礦渣立磨減速機(jī)故障狀態(tài)的檢測(cè)與診斷分析

趙天祥

【摘 要】根據(jù)在礦粉立磨監(jiān)測(cè)過程中積累的大量現(xiàn)場(chǎng)經(jīng)驗(yàn)和數(shù)據(jù)資料，將傳統(tǒng)的振動(dòng)信號(hào)分析、先進(jìn)的扭矩信號(hào)監(jiān)測(cè)和礦粉生產(chǎn)工藝數(shù)據(jù)有效結(jié)合起來，能夠很好地避免在生產(chǎn)中的許多可能發(fā)生的減速機(jī)故障。應(yīng)用德國(guó)DALOG公司開發(fā)的系統(tǒng)狀態(tài)監(jiān)測(cè)技術(shù)，對(duì)大型立磨減速機(jī)進(jìn)行預(yù)警以及故障識(shí)別，減少甚至避免減速機(jī)的故障尤其是重大故障的發(fā)生。

【關(guān)鍵詞】DALOG 狀態(tài)監(jiān)測(cè) 故障診斷

礦渣立磨減速機(jī)在立磨系統(tǒng)中既要起到減速和傳遞功率、帶動(dòng)磨盤轉(zhuǎn)動(dòng)的作用，又要承受磨盤、物料的重力以及碾磨壓力，再加上生產(chǎn)條件復(fù)雜多變，立磨減速機(jī)成為整套立磨設(shè)備容易出現(xiàn)問題，因此立磨減速機(jī)一旦發(fā)生故障，會(huì)直接導(dǎo)致全線停產(chǎn)的惡劣后果，使企業(yè)蒙受巨大經(jīng)濟(jì)損失。我公司經(jīng)過立磨專業(yè)設(shè)計(jì)人員和DALOG公司技術(shù)交流，針對(duì)太鋼立磨檢測(cè)要求，研發(fā)立磨在線監(jiān)測(cè)系統(tǒng)。監(jiān)測(cè)系統(tǒng)能夠?qū)崟r(shí)監(jiān)測(cè)扭矩信號(hào)、震動(dòng)加速度信號(hào)。

1減速機(jī)監(jiān)測(cè)系統(tǒng)組成與特點(diǎn)

減速機(jī)監(jiān)測(cè)系統(tǒng)主要由轉(zhuǎn)速傳感器、扭矩傳感器系統(tǒng)、XY方向振動(dòng)傳感器、加速度傳感器、振動(dòng)檢測(cè)單元、DALOG監(jiān)測(cè)系統(tǒng)以及DALOG分析軟件。DALOG減速機(jī)監(jiān)測(cè)系統(tǒng)不同于傳統(tǒng)監(jiān)測(cè)系統(tǒng)的主要特點(diǎn)是：它不僅僅監(jiān)測(cè)滾子軸承，而且監(jiān)測(cè)齒輪箱的齒輪嚙合。除了記錄傳統(tǒng)的振動(dòng)信號(hào)外，同時(shí)也安裝一個(gè)可靠的扭矩檢測(cè)系統(tǒng)。在對(duì)振動(dòng)信號(hào)的頻域信息進(jìn)行分析的同時(shí)，也對(duì)扭矩信號(hào)的頻譜進(jìn)行分析。

扭矩信號(hào)通過遙測(cè)傳感器的非接觸測(cè)量進(jìn)行可靠的記錄。為了獲得扭矩信號(hào)，一個(gè)電阻應(yīng)變片，一個(gè)信號(hào)放大器以及一個(gè)天線環(huán)需要安裝在驅(qū)動(dòng)軸上。天線環(huán)可以分離，被安裝在現(xiàn)存的設(shè)備上，接入供電電壓后，通過固定在機(jī)床上的天線頭讀出信號(hào)數(shù)據(jù)。扭矩信號(hào)是最重要的信號(hào)之一，它提供的信息包括：設(shè)備的運(yùn)行狀態(tài)、危險(xiǎn)的過載、扭頻等等。

設(shè)備每一重要部件都有自身的轉(zhuǎn)動(dòng)和嚙合頻率，分析扭矩曲線有明顯周期性振動(dòng)，根據(jù)設(shè)備固有頻率分析出設(shè)備部件磨損和損傷程度和裂化趨勢(shì)，及早準(zhǔn)備備件，指導(dǎo)檢修安排。減速機(jī)的扭矩值直接反映了設(shè)備的運(yùn)行狀況，要查看設(shè)備運(yùn)行是否正常首先要分析扭矩信號(hào)，為了查看扭矩信號(hào)是否異常，系統(tǒng)設(shè)置了5類扭矩報(bào)警信號(hào)（表1），并且簡(jiǎn)單分析了造成扭矩報(bào)警的原因。

表1 故障報(bào)警原因

報(bào)警名稱 報(bào)警原因

1 扭矩最大值報(bào)警 a、減速機(jī)損壞

b、磨輥軸承損壞，同時(shí)磨輥軸承溫度上升。

c、磨盤內(nèi)部進(jìn)入異物，同時(shí)沖擊報(bào)警。

2 扭矩均值報(bào)警 a、立磨投料量過大，過負(fù)荷運(yùn)行

b、磨機(jī)啟動(dòng)時(shí)報(bào)警，磨盤布料過多，阻力過大

c、飽磨現(xiàn)象發(fā)生，物料不能及時(shí)排出

d、研磨壓力過大

e、磨輥軸承損壞，常伴有軸承溫度上升，轉(zhuǎn)速低現(xiàn)象

3 扭矩峰值沖擊報(bào)警 a、啟動(dòng)磨機(jī)時(shí)，離合器間隙大

b、磨機(jī)磨盤上進(jìn)金屬異物

c、磨機(jī)襯板等部件落下進(jìn)入磨盤中

d、減速機(jī)損壞

4 負(fù)扭矩報(bào)警 a、料床形成不好，磨機(jī)不穩(wěn)定，磨機(jī)本身振動(dòng)大

b、減速機(jī)出現(xiàn)斷軸斷齒故障

5 動(dòng)態(tài)值報(bào)警 a、料床形成不好，磨機(jī)不穩(wěn)定，磨機(jī)本身振動(dòng)大

b、磨輥出現(xiàn)裂縫、斷裂和焊層局部脫落，對(duì)照特征曲線分析

c、磨盤襯板出現(xiàn)坑洞、開裂現(xiàn)象，對(duì)照特征曲線分析

2減速機(jī)故障判斷與案例

DALOG監(jiān)測(cè)系統(tǒng)從加速度和包絡(luò)信號(hào)來分析特征值，給出設(shè)備異常以及設(shè)備運(yùn)行狀態(tài)的變化。例如Rms值、峭度值等等。通過頻域特征分析出故障的位置。例如：齒輪嚙合頻率和諧波、邊頻帶、滾子軸承頻率、軸的旋轉(zhuǎn)頻率等等。

除了從加速度信號(hào)構(gòu)建的特征值外，從扭矩信號(hào)也構(gòu)建特征值。例如：扭矩的最大、平均和最小值、齒輪嚙合頻率和諧波、邊頻帶、滾子軸承頻率、軸的旋轉(zhuǎn)頻率等等。加速度信號(hào)，包括信號(hào)和扭矩信號(hào)的特征值，結(jié)合生產(chǎn)過程變量的特征數(shù)據(jù)，可以提供最大可能的精確預(yù)測(cè)以及設(shè)備故障的確診。

2010年6月在立磨運(yùn)行中發(fā)現(xiàn)3號(hào)立磨出現(xiàn)主電機(jī)電流波動(dòng)較大，立磨產(chǎn)量無法增加等問題，停機(jī)對(duì)于設(shè)備進(jìn)行檢查沒有發(fā)現(xiàn)明顯問題，然后我們對(duì)DALOG的信號(hào)進(jìn)行分析。通過觀察4號(hào)傳感器的振動(dòng)峰峰值的趨勢(shì)值從2010年7月25日到7月31日有明顯增大的趨勢(shì)?？疾? 號(hào)傳感器采集的振動(dòng)原始信號(hào)的時(shí)域圖，比較多個(gè)時(shí)間點(diǎn)的時(shí)域圖變化。通過比較2010年7月19日的時(shí)域圖和2010年7月31日的時(shí)域圖，可以清楚的看到在2010年7月31日的時(shí)域圖上出現(xiàn)了明顯的沖擊信號(hào)。

圖1 4號(hào)傳感器2010年7月19日和7月31日的時(shí)域圖

其中左圖1為7月19日的時(shí)域圖，右圖1為7月31日的時(shí)域圖。分別對(duì)這兩個(gè)時(shí)間點(diǎn)的信號(hào)進(jìn)行快速傅立葉變換（FFT），變換后的頻譜如圖5所示：

圖2 4號(hào)傳感器2010年7月19日和7月31日的頻譜圖

從圖2中的A點(diǎn)：7月19日4號(hào)傳感器的振動(dòng)頻譜和B點(diǎn)：7月31日4 號(hào)傳感器的振動(dòng)頻譜的比較中可以看出。在7月31日的振動(dòng)頻譜上出現(xiàn)了大量圍繞298Hz（傘齒輪嚙合頻率）及其多次諧波頻率的邊頻帶。邊頻帶的間隔頻率為16.5Hz。此間隔頻率和輸入軸的旋轉(zhuǎn)頻率相同。（通過查看特征頻率表可以知道傘齒輪嚙合頻率的計(jì)算值為297Hz，輸入軸的旋轉(zhuǎn)頻率計(jì)算值為16.5Hz）。

將各個(gè)不同時(shí)間點(diǎn)的時(shí)域圖，頻譜圖進(jìn)行比較，或者通過瀑布圖都可以看到和輸入軸旋轉(zhuǎn)頻率相關(guān)的故障的演化。結(jié)合特征值的變化趨勢(shì)，我們可以清楚的獲知被監(jiān)測(cè)設(shè)備的狀態(tài)是否發(fā)生改變，是否有故障產(chǎn)生。通過頻譜分析，根據(jù)不同部件的特征頻率，我們可以定位到是減速機(jī)上哪一部分可能產(chǎn)生了故障。停機(jī)后檢查輸入軸和傘齒輪，發(fā)現(xiàn)在輸入軸小傘齒輪的一個(gè)輪齒中部出現(xiàn)比較大的裂紋。

3 結(jié)語

通過實(shí)踐證明采用扭矩和振動(dòng)信號(hào)時(shí)域波形各項(xiàng)參數(shù)的趨勢(shì)分析可以對(duì)機(jī)器設(shè)備的運(yùn)行情況做出總體的判斷，根據(jù)實(shí)際情況對(duì)立磨的各主要部件進(jìn)行簡(jiǎn)易診斷。應(yīng)用振動(dòng)信號(hào)分析方法可以解決減速機(jī)設(shè)備中大部分的問題，在實(shí)際使用中收到很好的效果。通過實(shí)踐證明，將扭矩和低頻振動(dòng)等多種傳感器信號(hào)綜合起來對(duì)立磨系統(tǒng)進(jìn)行監(jiān)測(cè)，能夠取得比較好的監(jiān)測(cè)效果。

參考文獻(xiàn)：

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