關于軋鋼機械振動故障的診斷分析

張明曦

【摘 要】對軋鋼機械振動故障的診斷是一個需要長期研究，不斷總結(jié)經(jīng)驗總結(jié)規(guī)律的過程。長期的實踐證明采用以前傳統(tǒng)的判斷標準來實施診斷存在很大的漏洞和缺陷。因此我們要應用現(xiàn)代科學技術，準確采集軋鋼機械振動的特征數(shù)據(jù)，排除無用雜音，并應用數(shù)學工具以及計算機技術，對振動數(shù)據(jù)實行科學的分析和研究，以便準確找到振動故障的根源。

【關鍵詞】軋鋼機械；振動故障 ；診斷研究

軋鋼機械振動故障的迅速診斷和快速排除是軋鋼機械管理工作和技術工作的重要目標，應從認知軋鋼機械正常運行重要性的高度看待軋鋼機械振動故障判斷的問題，形成對軋鋼機械振動故障判斷標準的強化，全面分析軋鋼機械振動故障的特征數(shù)據(jù)，建成軋鋼機械振動故障判斷的專家系統(tǒng)，進而達到提高軋鋼機械振動故障準確判斷和迅速排除的效果，在確保軋鋼機械正常運行的基礎上，實現(xiàn)軋鋼機械振的功能和安全。在我國現(xiàn)行的方法中，在軋鋼機械設備中裝配檢測和監(jiān)控系統(tǒng)是最常見的，它是利用振動頻率和振幅來對故障進行監(jiān)測的，從而對故障進行實時的判斷，再通過一定的技術工作對故障進行及時的排除，保障機械的正常運行，安全工作。

當然，在故障診斷的過程中需要依據(jù)一定的標準，做好各種數(shù)據(jù)的收集，并對所收集的數(shù)據(jù)進行必要的分析，從而形成正確而迅速的軋鋼機械振動故障判斷，以及一系列措施和技術的應用，真正提升軋鋼機械振動故障判斷的準確性，實現(xiàn)維護軋鋼機械生產(chǎn)安全的基本目標。

一、軋鋼機械振動故障特征分析

軋鋼機械發(fā)生故障的種類繁多，在本文中，我們主要按照軋鋼機械的振動性質(zhì)以及振動方式不同進行簡單的分類，情況如下：

1. 轉(zhuǎn)子振動異常

轉(zhuǎn)子振動異常是軋鋼機械振動故障中較為多見的一種，它的主要原因是由于安裝誤差、轉(zhuǎn)子變形或是受溫度影響等等，最終導致轉(zhuǎn)子對中不良，因而造成轉(zhuǎn)子和轉(zhuǎn)軸的松動，改變了轉(zhuǎn)子軸系的固有頻率，使轉(zhuǎn)子發(fā)生異常振動及軸承出現(xiàn)早期損壞。

2. 電機振動故障

電機振動故障作為機械振動故障中的一種，主要是由于轉(zhuǎn)子安裝的不對稱，以及轉(zhuǎn)子和定子間的電壓不均勻、不穩(wěn)定，導致在摩擦的過程中出現(xiàn)松動、異常。

3. 齒輪機械振動異常

齒輪是軋鋼機械的重要組成部分。齒輪發(fā)生的機械故障中，最嚴重的是齒輪的磨損和齒根的斷裂。由于旋轉(zhuǎn)中速度過快，導致齒輪的波動幅度超出了負載，因而使軋鋼機械的運轉(zhuǎn)受到嚴重的影響。

4. 滾動軸承故障

滾動軸承在工作時，當內(nèi)圈、外圈等組件的通過頻率與標準計算的數(shù)值不一致時，會引發(fā)故障。

二、軋鋼機械振動故障的判斷標準

由于軋鋼機械故障的種類繁多，在對軋鋼機械故障的判斷標準中，應該將定量和定性的方法結(jié)合起來，對故障進行判斷，而不能單憑物理現(xiàn)象對故障進行判斷，否則會影響故障判斷的結(jié)果。

在面臨檢測裝置、工作狀態(tài)、軸承種類、實際運轉(zhuǎn)、故障類型等諸多復雜多變的問題時，需要設備操作人員、管理人員在參考傳統(tǒng)標準的基礎上，結(jié)合實際制定出更加科學、適應性更好的軋鋼故障判斷標準，標準應由故障定性判斷標準、故障定量判斷標準以及故障對比評判標準3部分組成，不僅對軋鋼機械振動故障的頻率、幅度等物理參數(shù)實施監(jiān)控，并且通過引入數(shù)據(jù)采集、頻譜分析的手段，大大提高了軋鋼機械振動故障判斷標準的有效性和可執(zhí)行性。

三、軋鋼機械振動故障的特征數(shù)據(jù)

軋鋼機械最容易產(chǎn)生振動的部位，是齒輪和軸承連接的部分，振動信號通過各種方式傳播，大部分信號傳播在軋鋼機械進行生產(chǎn)的過程中。因此，信號的傳遞結(jié)果受諸多因素影響。例如，工況的變化、轉(zhuǎn)速以及負載的改變等等。當采集和分析軋鋼機械振動數(shù)據(jù)時，必須對一個復雜的信號進行噪聲分離，獲取有效部分。否則，會由于環(huán)境的復雜導致錯誤的判斷，從而很難完成特征數(shù)據(jù)的收集和判斷。為了實現(xiàn)軋鋼機械振動數(shù)據(jù)的采集分析和故障的診斷，必須進行常規(guī)頻譜的采集和處理，進而對于造成振動故障的相關數(shù)據(jù)進行準確的計算和科學的分析。只有這樣，才能找出不同振動故障之間的差別和聯(lián)系。在實施振動數(shù)據(jù)的收集和分析時，我們可以考慮時域和頻域兩個方面。時域描述可以反映信號幅值隨時間的變化關系，重要特征數(shù)據(jù)包括峰值、平均值和歪度等等。頻域描述可以揭示信號的頻率結(jié)構(gòu)和各頻率成分的幅值相位關系，特征數(shù)據(jù)主要包含兩個部分。首先，出現(xiàn)振動故障的齒輪在軸頻以及咬合頻率方面的數(shù)據(jù)變化。其次，在進行頻譜統(tǒng)計時，中心、均方以及方根頻率等都是重要的統(tǒng)計特征。為了解決不同問題，需要掌握信號不同方面的特征。評價機械振動烈度需用振動速度的均方根值作為判據(jù)，采用時域分析便于得出。在尋找振源時，需要掌握振動信號的頻率分量，就要采用頻域描述。通過相應的數(shù)學工具可以對特征數(shù)據(jù)進行分析，這些特征數(shù)據(jù)對判斷軋鋼機械的振動故障至關重要。在數(shù)據(jù)的采集過程中，必須運用有效方法，排除噪聲干擾，提取更多的振動特性數(shù)據(jù)，以便通過對不同狀態(tài)下振動特征數(shù)據(jù)的分析和對比，準確查找出振動故障產(chǎn)生的原因。

四、軋鋼機械振動故障診斷的流程

軋鋼機械振動故障診斷流程為：軋鋼機械振動故障檢測開始、確定被檢對象的正常參數(shù)、選擇軋鋼機械振動故障檢測內(nèi)容、明確故障檢測任務、現(xiàn)場軋鋼機械振動檢測、回收軋鋼機械振動檢測數(shù)據(jù)、查找對比軋鋼機械振動數(shù)據(jù)信息特征并經(jīng)分析形成數(shù)據(jù)報告、查看數(shù)據(jù)并做出軋鋼機械振動故障的判斷。

五、故障特征數(shù)據(jù)的采集及分析處理

1. 故障特征數(shù)據(jù)采集

對于機械振動故障的診斷需要來說，數(shù)據(jù)采集的數(shù)量直接影響技術人員對故障診斷的準確性。但考慮到機械設備工作運轉(zhuǎn)速度較低，而快速傅里葉變換需要的時間與采樣數(shù)據(jù)長度呈指數(shù)倍增加，并且會極大地增加數(shù)據(jù)的存儲空間。因此，應確定可以覆蓋不同故障發(fā)生的原始故障采樣數(shù)據(jù)的長度，利用工業(yè)控制計算機監(jiān)測系統(tǒng)中的自動式和手動式鍵相采集數(shù)據(jù)發(fā)出信號。對于安裝有轉(zhuǎn)速/鍵相模塊的主軸，采用自動鍵相、數(shù)據(jù)采集為整周期，可有效避免旁瓣效應；而對于不能安裝轉(zhuǎn)速/鍵相模塊的設備，采用手動鍵相，根據(jù)設備的實際轉(zhuǎn)速，通過人工設置每塊振動采集板的采樣頻率，可利用信號分析，在保持數(shù)據(jù)長度不變的情況下得到所需的故障頻率，頻率分析的上下限隨著人工設置的采樣頻率改變。利用主機能夠為技術人員采集和分析故障數(shù)據(jù)——按照格式存儲變轉(zhuǎn)速數(shù)據(jù)、原始數(shù)據(jù)及事故數(shù)據(jù)，控制計算機監(jiān)測系統(tǒng)，診斷故障的位置及故障發(fā)生的原因。

2. 故障數(shù)據(jù)分析

首先，通過利用渦流感應器對軸承的旋轉(zhuǎn)軸和探頭體之間進行不間斷地測量，通過軸承的圓度變化可以診斷軸承的磨損程度。在測量故障特征數(shù)據(jù)的過程中，倘若能將輸入徑向和輸出徑向有機的結(jié)合起來，使兩種測量同時進行，就能夠?qū)S承的受力情況進行及時的處理分析。 所以，最好在使用加速傳感器的同時，安裝位移傳感器，擴大頻率收集和分析的范圍，提高發(fā)現(xiàn)故障、分析故障、解決故障的能力，對故障特征數(shù)據(jù)進行綜合有效的處理分析。其次，同時對探頭進行渦流傳感器的安裝，利用不同通道進行同一時間的采樣、頻率計算，利用頻率分析對采樣頻率、波形數(shù)目進行相關的分析判斷。最后，要對軋鋼機械振動故障特征數(shù)據(jù)進行綜合分析和處理，即在明確軋鋼故障信息的前提下，將故障特征數(shù)據(jù)進行分析，做到故障的早期發(fā)現(xiàn)、及時解決。

3. 故障數(shù)據(jù)處理

動態(tài)監(jiān)測軸承的磨損程度及動態(tài)檢測轉(zhuǎn)速。通過對齒輪的振動數(shù)據(jù)、軸承的滾動情況、對被測量機械上安裝的加速度傳感器或渦流傳感器反映的軋鋼機械振動故障特征等各項數(shù)據(jù)進行分析判斷，準確識別軋鋼機械的實時工作狀態(tài)，及時發(fā)現(xiàn)并解決軋鋼機械振動故障，保證軋鋼機械正常使用，提高軋鋼機械的工作效率。

六、結(jié)束語

綜上所述，及時發(fā)現(xiàn)并解決軋鋼機械振動故障對軋鋼機械正常工作具有重要意義。而軋鋼機械振動故障問題的判斷及快速排除并不是一個簡單的問題，需要對軋鋼機械振動故障進行特征數(shù)據(jù)采集、頻譜分析研究，按照已形成的科學判斷標準及故障診斷流程對故障進行分析處理。這就要求企業(yè)要針對不同的軋鋼機械振動故障總結(jié)出一套科學、合理、全面的故障診斷體系，才能更好地解決振動故障問題，保證軋鋼機械的正常工作，這對提高軋鋼機械的工作效率有重要意義，能夠為企業(yè)創(chuàng)造更大的經(jīng)濟效益。對軋鋼機械振動故障的判斷是十分復雜的，在采用傳統(tǒng)判斷標準診斷的基礎之上，增強數(shù)據(jù)采集的準確度，從而更好的進行故障數(shù)據(jù)的處理分析，只有這樣，才能科學全面的做好軋鋼機械故障的診斷工作。 以上就是筆者的一些觀點和建議，希望能起到拋磚引玉的作用，為我國的軋鋼機械故障診斷事業(yè)貢獻力量。

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