基于軋鋼機械振動故障的診斷研究

劉海鵬

摘要：在軋鋼機械的正常運行中，經(jīng)常會出現(xiàn)一些故障問題，需要嚴(yán)格按照故障判斷標(biāo)準(zhǔn)、采用合適的診斷方法來診斷，才能避免軋鋼機械出現(xiàn)更多問題，從而更好地提高軋鋼機械的運行性能。文章就軋鋼機械振動故障的判斷標(biāo)準(zhǔn)進行了闡述，對軋鋼機械振動故障的特征數(shù)據(jù)進行了分析，提出了軋鋼機械振動故障特征數(shù)據(jù)的采集、處理等。

關(guān)鍵詞：軋鋼機械；振動故障；故障診斷；特征數(shù)據(jù)；判斷標(biāo)準(zhǔn) 文獻標(biāo)識碼：A

中圖分類號：TG33 文章編號：1009-2374（2016）16-0075-02 DOI：10.13535/j.cnki.11-4406/n.2016.16.036

根據(jù)軋鋼機械振動故障診斷的實際情況來看，在線振動監(jiān)測診斷系統(tǒng)的合理應(yīng)用，可以達到快速、準(zhǔn)確、及時的效果。因此，對軋鋼機械振動故障診斷有比較深入的了解，對于保障軋鋼機械的運行安全和功能等有著極大作用。

1 軋鋼機械振動故障的判斷標(biāo)準(zhǔn)

在充分利用各種先進設(shè)備、技術(shù)對軋鋼機械的運行情況進行檢測的情況下，對當(dāng)前軋鋼機械振動故障的診斷情況進行全面分析來看，比較常用的判斷標(biāo)準(zhǔn)主要有如下三種：一是故障類比評判標(biāo)準(zhǔn)；二是故障定量評判標(biāo)準(zhǔn)；三是故障相對評判標(biāo)準(zhǔn)，在保證軋鋼機械振動穩(wěn)定性、可靠性等方面有著極大作用。在受到環(huán)境、經(jīng)濟、生產(chǎn)條件等多種因素影響的情況下，軋鋼機械可能出現(xiàn)各種振動故障，因此，想要準(zhǔn)確進行各種物理現(xiàn)象的評判有著比較大的難度。

目前，軋鋼機械的工作狀態(tài)、軸承種類、實際運轉(zhuǎn)速度、故障檢測傳感器的安裝部位、振動故障的類型等都會給故障判斷帶來不同程度的影響。所以想要制定出科學(xué)的故障診斷標(biāo)準(zhǔn)，有著非常大的難度。在實踐過程中，振動故障診斷標(biāo)準(zhǔn)的科學(xué)構(gòu)建，需要注重定量評判標(biāo)準(zhǔn)的運用，還要有機結(jié)合相對判斷指標(biāo)等，才能在以時間軸為基準(zhǔn)的情況下，充分利用相同的測試方式、測試位置和工況定期測量等，獲取相關(guān)數(shù)據(jù)，從而在對比與分析正常數(shù)值和測試數(shù)據(jù)等的基礎(chǔ)上，確定軋鋼機械的具體故障情況。根據(jù)實踐診斷情況來看，在線振動監(jiān)測診斷系統(tǒng)的合理應(yīng)用，主要包括如下九個流程：一是檢測；二是確定被檢測對象和基準(zhǔn)頻率；三是選擇檢測內(nèi)容；四是明確檢測任務(wù)；五是現(xiàn)場進行檢測；六是回收相關(guān)數(shù)據(jù)；七是查找和對比重要的數(shù)據(jù)信息，并形成其報告；八是檢查數(shù)據(jù)，如果存在異常情況，則需要對其進行可靠分析，才能制定出可行的解決措施和采用合適的技術(shù)，如果沒有異常情況則需將報告存入檔案庫中；九是繼續(xù)進行下一個對象的檢測，按照第四步繼續(xù)操作。

2 軋鋼機械振動故障的特征數(shù)據(jù)分析

在軋鋼機械運用范圍不斷擴大、性能不斷提高的過程中，一般情況下，振動信號是存在于齒輪部位和滾動軸承部位等位置，并且傳遞途徑具有一定復(fù)雜性，信號很容易受到影響，如負(fù)荷變化、機械工況變化等，都會使振動信號受到一定干擾。因此，在進行信號分析的時候，針對上述各種因素帶來的影響，需要采取合適的信號降噪措施，才能提高軋鋼機械振動故障診斷結(jié)果的可靠性和準(zhǔn)確性等。所以有著較多實踐經(jīng)驗和較高技術(shù)水平的專業(yè)人員，在進行軋鋼機械振動故障的分析與判斷時，必須對設(shè)備的常規(guī)頻譜進行可靠分析與處理，并對軋鋼機械振動故障的一些特征數(shù)據(jù)進行分析與計算，才能真正掌握不同故障的典型特征。例如：從頻域角度和時域角度來進行特征數(shù)據(jù)的合理分析，其中頻域方面的特征數(shù)據(jù)是：故障特征的齒輪嚙合頻率與倍頻、軸頻與齒輪嚙合頻率的各次諧波、軸頻域倍頻等；頻譜統(tǒng)計特征的中心頻率、均方根頻率等，而時域方面的特征數(shù)據(jù)主要是指有效值、峰值峭度、歪度等。在實際進行上述各種特征數(shù)據(jù)的分析時，還要結(jié)合相關(guān)數(shù)學(xué)計算公式，才能更好地降低噪音、環(huán)境等多種因素給特征數(shù)據(jù)準(zhǔn)確性的影響，從而在將這些特征數(shù)據(jù)與正數(shù)值相對比和分析后，及時掌握產(chǎn)生這些故障的原因。

3 軋鋼機械振動故障特征數(shù)據(jù)的采集

在實踐過程中，軋鋼機械出現(xiàn)的故障，在充分考慮軋鋼機械工作轉(zhuǎn)速比高這個情況后，需要將每組原始采樣數(shù)據(jù)的長度確定為一定數(shù)值，以便更好地覆蓋上述各種特征頻率成分，從而實現(xiàn)相關(guān)故障特征數(shù)據(jù)的全面采集。在實踐過程中，數(shù)據(jù)可能存在失真現(xiàn)象，通過采取相關(guān)措施后，在頻率分析范圍為1～1024倍軸率的基礎(chǔ)上，獲取比較準(zhǔn)確的軸頻和倍頻成分。與其相比，在設(shè)備主軸沒有按照轉(zhuǎn)速與鍵相的情況下，通過人工鍵相的方式設(shè)置振動采樣板的采用頻率，并結(jié)合設(shè)備的實際轉(zhuǎn)速，獲得當(dāng)前對應(yīng)的故障頻率。其中頻率分析的上限與下限，是隨著人工設(shè)置采用頻率的變化而改變的，如每轉(zhuǎn)采集為285點，連續(xù)轉(zhuǎn)8次，在采用數(shù)據(jù)長度為2048點的情況下，頻率分析范圍為1～125倍軸頻。在特征數(shù)據(jù)采集好以后，必須嚴(yán)格按照統(tǒng)一的格式進行儲存，如一個月的數(shù)據(jù)、一天的數(shù)據(jù)、一個小時的數(shù)據(jù)、原始數(shù)據(jù)、對比數(shù)據(jù)、事故數(shù)據(jù)等，并將其存放在數(shù)據(jù)庫中，才能為設(shè)備出現(xiàn)故障問題時提供可靠參考依據(jù)，特別是經(jīng)過處理的頻譜與波形的特征數(shù)據(jù)，必須完整存放在數(shù)據(jù)庫中，對于提高系統(tǒng)故障自動診斷時的準(zhǔn)確性和科學(xué)性有著極大作用。由此可見，軋鋼機械中存在的振動故障，必須采取合適的方法進行各種數(shù)據(jù)的收集，并及時進行對比和分析，才能避免各種故障時而發(fā)生，對于提高軋鋼機械的運行穩(wěn)定性、可靠性等有著重要影響。

4 軋鋼機械振動故障特征數(shù)據(jù)的處理

目前，在線振動監(jiān)測診斷系統(tǒng)的應(yīng)用范圍在不斷擴大中，可以有效提高各種監(jiān)測結(jié)果的準(zhǔn)確性、可靠性。通常情況下，在采用在線振動監(jiān)測診斷系統(tǒng)的時候，需要將振動測量傳感器安裝在被測試對象的上面，如速度傳感器、加速傳感器、位移傳感器等，以便準(zhǔn)確測量相關(guān)波段等。目前，在實踐中相關(guān)數(shù)據(jù)的處理主要包括如下兩個方面：

4.1 軋鋼機械軸承振動故障特征數(shù)據(jù)處理

在進行相關(guān)振動數(shù)據(jù)的收集時，需要及時安裝加速度傳感器，但是這樣操作以后，取得效果并不是很理想，因此將加速度傳感器更換成位移傳感器，可以使各種振動數(shù)據(jù)的可靠性得到大大提高。在實踐過程中，軋鋼機械軸承振動故障特征數(shù)據(jù)的科學(xué)分析，有著如下三個方面的作用：一是對軸承的磨損程度實行動態(tài)監(jiān)測。在采用渦流傳感器的時候，可以持續(xù)測量探頭體與旋轉(zhuǎn)軸之間的間隙變化情況，并掌握軸承磨損帶來的影響，是及時診斷相關(guān)故障的有效方式。在受到?jīng)_擊的情況下，軸出現(xiàn)嚴(yán)重晃動現(xiàn)象，因此軋鋼機械軸承振動故障特征數(shù)據(jù)的收集，通常是將空載、穩(wěn)定狀態(tài)下的平均間隙值作為參考依據(jù)，以及時判斷軋鋼機械是否處于異常狀態(tài)；二是轉(zhuǎn)速的動態(tài)檢測。通常情況下，特征頻率就是振動故障的頻率，但是在進行故障信號的分析時有著一定隨機性，因此故障特征頻率有可能存在一定誤差。為了更好地提高軋鋼機械軸承振動故障特征數(shù)據(jù)的可靠性，一般將某段頻率范圍幅值的最大值看作是特征頻率的幅值，在安裝有渦流傳感器的情況下，頻率計算的準(zhǔn)確性可以得到大大提高，對于提高診斷結(jié)果的可靠性、準(zhǔn)確性等有著一定影響。同時，在人工鍵相狀態(tài)下，軸振動波形的周期性要好很多，在結(jié)合波形數(shù)目、頻率、振幅頻率等相關(guān)數(shù)值的基礎(chǔ)上，可以獲得更加準(zhǔn)確的轉(zhuǎn)速；三是綜合考慮。一般軸承的振動頻率、齒輪的診斷頻率在振動特點方面也有著一些差異，因此，在綜合利用位移傳感器、加速度傳感器的情況下，可以大大提高系統(tǒng)解決各種問題的能力。同時，在充分考慮各種不同成分后，軋鋼機械存在的振動故障主要來源于何處也能得到確認(rèn)，從而達到及時解決相關(guān)故障問題的目的，對于提高軋鋼機械的運行穩(wěn)定性有著極大作用。

4.2 軋鋼機械實時工作狀態(tài)的準(zhǔn)確識別

在不同運行模式下，軋鋼機械的工作狀態(tài)各不一樣，與生產(chǎn)目標(biāo)、生產(chǎn)流程等有著極大聯(lián)系?？偟膩碚f，軋鋼機械的工作狀態(tài)有如下種類：穩(wěn)態(tài)、沖擊狀態(tài)、空載狀態(tài)，其中一小部分軋鋼機械只有上述中的兩種工作狀態(tài)。在實踐過程中，如果軋鋼機械是空載狀態(tài)，則其產(chǎn)生的振動效應(yīng)是最小的，如果是穩(wěn)態(tài)，則其產(chǎn)生的振動效應(yīng)是最大的。如果軋鋼機械處于咬鋼或甩鋼工作狀態(tài)，則其受到的沖擊振動會很明顯，會給整個運行效率造成極大影響。所以，在合理、不斷收集相關(guān)工作數(shù)據(jù)后，與采集到的可比性數(shù)據(jù)進行及時的對比和分析，則可以準(zhǔn)確判斷出軋鋼機械是否存在問題，以及當(dāng)前所處的工作狀態(tài)。與此同時，在采集軋鋼機械沖擊過程數(shù)據(jù)時，它們還能自動地放置到波形的中央，從而有效降低沖擊給數(shù)據(jù)完整性造成的影響，最終保障軋鋼機械實時工作狀態(tài)相關(guān)數(shù)據(jù)的可比性，對于及時解決軋鋼機械振動產(chǎn)生的各種故障問題有著重要影響。由此可見，在各個行業(yè)中，軋鋼進行的運行和有效使用，需要注重軋鋼機械診斷故障的有效診斷，采用合適的方法進行數(shù)據(jù)采集，并結(jié)合各種現(xiàn)代信息技術(shù)與設(shè)備，對于提高軋鋼機械的運行效率、穩(wěn)定性等有著重要影響。

5 結(jié)語

綜上所述，隨著我國經(jīng)濟水平的快速提升，軋鋼機械設(shè)備的應(yīng)用范圍變得越來越廣，給我國各行業(yè)的發(fā)展帶來了極大影響，在促進我國綜合經(jīng)濟水平不斷增長上發(fā)揮著重要作用，需要高度重視軋鋼機械軸承振動故障的診斷問題，才能確保軋鋼機械的穩(wěn)定運行。因此，在實踐過程中，軋鋼機械各種故障問題的診斷，需要及時收集準(zhǔn)確、可靠的軋鋼機械軸承振動故障特征數(shù)據(jù)，并對這些數(shù)據(jù)進行合理處理和對比分析，才能及時找出軋鋼機械軸承振動故障原因，最終保障軋鋼機械的整體性能。

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