在線監(jiān)測診斷皮帶機滾筒傳動裝置振動故障

巴 鑫

（神華烏海能源西來峰煤化公司 內(nèi)蒙古烏海）

皮帶機在煤礦、港口、碼頭中廣泛采用，皮帶機運行狀態(tài)直接影響生產(chǎn)。設(shè)備在線監(jiān)測系統(tǒng)實現(xiàn)設(shè)備點檢及重點設(shè)備全過程管理，從而克服傳統(tǒng)點檢存在的不足，在提高工作效率和管理水平的同時，為點檢員和設(shè)備管理人員提供更多支持。利用在線監(jiān)測系統(tǒng)獲取的數(shù)據(jù)能夠迅速查明設(shè)備隱患、故障部位和程度，為設(shè)備管理方實現(xiàn)有針對性的維修決策提供參考依據(jù)，做到維修計劃有的放矢，減少檢修時間，減少設(shè)備備品備件的數(shù)量，減少資金的占用，提高設(shè)備的維修水平。

1.在線監(jiān)測系統(tǒng)構(gòu)成

根據(jù)皮帶機設(shè)備的特點以及皮帶機的功能，設(shè)計在線監(jiān)測系統(tǒng)層級結(jié)構(gòu)如圖1所示。

（1）在線監(jiān)測采集儀。采用“小神探”在線監(jiān)測采集儀用于采集振動傳感器拾取到的模擬信號，并作數(shù)字化處理（隔直、放大、濾波、模數(shù)轉(zhuǎn)換、積分等），得到有效的振動量和波形，進行一系列的計算判斷是否報警。在采集儀中會存儲最近一段時間連續(xù)采集的數(shù)據(jù)，然后依據(jù)既定數(shù)據(jù)篩選規(guī)則，將篩選數(shù)據(jù)上傳到服務(wù)器中。

（2）PLC系統(tǒng)數(shù)據(jù)獲取。對于原始和變送后信號以及設(shè)備過程量信號（工況轉(zhuǎn)變啟停信號居多），一般通過PLC系統(tǒng)的不同輸出單元給出，必須經(jīng)過隔離保護傳遞給在線監(jiān)測數(shù)據(jù)采集儀，實現(xiàn)有條件采集數(shù)據(jù)，從而獲得有利于設(shè)備狀態(tài)評估的有效數(shù)據(jù)。

（3）DCS數(shù)據(jù)獲取。對于某些設(shè)備的物理量監(jiān)測信號（如溫度、電流、壓力等）和過程量信號，一般通過DCS的軟件接口給出，必須經(jīng)過防火墻等隔離保護后，傳遞給設(shè)備綜合信息管理平臺系統(tǒng)。完善數(shù)據(jù)種類，從而有利于設(shè)備狀態(tài)評估。

圖1 在線監(jiān)測系統(tǒng)層級圖

圖2 測點布置示意圖

表1 各測點振動值

（4）接口1。將設(shè)備綜合信息管理平臺系統(tǒng)中對于設(shè)備狀態(tài)得出的報警信息（特別是預(yù)警信息）傳遞給PI系統(tǒng)（生產(chǎn)信息系統(tǒng)），可被生產(chǎn)運行方或者調(diào)度方利用，及時調(diào)整運行參數(shù)，降低設(shè)備超負(fù)荷或疲勞使用的風(fēng)險。

（5）接口2。建立設(shè)備綜合信息管理平臺系統(tǒng)與EAM系統(tǒng)的數(shù)據(jù)交換接口，主要解決設(shè)備異常和故障的處理流程。通過觸發(fā)EAM產(chǎn)生相應(yīng)的工單，通知檢修方完成，并將結(jié)果反饋到設(shè)備綜合信息管理平臺系統(tǒng)中，關(guān)閉報警，形成閉環(huán)管理。

2.應(yīng)用實例

對皮帶機滾筒傳動裝置中電機、齒輪箱進行振動測試，各測點布置如圖2所示，所測振動值見表1。測量數(shù)值類型為頻譜總振動量，速度頻譜采樣頻率2 000 Hz，加速度采樣頻率5 000 Hz。從測量數(shù)據(jù)中可以看出，電機兩側(cè)軸承座振動速度總量較大，有較大的振動異常存在。齒輪箱測點存在振動速度值超標(biāo)。

現(xiàn)場振動數(shù)據(jù)采集電機負(fù)荷側(cè)水平速度頻譜如圖3所示，可見明顯的電機軸轉(zhuǎn)頻及其多階倍頻分量，電機軸轉(zhuǎn)頻的2、3、4倍頻振動分量均較大，且波形形態(tài)存在波峰翻倍、規(guī)律性重復(fù)，伴有低頻調(diào)制現(xiàn)象，表明電機與齒輪箱之間聯(lián)軸器不對中較嚴(yán)重及存在其他異常。

電機負(fù)荷側(cè)垂直方向振動速度頻譜如圖4所示，可看到除了有不對中的典型頻譜外，525 Hz附近的振動分量較大。對加速度頻譜做進一步分析判斷，在加速度頻譜上，524.186 Hz及其諧波分量突出，并可看到以524.186 Hz為中心頻率，25 Hz（電機軸轉(zhuǎn)頻）為間隔的邊頻帶出現(xiàn)。認(rèn)為是相互嚙合的兩個齒輪中可能已經(jīng)有齒面缺陷早期征兆，即電機軸每旋轉(zhuǎn)1圈均會在每個齒嚙合處出現(xiàn)該缺陷引起的振動。

圖3 電機負(fù)荷側(cè)水平方向振動速度頻譜和波形

圖4 電機負(fù)荷側(cè)垂直方向振動速度頻譜和波形

3.結(jié)論

由于電機的兩側(cè)軸承座速度振動總量較大，頻譜中以電機的轉(zhuǎn)頻及其倍頻為主，判斷為對中情況不良；齒輪箱的測點普遍存在速度振動值超標(biāo)情況，且電機側(cè)的水平和垂直方向測點的加速度值以及其他軸的軸向測點加速度值也較大，并有明顯的高頻振動分量存在。判斷為齒面、齒輪嚙合存在間隙。通過對中調(diào)整和齒輪箱開蓋檢查并緊固旋轉(zhuǎn)接觸面，振動值明顯下降，設(shè)備恢復(fù)正常。

1 張建宇，高立新，崔玲麗等.基于小波變換的軋機振動信號降噪技術(shù)研究.振動與沖擊，2007，26（5）：71-73

2 張曉彤，徐金梧，楊德斌.大型連軋機傳動齒輪在線故障診斷方法研究.鋼鐵，2001，36（3）：5-63