基于無(wú)線振動(dòng)監(jiān)測(cè)技術(shù)在選礦球磨機(jī)中的應(yīng)用

馬永亮

（江西銅業(yè)股份公司 城門山銅礦，江西 九江 332100）

1 前言

球磨機(jī)是選礦工藝中應(yīng)用非常廣泛且十分重要的設(shè)備。這樣的關(guān)鍵設(shè)備一旦發(fā)生故障后，常常因?yàn)閷?duì)故障的估計(jì)不足，沒(méi)有制定出好的維修策略，往往會(huì)給生產(chǎn)帶來(lái)嚴(yán)重的影響，使企業(yè)蒙受較大的經(jīng)濟(jì)損失。因此，如何能在設(shè)備故障的早期就能及時(shí)發(fā)現(xiàn)、通過(guò)跟蹤故障的發(fā)展變化過(guò)程，并科學(xué)的制定出維修策略，避免事故的發(fā)生是企業(yè)所要解決的一個(gè)難題。

當(dāng)機(jī)械設(shè)備內(nèi)部發(fā)生異常時(shí)，往往會(huì)出現(xiàn)振動(dòng)的大小及其性質(zhì)的變化。所以，根據(jù)對(duì)振動(dòng)信號(hào)的測(cè)量和分析，可以實(shí)現(xiàn)在不停機(jī)、解體的條件下對(duì)設(shè)備劣化程度和故障原因的有效判斷[1]。同時(shí)，基于無(wú)線監(jiān)測(cè)技術(shù)具有現(xiàn)場(chǎng)施工免布線和后期易維護(hù)的優(yōu)點(diǎn)，可解決選礦球磨機(jī)生產(chǎn)環(huán)境復(fù)雜多樣以及粗放的維修作業(yè)方式等不利情況。故選用無(wú)線振動(dòng)監(jiān)測(cè)技術(shù)來(lái)對(duì)選礦球磨機(jī)的運(yùn)行狀態(tài)進(jìn)行監(jiān)測(cè)。通過(guò)安裝在設(shè)備上（軸承等關(guān)鍵部位）的無(wú)線監(jiān)測(cè)器對(duì)設(shè)備的振動(dòng)、溫度數(shù)據(jù)與監(jiān)測(cè)器自身工作狀態(tài)信息的自動(dòng)采集。無(wú)線監(jiān)測(cè)站將其下所有監(jiān)測(cè)器的測(cè)量信息通過(guò)企業(yè)局域網(wǎng)匯總到機(jī)房的系統(tǒng)服務(wù)器內(nèi)，經(jīng)過(guò)設(shè)備管理軟件的分析、處理、發(fā)布、保存，使企業(yè)的設(shè)備管理者能夠準(zhǔn)確的了解設(shè)備現(xiàn)狀和預(yù)測(cè)運(yùn)行趨勢(shì)。

2 系統(tǒng)構(gòu)成

球磨機(jī)監(jiān)測(cè)系統(tǒng)由硬件和軟件兩大部分構(gòu)成。系統(tǒng)組成如圖1所示。其中，硬件系統(tǒng)由無(wú)線監(jiān)測(cè)器DX501、無(wú)線監(jiān)測(cè)站DX550、系統(tǒng)服務(wù)器、企業(yè)局域網(wǎng)和WEB客戶端構(gòu)成。系統(tǒng)軟件是基于.Net開(kāi)發(fā)的DX1000道信設(shè)備狀態(tài)監(jiān)測(cè)管理系統(tǒng)軟件。

圖1 球磨機(jī)監(jiān)測(cè)系統(tǒng)組成

2.1 硬件的主要配置

2.1.1 無(wú)線監(jiān)測(cè)器DX501

無(wú)線監(jiān)測(cè)器內(nèi)嵌振動(dòng)加速度傳感器和溫度傳感器以及信號(hào)采集處理電路，采集參數(shù)可通過(guò)無(wú)線監(jiān)測(cè)站下達(dá)到無(wú)線監(jiān)測(cè)器內(nèi)，其和無(wú)線監(jiān)測(cè)站通訊采用2.4GHz頻段進(jìn)行無(wú)線數(shù)據(jù)傳輸[2]。

2.1.2 無(wú)線監(jiān)測(cè)站DX550

在一個(gè)區(qū)域內(nèi)（例如：一個(gè)工段或一個(gè)車間）設(shè)置一臺(tái)監(jiān)測(cè)站，并將所轄區(qū)域內(nèi)的各個(gè)無(wú)線監(jiān)測(cè)器測(cè)量的數(shù)據(jù)通過(guò)局域網(wǎng)傳輸至系統(tǒng)中心服務(wù)器。

2.1.3 系統(tǒng)服務(wù)器

選用IBM x3650硬件平臺(tái)作為系統(tǒng)服務(wù)器。

2.1.4 企業(yè)局域網(wǎng)絡(luò)

企業(yè)局域網(wǎng)絡(luò)作為數(shù)據(jù)信息的高速公路，承擔(dān)系統(tǒng)各硬件單元間采集數(shù)據(jù)和分析結(jié)果的傳輸任務(wù)。

2.1.5 WEB客戶端（工程師分析站）

系統(tǒng)采用B/S結(jié)構(gòu)，WEB客戶端可以輕松遠(yuǎn)程訪問(wèn)系統(tǒng)信息。

2.2 系統(tǒng)軟件

球磨機(jī)監(jiān)測(cè)系統(tǒng)軟件采用基于.Net平臺(tái)和B/S結(jié)構(gòu)開(kāi)發(fā)的Web應(yīng)用系統(tǒng)軟件，軟件配置采用Windows server 2003（操作系統(tǒng)）+PGSQL（數(shù)據(jù)庫(kù)）+DX1000（設(shè)備狀態(tài)監(jiān)測(cè)管理）。其中DX1000設(shè)備狀態(tài)管理軟件作為核心，具有設(shè)備組態(tài)、采集參數(shù)設(shè)置、采集數(shù)據(jù)處理、數(shù)據(jù)存儲(chǔ)、設(shè)備診斷工具、對(duì)外WEB發(fā)布等功能。

3 應(yīng)用實(shí)例

以一臺(tái)2130再磨機(jī)的小齒輪沖擊信號(hào)的產(chǎn)生原因分析和指導(dǎo)檢修為案例進(jìn)行闡述。該再磨機(jī)的電機(jī)型號(hào)為：YR355M-6，983r/min，功率 220KW；減速機(jī)型號(hào)：ZD60-9-Ⅰ，傳動(dòng)比 5；磨機(jī)型號(hào)：φ2.1×3.0，小齒輪轉(zhuǎn)速 196.6r/min，小齒輪21個(gè)齒，大齒輪172個(gè)齒，小齒輪軸承為雙列向心球面滾子軸承（3630）（GB286-64）。2130再磨機(jī)的機(jī)組圖及測(cè)點(diǎn)布置如圖2所示，測(cè)點(diǎn)定義見(jiàn)表1。系統(tǒng)監(jiān)測(cè)顯示7#、8#測(cè)點(diǎn)軸向二級(jí)報(bào)警，7#測(cè)點(diǎn)軸向波形頻譜圖測(cè)量結(jié)果如圖3所示，8#測(cè)點(diǎn)軸向測(cè)量結(jié)果如圖4所示。

圖2 2130再磨機(jī)測(cè)點(diǎn)布置圖

表1 2130再磨機(jī)測(cè)點(diǎn)定義

當(dāng)齒輪齒面有點(diǎn)蝕、剝落、裂痕等局部損傷，尤其是齒輪嚴(yán)重磨損和齒隙增大時(shí)，故障齒輪的振動(dòng)信號(hào)在波形圖中可以明顯看到有沖擊信號(hào)，特征頻率往往表現(xiàn)以旋轉(zhuǎn)頻率為間隔嚙合頻率及其倍頻的調(diào)制，并隨著故障的嚴(yán)重嚙合頻率的高倍頻或分?jǐn)?shù)諧波愈來(lái)愈突出[34]。該球磨機(jī)小齒輪轉(zhuǎn)動(dòng)周期T=60000/196.6=305ms，轉(zhuǎn)動(dòng)頻率 fr=196.6/60=3.28Hz，大、小齒輪嚙合頻率fc=21*fr=68.81Hz。從7#、8#測(cè)點(diǎn)波形圖上明顯看到大量的沖擊信號(hào)，頻譜圖上十分突出的頻率成分分別約為140Hz和280Hz，它們是2倍嚙合頻率、4倍嚙合頻率。嚙合頻率的高倍頻為主導(dǎo)的故障特征頻率存在，這說(shuō)明小齒輪磨損相當(dāng)嚴(yán)重、大小齒輪間隙太大并且齒面有損傷。停機(jī)對(duì)小齒輪檢查發(fā)現(xiàn)齒形磨損嚴(yán)重、嚙合間隙較大，經(jīng)過(guò)對(duì)小齒輪換面、磨修、間隙調(diào)整后振動(dòng)沖擊信號(hào)明顯降低。

圖3 7#測(cè)點(diǎn)軸向加速度波形、頻譜圖

圖4 8#測(cè)點(diǎn)軸向加速度波形、頻譜圖

4 結(jié)論

本文介紹的球磨機(jī)組振動(dòng)監(jiān)測(cè)系統(tǒng)采用鄭州道信公司的DX1000設(shè)備管理系統(tǒng)和無(wú)線監(jiān)測(cè)技術(shù)，該系統(tǒng)具有監(jiān)測(cè)技術(shù)先進(jìn)和使用維護(hù)方便等特點(diǎn)。通過(guò)在江銅集團(tuán)城門山銅礦選礦廠一年來(lái)的應(yīng)用實(shí)踐證明，對(duì)選礦球磨機(jī)的設(shè)備管理和開(kāi)展預(yù)防性維修都起了積極地作用和實(shí)際的指導(dǎo)意義。

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[2]呂濤、周燕媚、鄭啟亮、張仁杰，基于2．4G的檢測(cè)數(shù)據(jù)無(wú)線傳輸模塊設(shè)計(jì)[J].北京：儀器儀表學(xué)報(bào)，2006，S3：2062

[3]屈梁生、何正嘉.機(jī)械故障診斷學(xué)[M].上海：上?？茖W(xué)技術(shù)出版社，1986

[4]楊國(guó)安.機(jī)械設(shè)備故障診斷實(shí)用技術(shù)[M].北京：中國(guó)石化出版社，2007