軋鋼機(jī)械振動(dòng)故障的診斷

摘要：

在軋鋼機(jī)械的實(shí)際工作過程中，機(jī)械振動(dòng)故障是十分常見的故障類型，這些故障或多或少的影響著企業(yè)的生產(chǎn)效益。在這些故障中，有很大—部分是由于振動(dòng)而產(chǎn)生的，要對(duì)這類故障進(jìn)行診斷，必須把握以下三個(gè)要點(diǎn)：其一，要確定用什么標(biāo)準(zhǔn)來進(jìn)行判斷：其二，要全面、精確的收集表征故障的數(shù)據(jù)；其三，在相關(guān)數(shù)據(jù)的基礎(chǔ)上對(duì)故障進(jìn)行科學(xué)合理的分析和處理。

軋鋼機(jī)械是在高負(fù)荷、復(fù)雜受力的條件下工作的，和其他故障比較起來，振動(dòng)故障發(fā)生的幾率高，危害大。機(jī)械振動(dòng)既會(huì)縮短軋鋼機(jī)械的使用年限，又嚴(yán)重影響著機(jī)械的工作效率。目前，相關(guān)企業(yè)和技術(shù)人員對(duì)軋鋼機(jī)械振動(dòng)故障的研究還是比較廣泛和深入的，這些研究形成了一種共識(shí)，那就是對(duì)于故障的診斷都是按照一定的標(biāo)準(zhǔn)來進(jìn)行的。

1.判斷軋鋼機(jī)械振動(dòng)故障的標(biāo)準(zhǔn)

一般來說，評(píng)判振動(dòng)故障可以分采用以下三種標(biāo)準(zhǔn)：其一是相對(duì)故障判斷標(biāo)準(zhǔn)，其二是故障類比評(píng)判標(biāo)準(zhǔn)，其三是故障定量評(píng)判標(biāo)準(zhǔn)。導(dǎo)致振動(dòng)故障發(fā)生的誘因是千變?nèi)f化的，如果僅僅根據(jù)物理表象來對(duì)故障進(jìn)行判斷，很難做到判斷的準(zhǔn)確性。實(shí)際經(jīng)驗(yàn)告訴我們，工作環(huán)境、軸承類型、檢測(cè)裝置的位置等的諸多不同都會(huì)在一定程度上對(duì)機(jī)械產(chǎn)生影響從而導(dǎo)致振動(dòng)故障的產(chǎn)生，這就給診斷標(biāo)準(zhǔn)的構(gòu)建帶來很大難度，這就要求我們以傳統(tǒng)標(biāo)準(zhǔn)為依托，緊密結(jié)合最新的研究成果和實(shí)際情況，讓故障診斷標(biāo)準(zhǔn)更趨科學(xué)和完善。

2.表征軋鋼機(jī)械振動(dòng)故障的數(shù)據(jù)

軋鋼機(jī)械在其工作過程中，振動(dòng)現(xiàn)象一般會(huì)產(chǎn)生在軸承運(yùn)轉(zhuǎn)及齒輪嚙合處。各連接處產(chǎn)生的信號(hào)會(huì)以多種方式傳播，在其傳播的過程中軋鋼機(jī)械轉(zhuǎn)速、負(fù)荷以及工作狀態(tài)等的突變都會(huì)直接影響到振動(dòng)傳遞的結(jié)果。因而，對(duì)信號(hào)噪音進(jìn)行排除在分析振動(dòng)情況和采集故障數(shù)據(jù)時(shí)必須要考慮到振動(dòng)故障分析的工作中，但是這項(xiàng)工作十分復(fù)雜，即便是十分熟悉系統(tǒng)的專業(yè)技師，如果沒有大量的經(jīng)驗(yàn)積累也是很難完成任務(wù)的。其次，要是達(dá)到故障判斷的準(zhǔn)確性還必須精心采集、科學(xué)分析故障的常規(guī)頻譜。另外，還必須對(duì)產(chǎn)生振動(dòng)故障的有關(guān)數(shù)據(jù)進(jìn)行合理而準(zhǔn)確的分析和計(jì)算，從而找出存在于不同振動(dòng)故障之間的聯(lián)系和差別。

可以從以下兩個(gè)角度出發(fā)，對(duì)不同振動(dòng)故障的數(shù)據(jù)進(jìn)行科學(xué)分析。一是從時(shí)域角度出發(fā)對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行分析，在分析過程中把峰值、歪度及平均值等數(shù)據(jù)作為重點(diǎn)。二是從頻域角度出發(fā)，主要對(duì)以下兩部分頻域特征數(shù)據(jù)進(jìn)行分析：其一是故障齒輪的軸頻和咬合頻率數(shù)據(jù)變化，其二是均方頻率、中心頻率和方根頻率等具有重要統(tǒng)計(jì)特征的頻率。這些數(shù)據(jù)處理具有一定難度，必須借助數(shù)學(xué)的一些相關(guān)算法方可順利完成。其中FFT算法使用越來越廣泛，它是離散傅立葉變換的快速算法，可以將一個(gè)信號(hào)變換到頻域，它采用公式Fn=（n-1）*Fs/N來對(duì)某點(diǎn)頻率進(jìn)行計(jì)算。離開了這些特征數(shù)據(jù)，對(duì)軋鋼機(jī)械振動(dòng)故障的判斷就無從下手，同時(shí)錯(cuò)誤的或者不準(zhǔn)確的數(shù)據(jù)也會(huì)導(dǎo)致判斷缺乏準(zhǔn)確性和指導(dǎo)性，因此必須采取各種各樣的方法對(duì)數(shù)據(jù)采集過程中出現(xiàn)的噪聲干擾進(jìn)行有效排除，盡可能多的取得能準(zhǔn)確表征振動(dòng)的數(shù)據(jù)，惟其如此，對(duì)不同狀態(tài)下故障的對(duì)比研究才能進(jìn)行下去，導(dǎo)致振動(dòng)產(chǎn)生的根本原因才能被發(fā)現(xiàn)。

3.分析處理故障特征數(shù)據(jù)

對(duì)軋鋼機(jī)械振動(dòng)故障的在線監(jiān)測(cè)可以通過傳感器來實(shí)現(xiàn)。比較常見的傳感器有位移傳感器、速度傳感器和加速度傳感器等，它們?cè)诓煌恼駝?dòng)頻率波段使用，使用時(shí)將相應(yīng)的傳感器安裝在待測(cè)試部分。比如要對(duì)軋鋼機(jī)械的軸承部分的振動(dòng)特征數(shù)據(jù)進(jìn)行采集，就必須首先將加速傳感器安裝在滾動(dòng)軸承位置。必須指出的是，在實(shí)際操作過程中采用上述方法采集數(shù)據(jù)的效果往往不夠理想，究其原因主要是加速傳感器產(chǎn)生的頻率范圍太廣，很難全面記錄和辨別軋鋼機(jī)械產(chǎn)生的振動(dòng)，特別是機(jī)械在低速轉(zhuǎn)動(dòng)持續(xù)時(shí)間較長(zhǎng)的情況下，傳感器就更難對(duì)其產(chǎn)生的低頻振動(dòng)進(jìn)行捕捉。為了更好的捕捉軋鋼機(jī)械的低頻振動(dòng)，可以用位移傳感器取代加速傳感器，位移傳感器對(duì)低頻振動(dòng)比較敏感，測(cè)量結(jié)果也將更趨準(zhǔn)確和完善?？茖W(xué)分析軋鋼機(jī)械的振動(dòng)特點(diǎn)，具有非常重要的作用，主要表現(xiàn)在以下三個(gè)方面：首先，能夠動(dòng)態(tài)掌握軸承的運(yùn)轉(zhuǎn)、磨損情況。眾所周知，磨損會(huì)改變徑向間隙，從而導(dǎo)致傳感器縫隙間的電壓發(fā)生改變，它是一種最為常見的失效方式。加速度傳感器很難對(duì)這種磨損導(dǎo)致的變化進(jìn)行分辨。動(dòng)態(tài)的對(duì)檢測(cè)探頭和轉(zhuǎn)軸間空隙內(nèi)電壓的變化情況進(jìn)行監(jiān)測(cè)，可以獲取在磨損作用下軸承圓度的變化情況，有利于故障判斷的準(zhǔn)確性和有效性。對(duì)于一部分表面帶毛刺的軸具，系統(tǒng)會(huì)自動(dòng)采用適當(dāng)?shù)倪^濾技術(shù)對(duì)干擾進(jìn)行有效排除。在特殊情況下個(gè)別沖擊會(huì)導(dǎo)致轉(zhuǎn)軸晃動(dòng)而導(dǎo)致所測(cè)數(shù)據(jù)的波動(dòng)，所以一般將間隙電壓的平均值作判斷的依據(jù)。

第二，動(dòng)態(tài)觀測(cè)軸承轉(zhuǎn)速。特征頻率本質(zhì)上就是故障頻率，由于用來分析的故障信號(hào)是隨機(jī)的，不可能和理論頻率完全吻合。這種情況下我們需要對(duì)特征頻率進(jìn)行限制，一般把選定時(shí)間段內(nèi)的最大振幅作為限制的標(biāo)準(zhǔn)。如果在對(duì)轉(zhuǎn)速進(jìn)行測(cè)量的過程中有較大誤差出現(xiàn)，那么就很難準(zhǔn)確的將故障的特征頻率測(cè)出來，再加上在此期間轉(zhuǎn)速突然發(fā)生變化的話，那情況將變得更壞。安裝渦流傳感器，可以實(shí)現(xiàn)同時(shí)進(jìn)行不同通道的數(shù)據(jù)采集，并能保證頻率計(jì)算的準(zhǔn)確性。另一方面，因?yàn)橛辛巳斯さ膮⑴c，在利用渦流傳感器進(jìn)行測(cè)試的過程中，軸承振動(dòng)的周期性可以得到很好的保證，所以以此為基礎(chǔ)的轉(zhuǎn)速計(jì)算和特征頻率觀測(cè)就更趨正確。

第三，研究振動(dòng)特征頻率如果對(duì)輸出徑與輸入徑振動(dòng)情況的測(cè)量能夠同時(shí)進(jìn)行，就能夠根據(jù)具體的振動(dòng)相位和強(qiáng)弱進(jìn)行處理。一般地，齒輪的振動(dòng)頻率低于軸承的振動(dòng)頻率，且振動(dòng)特點(diǎn)各異。軸承振動(dòng)的穩(wěn)定性不如齒輪，而齒輪的振動(dòng)形式又不如軸承豐富。這就要求我們把加速傳感器和位移傳感器很好的結(jié)合起來使用，這樣才能不斷拓寬頻率收集的范圍，使得振動(dòng)故障的發(fā)現(xiàn)更加及時(shí)、數(shù)據(jù)分析更加準(zhǔn)確、解決問題更加快捷。

4.結(jié)束語

總之，對(duì)機(jī)械振動(dòng)故障的判斷是比較復(fù)雜的一項(xiàng)工作，僅靠傳統(tǒng)手段很難達(dá)到科學(xué)、準(zhǔn)確的目的，其判斷結(jié)果也會(huì)缺乏指導(dǎo)性。必須采用現(xiàn)代手段與傳統(tǒng)手段相結(jié)合的方式，第一時(shí)間把導(dǎo)致振動(dòng)故障產(chǎn)生的根本原因找出來。查找軋鋼機(jī)械振動(dòng)故障原因首先要采集機(jī)械振動(dòng)的機(jī)械數(shù)據(jù)，并在此基礎(chǔ)上進(jìn)行認(rèn)真的研究和分析，從而歸納出一整套行之有效的故障診斷體系，并運(yùn)用到工作在不同狀態(tài)下的軋鋼機(jī)械振動(dòng)故障分析中。