高线吐丝机振动监测诊断与现场动平衡实例

高线吐丝机振动监测诊断与现场动平衡实例

（刊载于2011年第8期《机械工程师》）

张东方1，王俊洪2，董春玉1

（1.马钢股份公司设备部2.马钢华阳设备诊断工程有限公司）

摘要：结合多台高线吐丝机故障实例，讨论了吐丝机的振动监测诊断要点与现场动平衡处理方法。认为吐丝机日常监测诊断的重点是滚动轴承。如果吐丝机出现平衡不良故障，一般情况下可以通过现场动平衡加以消除。

关键词：吐丝机，振动监测诊断，现场动平衡

当前国内高线生产线数以百计。吐丝机为高线生产的关键设备，其故障或振动大，将对高线产量和质量产生严重影响。

吐丝机由直流电机、齿轮箱、吐丝管、吐丝锥、吐丝盘等组成，其主要作用是将直线运动的线材转化为圆周的线圈。吐丝机一般设计有一定的倾斜度（通常其轴线与水平有10°~15°的倾角，大倾角吐丝机的倾角可达30°），是典型的具有悬臂型转子设备，具有悬臂型设备的振动特征。根据长期监测经验，吐丝机出现较多的故障为轴承（特别是线材出口侧的大轴承）损坏、动平衡不良等。

1、吐丝机振动监测诊断

针对吐丝机的振动特点，日常监测诊断的重点是滚动轴承故障和动平衡问题。可以分别设置低频（频率范围为2~1000Hz）和高频（频率范围为2~6000Hz）两个监测参数进行监测诊断。低频监测参数为速度，用于发现不平衡以及轴承故障等；高频监测参数为加速度，用于发现轴承和齿轮等故障。还要监测振动波形，以发现轴承或齿轮的早期故障。

根据长期监测诊断经验，吐丝机的振动标准为：速度有效值4mm/s以下，可以认为良好状态；报警值可设4~4.5mm/s，达到报警后要注意跟踪监测；大于7mm/s应该检修处理。一般情况下，良好运行的吐丝机加速度有效值小于10m/s2，加速度值过大很可能是轴承出现了缺陷。

由于吐丝锥等具有较大的重量，出口侧的大轴承承受较大的负荷，因此出口侧轴承故障率较高，应为日常振动监测的重点，垂直方向、水平方向和轴向都需要监测，特别是水平位置的监测非常重要。

以下为吐丝机振动监测诊断的若干实例。

实例1：某吐丝机吐丝锥开裂故障

吐丝机正常情况下运行平稳，振动速度有效值和振动加速度有效值都不大，振动速度频谱中谱线以输出转频以及它的倍频谐波谱线为主，如图1。监测发现吐丝机振动忽然增大很多，振动值参考表1，频谱见图2。检查发现吐丝锥出现开裂。

图1

正常状态出口侧振动频谱

图2吐丝锥开裂故障频谱表1

测点

出口水平、轴向

出口水平

出口轴向

出口水平

出口轴向速度有效值，mm/s2～311.58.1611.8417吐丝机振动值加速度有效值，m/s小于1046.9244.7110.156.852状态正常吐丝锥开裂出口侧轴承套磨损出口侧箱体孔磨损

实例2：某吐丝机出口侧轴承套与箱体孔磨损故障

监测发现吐丝机在空运转和带负荷情况下振动都很大。即使空转，振动值最大值仍达到17mm/s，参考表1，更换吐丝管未能减小振动。由于轴向振动远大于其它方向，所以不是平

-1衡不良引起。当时输出轴转速大约1500min，观察振动频谱，发现出现了分频谐波振动谱

线（0.5x,1.5x,2.5x,…），有摩擦和松动故障的特征，参考图3。解体检查发现出口侧轴承套与套孔磨擦，箱体磨出凸台。

图3轴承套磨损故障频谱

实例3：某吐丝机出口侧轴承故障

现场反映吐丝机振动大，测试发现出口侧水平振动速度有效值为4.5mm/s，振动加速度

22有效值为60m/s，垂直振动速度有效值为3.5mm/s，振动加速度有效值为74m/s。振动波形

上存在明显冲击，包络解调频谱上出现了354Hz以及谐波，参考图4和图5。图中大的冲击间隔对应输出轴的转速（31.25Hz），小的冲击间隔对应出口侧轴承FAG568906滚道的故障频率（354.68Hz）。本次测试半个月后停机检修，

发现出口侧轴承滚道与滚子都存在严重剥落。

图4

轴承故障时振动波形

图5轴承故障时包络解调频谱

2、吐丝机转子现场动平衡

吐丝机因转速较高、悬臂端伸出较长，运行时的动挠度较大，不平衡力影响较一般系统要大，因此对动平衡的精度要求较高。例如某吐丝机在某此次测量时，输出轴1400min-1时出口侧水平方向的振动速度有效值为3.4mm/s，输出轴1600min-1时振动值就达到9.1mm/s。所以随着转速的升高，不平衡对振动的影响非常大。

在吐丝机的维护和维修过程中，吐丝管、吐丝盘、吐丝锥都属于经常更换的部件，这些部件的更换都可能出现不平衡现象；生产状态下，吐丝管等部件的磨损也可能使平衡逐渐破换，振动逐步增大，并可能导致轴承出现疲劳破坏。

吐丝机转子现场动平衡校正一般有两个平面，称为远端平面（吐丝盘）和近端平面。经验显示，在两个平面单独进行动平衡校正或在两个平面同时校正，都可以消除不平衡引起的过大振动。而且在较低转速下进行精确动平衡校正后，可以保证高转速下运转平稳，例如在1400min-1进行精确的动平衡可以保证在高转速下如1800min-1（规格φ5.5线材生产）运行平稳。吐丝机每个校正平面上校正重量的位置只能在四个相隔90°的固定位置，命名校正平面上四个相隔90°的固定位置分别为A（光标处，0°）、B（90°）、C（180°）、D（270°），逆转向分布。一般情况下校正重量必须分解。

以下为某吐丝机的两个平衡校正实例。该吐丝机由电机带动一对锥齿轮驱动，锥齿轮的齿数比为41：41，近端平面加重半径为320mm，远端平面加重半径475mm）。

案例1：在近端平面进行平衡校正

初始测量结果：1800min-1@3.33mm/s@280°；加配重：790g(在C位置)；加配重后测量：1800min-1@1.15mm/s@264.8°；动平衡仪计算结果为：1174.9g@352.4°，即把配重去除，从C位置开始顺转向转动352°（基本上还在C位）加配重1175g即可。实际配重：1350g（在C位置）。加配重后测量结果：1800min-1@0.263mm/s@29.3°。

平衡效果：振动总值从平衡前8.5mm/s@1800min-1，降至最终的1.65mm/s@1800min-1，效果非常理想。

案例2：在远端平面（吐丝盘）进行平衡校正

初始测量结果：1392min-1@0.8176mm/s@288°；加试重：487g（A位置，即光标0°位置）；加试重后测量：1392min-1@0.7211mm/s@349°；动平衡仪计算结果：506.886g@53.4°。即需要去除试重后，从A位置顺转向转动53.4°，安装506.9g配重。因此必须进行重量分解。分解后，需要在A位置配重302.113g，在D位置配重407.015g。实际配重：A位置度位置为357g，D位置为407.5g。开机测试，校正后振动为：1392min-1@0.1847mm/s@266°，残余不平衡量为93.75g@48.2°。

平衡效果：校正前在电机1700min-1时，出口侧水平振动速度有效值为5.8mm/s，校正后1700min-1时，振动值为1.34mm/s；1800min-1时，振动值为3.05mm/s，平衡效果良好。3、结束语

前文讨论了吐丝机的日常监测诊断要点，结合故障实例进行了分析，文中还给出的在远端和近端平面进行动平衡校正的实例。说明充分应用振动监测与诊断手段，可以及时发现吐丝机存在的缺陷，消除吐丝机的过大振动，保证高线的正常生产。