淺談軋鋼機(jī)械的振動監(jiān)測與故障維護(hù)

王永璽

摘要 本文主要介紹了軋鋼機(jī)械設(shè)備的故障監(jiān)測與維護(hù)方法，以振動故障的特征數(shù)據(jù)及診斷標(biāo)準(zhǔn)為根本，提出了一系列信號采集和信號分析的新方法，旨在為軋鋼機(jī)械設(shè)備的維修提供更準(zhǔn)確快捷的方法。

隨著科技的進(jìn)步，現(xiàn)在大部分的鋼鐵企業(yè)連軋生產(chǎn)線上所使用的軋機(jī)都具備精密度高、安裝較復(fù)雜等特點(diǎn)，這就無形對技術(shù)人員，維護(hù)人員等的水平提出了挑戰(zhàn)。為了能更準(zhǔn)確快速的維護(hù)和檢修軋鋼的機(jī)械設(shè)備，我們可以對軋機(jī)的重點(diǎn)部位進(jìn)行動態(tài)振動監(jiān)測，采集其振動故障的相關(guān)數(shù)據(jù)及信號，對其進(jìn)行分析判斷，方便以后出現(xiàn)故障時，能更好的、快速的進(jìn)行維修。

1 振動監(jiān)測與故障診斷系統(tǒng)的基本結(jié)構(gòu)

一般一套完整的故障監(jiān)測與診斷系統(tǒng)是由多個數(shù)據(jù)傳感器、智能采數(shù)器、一個數(shù)據(jù)服務(wù)器、工程師站以相關(guān)的監(jiān)測和故障診斷軟件組成的，其中主要對一些主要機(jī)器進(jìn)行監(jiān)測，如軋鋼中所用到的各類減速機(jī)、軋機(jī)的齒輪座以及加熱風(fēng)機(jī)等等。其具有數(shù)據(jù)采集和儲存、動態(tài)監(jiān)測、信號分析和智能故障診斷等功能。其工作流程為：首先將安裝在軋鋼機(jī)器上的渦流傳感器和加速度傳感器輸出的電信號通過數(shù)據(jù)采集箱轉(zhuǎn)換為數(shù)字信號；其次通過網(wǎng)絡(luò)通信，將所有采集的數(shù)據(jù)存儲在數(shù)據(jù)服務(wù)器上，以保證數(shù)據(jù)的完整；最后通過工程師站對數(shù)據(jù)進(jìn)行整理分析，進(jìn)而對故障進(jìn)行診斷。

2.振動故障的判斷標(biāo)準(zhǔn)

判斷軋鋼機(jī)械是否發(fā)生振動故障，主要有三種標(biāo)準(zhǔn)，即故障類比、故障定量評判標(biāo)準(zhǔn)以及相對判斷標(biāo)準(zhǔn)，而導(dǎo)致軋鋼機(jī)械出現(xiàn)振動故障的原因有很多，所以對其物理現(xiàn)象進(jìn)行準(zhǔn)確的評判比較困難。一般來說，影響軋鋼機(jī)械故障的判斷因素主要有：軋鋼機(jī)械的軸承種類、機(jī)械工作狀態(tài)的轉(zhuǎn)變、工作轉(zhuǎn)速、振動故障的類型、傳感器的安裝部位等等。由此，我們可以得出一個結(jié)論，構(gòu)造出較科學(xué)精密的故障判斷標(biāo)準(zhǔn)是很困難的，所以在振動診斷標(biāo)準(zhǔn)的構(gòu)建中，除了一些定量標(biāo)準(zhǔn)，還需要引入一些動態(tài)相對標(biāo)準(zhǔn)。其具體來說就是，采集不同時間段對各個相同位置的測試數(shù)據(jù)，以同樣的方法，同樣的環(huán)境定量測量所得的測試數(shù)據(jù)，用它們和正常狀態(tài)下的工作數(shù)值進(jìn)行對比分析，來以此判斷是否出現(xiàn)故障以及故障程度。

3.振動故障的特征數(shù)據(jù)

一般來講，軋鋼機(jī)械的振動信號主要是由齒輪和滾動軸產(chǎn)生的，由于信號量大，傳遞途徑比較復(fù)雜，并且受轉(zhuǎn)速、負(fù)荷、工況不穩(wěn)定等因素的影響，分析過程也較復(fù)雜，所以就要求工作人員要有豐富的專業(yè)知識，以及一定的工作經(jīng)驗，才能對特征數(shù)據(jù)進(jìn)行很好的分析。由此可以看出，對軋鋼機(jī)械進(jìn)行故障診斷，除了對一般的波形和頻譜分析外，對特征數(shù)據(jù)的計算分析也十分重要，只有通過對這些特征數(shù)據(jù)進(jìn)行分析，才能得出不同振動故障的典型特征。我們可以運(yùn)用數(shù)學(xué)公式，建立一個坐標(biāo)系，橫軸為時域方面，主要反映波形曲線特征的振動峰值、平均值、有效值、波峰因子和歪度等等；縱軸為頻域方面，主要反映頻譜統(tǒng)計特征的中心頻率、均方頻率等，以及反映故障特征頻率的軸頻及其倍頻、齒輪嚙合頻率及其倍頻、軸頻與滾動軸承的通過頻率等，進(jìn)行分析計算?？傊?，故障診斷的關(guān)鍵就在于如何在復(fù)雜的環(huán)境中來提取有效數(shù)據(jù)，并把這些故障特征數(shù)據(jù)與正常數(shù)據(jù)進(jìn)行對比分析，從而發(fā)現(xiàn)產(chǎn)生故障數(shù)據(jù)的原因。

4.故障數(shù)據(jù)的采集

從故障診斷的需要來說，采樣數(shù)據(jù)是越長越好，越多越好，不同部位不同對待，一般有以下幾種情況，

（1） 軸承應(yīng)該每三個月進(jìn)行一次監(jiān)測；

（2） 對關(guān)鍵設(shè)備以及重負(fù)荷的軸承應(yīng)該加大監(jiān)測頻率，每周至少監(jiān)測3次；

（3） 如遇到軸承運(yùn)行數(shù)據(jù)不穩(wěn)定時，應(yīng)加大測量力度；

（4） 對受損軸承、狀態(tài)不佳軸承，也應(yīng)該加強(qiáng)監(jiān)控，直至換新的軸承。

不過一般從實(shí)際情況來看，由于快速傅里葉變換需要的時間與采樣數(shù)據(jù)大小呈指數(shù)增加，并且會大量占用數(shù)據(jù)存儲空間，這樣會影響到軋鋼機(jī)械的工作效率，所以確定每組原始采樣數(shù)據(jù)長度為2048點(diǎn)較為合適，基本可以覆蓋上述特征頻率分布。數(shù)據(jù)的采集由鍵相信號完成，分為自動鍵相和手動鍵相。對于裝有轉(zhuǎn)速/鍵相的主軸，采用自動鍵相，數(shù)據(jù)采集為整周期采樣方式，沒轉(zhuǎn)采樣數(shù)據(jù)長度為2048點(diǎn)，這樣可以避免數(shù)據(jù)嚴(yán)重失真的“旁瓣”效應(yīng)，可以得到準(zhǔn)確的軸頻及其倍頻成分。對于不能安裝轉(zhuǎn)速/鍵相的設(shè)備，采用人工鍵相，根據(jù)設(shè)備的實(shí)際轉(zhuǎn)速，通過人工設(shè)置每塊振動采集板的采樣頻率，以保證在數(shù)據(jù)長度不變的情況下，利用信號分析技術(shù)得到所需的故障頻率，頻率分析的上下跟隨著人工設(shè)置的采樣頻率改變。

系統(tǒng)數(shù)據(jù)可以將采集的數(shù)據(jù)按照不同形式進(jìn)行存儲到數(shù)據(jù)庫中，這些數(shù)據(jù)小到每小時的數(shù)據(jù)，大到每年的數(shù)據(jù)，以及變轉(zhuǎn)速數(shù)據(jù)，原始比較數(shù)據(jù)和故障數(shù)據(jù)等等。其中，原始比較數(shù)據(jù)庫儲存設(shè)備第一次啟動或維護(hù)后啟動的數(shù)據(jù)，就為將來設(shè)備出現(xiàn)異常時作為對比分析的參照基準(zhǔn)。還有特征數(shù)據(jù)庫經(jīng)過處理的波形和頻譜的特征數(shù)據(jù)，則作為以后系統(tǒng)進(jìn)行故障自我診斷的根據(jù)。

5.振動信號的分析

軋鋼機(jī)械振動故障的信號分析方法主要有以下幾種。

（1） 時域分析：主要是指對故障波形及其特征參數(shù)、趨勢分析和對比分析；

（2） 頻域分析：主要是指頻譜及其特征參數(shù)、細(xì)化譜、倒頻譜、包絡(luò)分析、瀑布圖等；

（3） 時頻分析：主要指小波變換。

由此可見，診斷軋鋼機(jī)械振動故障，主要是利用波形和頻譜等特征數(shù)據(jù)，如磨損后有效值增大、沖擊時波峰因子增大等。

6.結(jié)語

基于振動監(jiān)測的設(shè)備故障診斷技術(shù)是一門多學(xué)科交雜的科學(xué)技術(shù)，它首先是建立在大量的數(shù)學(xué)模型基礎(chǔ)上，以及涉及到一系列的物理實(shí)驗基礎(chǔ)，如旋轉(zhuǎn)機(jī)械振動的一般規(guī)律、軸承運(yùn)轉(zhuǎn)規(guī)律等，其次它還涉及了很多專業(yè)技術(shù)，如檢測設(shè)備的工作機(jī)理和技術(shù)應(yīng)用、振動信號的分析方法、故障信號的處理及分析?？梢赃@么說，如果懂得了軋機(jī)機(jī)械振動故障的維護(hù)，基本上對所有旋轉(zhuǎn)機(jī)械都是通用的。掌握了這門技術(shù)，可以有效的對設(shè)備故障做到提前發(fā)現(xiàn)、預(yù)防，避免故障進(jìn)一步惡化，同時對以后軋機(jī)機(jī)械的維護(hù)也會帶來巨大的改革，使維護(hù)工作簡單準(zhǔn)確，也減少了企業(yè)維護(hù)工作所花費(fèi)的資金。

參考文獻(xiàn)

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