了正態（tài）分布曲線。綜上可以判斷，4台門機回轉支承中6號摩擦程度Z嚴重，12號Z輕（qīng）。從現場實際（jì）情況來（lái）看，6號門機回轉（zhuǎn）支承運行時噪聲較大，且滾道有發熱現象，12號門（mén）機回轉支承潤滑情況良好，運行平穩（wěn），與上述判斷一致。
參考文獻
【1】徐立民, 陳 卓. 回（huí）轉支承（chéng）. 安徽: 安徽科學技術出版社（shè）, 1988. 225～226
【2】師（shī）漢（hàn）民. 機械（xiè）振動係統: 下冊. 武漢: 華（huá）中理工大學出版社, 1992. 322～326
【3】應懷樵. 現代振動噪（zào）聲技術. 第2 卷. 北京: 航空工業（yè）出版（bǎn）社, 2000. 100～104
【4】周新聰, 趙 濤. 遠程故（gù）障診斷中油液監測係統的數據采集（jí）. 武漢理（lǐ）工大學學報( 交通科學與（yǔ）工程版) ,2003, 27( 3) : 297～29
來源：《武漢理工大學學報》第28卷第2期
