鋼鐵冶煉機械設(shè)備的故障診斷及處理分析

周金雷

[摘要]隨著社會工業(yè)化的發(fā)展，鋼鐵行業(yè)得到了迅猛發(fā)展，冶煉機械設(shè)備得到了大量應(yīng)用。與此同時，鋼鐵冶煉機械在使用的過程很容易產(chǎn)生故障問題，影響了生產(chǎn)的正常運行。文章從鋼鐵冶煉機械設(shè)備故障診斷技術(shù)入手，探討了其具體的處理對策，以期進一步促進鋼鐵行業(yè)發(fā)展。

[關(guān)鍵詞]鋼鐵冶煉；機械設(shè)備；故障診斷；故障處理

[DOI]10.13939/j.cnki.zgsc.2016.41.062

冶煉機械設(shè)備作為鋼鐵行業(yè)生產(chǎn)中一個重要的組成部分，其直接關(guān)乎鋼鐵冶煉生產(chǎn)的質(zhì)量和效率。特別隨著全面深化改革的開展，為了實現(xiàn)現(xiàn)代化建設(shè)，增加企業(yè)的經(jīng)營效益，就必須要加快鋼鐵行業(yè)向節(jié)能減排和效率化方向發(fā)展。但是這均需要以冶煉機械設(shè)備的質(zhì)量為保證，所以對于其故障診斷技術(shù)和處理對策進行探究具有重要意義。

1 鋼鐵冶煉機械設(shè)備故障診斷方法分析

1.1 基于系統(tǒng)數(shù)學(xué)模型的故障診斷法

該種故障診斷法主要是以數(shù)學(xué)模型為診斷計算基礎(chǔ)，充分結(jié)合鋼鐵冶煉的相關(guān)理論和原理，采用Kalman濾波器、Luenberger觀測器、參數(shù)模型估計技術(shù)以及等價空間方程等多種先進工藝來開展的故障診斷分析工作。在該種故障診斷法應(yīng)用的過程中，其需要結(jié)合整個控制系統(tǒng)來進行操作，以便形成一個集合系統(tǒng)修復(fù)、運行監(jiān)控以及故障診斷為一體的流程。但是該種診斷法對數(shù)學(xué)模型構(gòu)建的精確度具有較高要求，否則會對實際的診斷結(jié)果精確度產(chǎn)生不利影響。

1.2 基于信號處理的故障診斷法

顧名思義，該種故障處理法就是通過處理和分析冶煉機械設(shè)備在運行過程中所產(chǎn)生的特定信號信息，以便對其具體的特點以及異常信號等進行合理判斷，從而得出故障的具體類型。比如，在鋼鐵冶煉機械中，其溫度和速度傳感器分別負責接收溫度信號和速度信號，而通過對相應(yīng)的溫度信號和速度信號進行實時監(jiān)測和分析，可以及時發(fā)現(xiàn)該設(shè)備是否存在故障問題。目前，自適應(yīng)信號處理法、時間序列特征提取法以及譜分析法等均是常用的故障信號診斷法。而與數(shù)學(xué)模型法相比，該種故障診斷法具有很強的適應(yīng)能力，并且不會依賴于建立數(shù)學(xué)模型。

1.3 基于人工智能的故障診斷法

隨著智能化和自動化技術(shù)的發(fā)展，基于人工智能的故障診斷法逐漸成為鋼鐵冶煉機械設(shè)備的故障診斷方法，并取得了顯著成效。該種故障診斷法既不需要構(gòu)建設(shè)備運行的數(shù)學(xué)模型，也不需要設(shè)定復(fù)雜體系，并且實際的診斷精度和效率也比較高，是當前一種主流故障診斷法，具體是運用模糊數(shù)學(xué)理論、人工神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)預(yù)測等基本理論，尤其適用于大型機械設(shè)備的故障檢測中。此外，該種故障診斷法主要是由模糊邏輯智能診斷系統(tǒng)、故障管理診斷系統(tǒng)、神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)預(yù)測診斷系統(tǒng)和專家智能診斷系統(tǒng)等所共同構(gòu)成。鑒于當前人工智能是重要的科研領(lǐng)域，所以該種故障檢測法在現(xiàn)階段及未來的一段時間內(nèi)均可以得到廣泛推廣和普及。

1.4 其他故障診斷法

除了上述幾種常用的冶煉機械設(shè)備故障診斷法之外，還存在一些富有特色的故障診斷法，具體主要包括灰色關(guān)聯(lián)系統(tǒng)診斷法、設(shè)備運行模式診斷法等。此外，隨著科學(xué)技術(shù)的發(fā)展和推廣，也出現(xiàn)了多種故障診斷法的耦合方法。

2 鋼鐵冶煉機械設(shè)備故障處理對策分析

2.1 轉(zhuǎn)子不平衡故障處理對策

在機械設(shè)備運行的過程中，轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)動質(zhì)量直接關(guān)乎機械系統(tǒng)運行性能。而轉(zhuǎn)子不平衡故障具體表現(xiàn)在轉(zhuǎn)子旋轉(zhuǎn)的頻譜圖上存在幅值變化，此時如果初步啟動機械設(shè)備，相應(yīng)的振動不平衡問題可以從以下幾個方面來著手：其一，如果剛性轉(zhuǎn)子出現(xiàn)振動問題，那么需要考慮轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)速是否已經(jīng)達到了臨界值，此時需要測量轉(zhuǎn)子的轉(zhuǎn)動速率，并對比標準轉(zhuǎn)速來進行確定；其二，要區(qū)分振動是否是由基礎(chǔ)共振所引起的，具體需要借助相位分析來進行確定。如果此時的頻率和相位保持一致，那么就是基礎(chǔ)共振引發(fā)的不平衡問題。而當不同旋轉(zhuǎn)方向上各點的振幅存在相位差速，或者高速和低速狀態(tài)下的轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)速比較相近，那么就很可能是由于不平衡問題所引發(fā)的；其三，轉(zhuǎn)子是否存在不對中問題，這也是常見的轉(zhuǎn)子故障，具體表現(xiàn)在兩個方面，即：角度不對中和平行不對中。其中的角度不對中問題主要表現(xiàn)在兩側(cè)軸向的振動相位差維持在180°，并且徑向振動方向保持一致，會引發(fā)多倍頻振動或者同頻振動。而平行不對中則主要表現(xiàn)為兩側(cè)軸承徑向振動則維持在180°。

2.2 齒輪故障處理對策

齒輪是鋼鐵冶煉機械設(shè)備中的重要結(jié)構(gòu)，其直接關(guān)乎著機械運轉(zhuǎn)性能。但是在運行的過程中，相應(yīng)的齒輪均需要承受振動影響，具體表現(xiàn)在譜圖上面出現(xiàn)邊頻帶，所以波形圖或者頻譜圖二者均可以在一定程度上反映齒輪振動的情況，但是在采用時域處理法而言，需要對振動加速度等條件進行確定，并要盡量減少其他噪聲的干擾。目前，針對鋼鐵冶煉機械設(shè)備齒輪故障的處理對策而言，其主要包括頻率診斷法和時域診斷法兩種類型，下面就這兩種具體齒輪故障處理對策進行詳細闡述：

（1）頻域診斷處理對策。頻域診斷主要是通過分析相應(yīng)的頻譜來達到識別齒輪故障。在齒輪正常運作的過程中，相互交錯的齒輪會負責傳遞動力，所以相應(yīng)的齒輪嚙合部位會因齒數(shù)的數(shù)目而發(fā)生改變。此時如果將輪齒比作彈簧，其剛度會伴隨著荷載的變化而發(fā)生變化，并且主要呈現(xiàn)周期性變化，這樣就會增加其振動，所以振動與齒輪是否處于正常工作狀態(tài)下無關(guān)，是始終存在的。如此一來，待齒輪發(fā)生故障時，相應(yīng)的振動信號會發(fā)生變化，具體表現(xiàn)為譜圖之上存在邊頻帶。

（2）時域診斷處理對策。理論上來講，可以借助波形圖或者頻譜圖來描述物體的振動，所以除了可以借助頻譜來診斷冶煉機械設(shè)備故障之外，還可以借助時域來分析冶煉機械設(shè)備故障。在采用該種方法對故障進行處理的過程中，主要通過提取轉(zhuǎn)軸回轉(zhuǎn)一周時刻的時標信號以及振動加速度信號等來確保按特定整周期來截取有關(guān)的信號，同時該法也可以消除其他干擾噪聲的因素。

2.3 滾動軸承故障處理對策

在冶煉機械設(shè)備中的滾動軸承運行過程中，也會因振動問題而對其造成損傷，此時相應(yīng)的軸承損傷部位處的振動聲也各不相同，所以可以借助特定的儀器來測定振動聲音，以更好地辨別軸承出現(xiàn)故障的部位。實際上，在不同的軸承部位，其所承受的荷載各不相同，所以此時在測量儀器之前，需要對機器的使用來進行合理測量。而振動測試法則是當前檢測滾動軸承故障的振動故障檢測法，主要包括以下幾種：①fk～頻信號接收法。在滾軸軸承出現(xiàn)腐蝕或者壓痕的時候，其在運轉(zhuǎn)的過程中就會相應(yīng)地產(chǎn)生一些較短的周期性脈沖，實際所產(chǎn)生的形狀也比較陡峭，同時表面上的缺陷也會致使相應(yīng)的脈沖頻率發(fā)生變化。此時可以借助聽覺來判斷相應(yīng)的脈沖頻率，但是由于該法容易受到外界環(huán)境的干擾，所以其只適用于簡單設(shè)備檢測。②共振解調(diào)法。該法就是將傳感器的一階諧振頻率區(qū)作為實際的監(jiān)測頻帶，濾除其他的低頻分量。此時如果軸承發(fā)生了故障問題，那么就會引發(fā)脈沖的變化，同時相應(yīng)的高階諧波會在傳感器的共振頻率上發(fā)生變化，所以可以通過對高頻變化進行監(jiān)測，可以達到檢測元件故障的目的。

總之，隨著工業(yè)化進程的推進，鋼鐵行業(yè)在推動社會經(jīng)濟發(fā)展方面發(fā)揮了巨大推動作用。而冶煉機械設(shè)備作為鋼鐵行業(yè)生產(chǎn)中一個重要的組成部分，其質(zhì)量關(guān)乎生產(chǎn)的運行質(zhì)量和效率。本文針對其常見的故障診斷方法和處理對策進行了探究，以期為冶煉機械設(shè)備的檢修和維護工作提供參考。

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