狀態(tài)監(jiān)測(cè)技術(shù)在棒材軋制線上的應(yīng)用

韓瞧，徐長慶，郭景生

（遼寧冶金職業(yè)技術(shù)學(xué)院，遼寧本溪117000）

狀態(tài)監(jiān)測(cè)技術(shù)在棒材軋制線上的應(yīng)用

韓瞧，徐長慶，郭景生

（遼寧冶金職業(yè)技術(shù)學(xué)院，遼寧本溪117000）

在棒材軋制線上應(yīng)用狀態(tài)監(jiān)測(cè)與故障診斷技術(shù)，及時(shí)發(fā)現(xiàn)故障，精準(zhǔn)確定故障位置、故障原因，給出科學(xué)合理的維修建議，避免設(shè)備發(fā)生重大事故，減少故障停機(jī)，降低維修費(fèi)用，保證設(shè)備安全、經(jīng)濟(jì)、可靠運(yùn)行。

狀態(tài)監(jiān)測(cè)；故障診斷；棒材軋制線率

0 概述

某鋼鐵企業(yè)的棒材生產(chǎn)線以連續(xù)式方式布置粗軋、中軋、精軋軋機(jī)。軋機(jī)主傳動(dòng)采用全數(shù)字式PLC控制，粗、中軋采用微張力連軋，中軋、精軋中間有一側(cè)活套，精軋機(jī)組每架軋機(jī)之間均有立活套，形成無張無扭軋制。該生產(chǎn)線高速化、自動(dòng)化、連續(xù)化程度較高，許多故障很難靠人的感官發(fā)現(xiàn)，而且有些設(shè)備精密復(fù)雜，不允許隨便解體檢查；因設(shè)備突發(fā)性事故造成的損失大，設(shè)備的維修成本占總生產(chǎn)成本的比例大。保證設(shè)備連續(xù)、可靠運(yùn)行的關(guān)鍵就是設(shè)備故障的早期發(fā)現(xiàn)與排除，實(shí)施狀態(tài)監(jiān)測(cè)是發(fā)現(xiàn)設(shè)備早期故障的有效措施，棒材生產(chǎn)線的狀態(tài)監(jiān)測(cè)主要是監(jiān)測(cè)軋機(jī)主傳動(dòng)系統(tǒng)的電機(jī)、減速機(jī)。

1 狀態(tài)監(jiān)測(cè)技術(shù)的應(yīng)用

1.1 監(jiān)測(cè)點(diǎn)布置

精軋軋機(jī)傳動(dòng)主系統(tǒng)由電機(jī)、聯(lián)軸器、減速機(jī)、齒輪箱組成，主要監(jiān)測(cè)部位是電機(jī)及減速機(jī)共計(jì)5個(gè)位置，在線布置7個(gè)振動(dòng)測(cè)點(diǎn)，分別對(duì)電機(jī)、減速機(jī)軸承、齒輪及軸進(jìn)行監(jiān)測(cè)，監(jiān)測(cè)點(diǎn)布置如圖1所示。

1.2 棒材軋制線精軋軋機(jī)傳動(dòng)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)參數(shù)

在進(jìn)行診斷分析之前對(duì)精軋軋機(jī)傳動(dòng)系統(tǒng)各級(jí)齒輪及軸承的嚙合頻率、齒數(shù)、轉(zhuǎn)速等參數(shù)進(jìn)行計(jì)算，以比對(duì)后期形成的頻譜圖所形成的各種頻率等參數(shù)。表1為電機(jī)轉(zhuǎn)速862 r/min時(shí)各軸轉(zhuǎn)頻及各級(jí)嚙合頻率。

1軸電機(jī)側(cè)和軋線側(cè)軸承型號(hào)23226，軋線側(cè)支撐軸承型號(hào)22228，2軸電機(jī)側(cè)軸承型號(hào)和軋線側(cè)軸承型號(hào)24040C，轉(zhuǎn)頻及特征參數(shù)見表2。

圖1 精軋機(jī)組傳動(dòng)系統(tǒng)監(jiān)測(cè)點(diǎn)布置示意圖

表1 軸轉(zhuǎn)頻和嚙合頻率Hz

表21 軸轉(zhuǎn)頻、2軸轉(zhuǎn)頻和軸承特征參數(shù)

1.3 數(shù)據(jù)采集

利用精密點(diǎn)檢儀器對(duì)測(cè)點(diǎn)位置進(jìn)行數(shù)據(jù)采樣，根據(jù)以往經(jīng)驗(yàn)，分別設(shè)置3組測(cè)量定義，分別是加速度［8k加速度波形（2-5k）］；速度［4k速度波形（2-1k）］和位移［4k位移波形（2-1k）］，采集結(jié)果見表3。

1.4 數(shù)據(jù)分析

（1）總值趨勢(shì)分析。根據(jù)表3數(shù)據(jù)，軋機(jī)在空載工況下，減速機(jī)1軸電機(jī)側(cè)軸承3A處振幅明顯偏大，速度值6.79 mm/s,可能原因是軸承元件損傷，需要進(jìn)一步的波譜分析。

（2）頻譜分析。頻譜（圖2）顯示，振動(dòng)能量主要集中在減速機(jī)3A方向121.3 Hz，158.8 Hz，129.4 Hz，加速度幅值較小，減速機(jī)3H方向振動(dòng)較小，無高頻能量。

3A振動(dòng)大，主要能量158 Hz是1軸轉(zhuǎn)頻的11倍左右，可能是23226C（19），22228（19）的內(nèi)圈特征頻率。121 Hz可能是外圈、2軸的嚙合頻率，需要提高分辨率，采集長波形區(qū)分121 Hz。

（3）時(shí)域波形顯示有顯著的低頻調(diào)制現(xiàn)象（4）長波形分析。長波形見圖3。

表3 設(shè)備數(shù)據(jù)采集列表

圖2 頻譜分析圖

圖3 長波形圖

將長波形進(jìn)行包絡(luò)解調(diào)后，去掉不相干的信息及數(shù)據(jù)后，各個(gè)階段都顯示了精確穩(wěn)定的頻率特征。

2 診斷結(jié)論

該精軋機(jī)組傳動(dòng)系統(tǒng)減速機(jī)曾經(jīng)出現(xiàn)過1軸2228軸承滾動(dòng)體點(diǎn)蝕，更換1軸全部軸承。且由于2軸軸承間隙過大，因此有點(diǎn)蝕存在，更換過全部軸承。在進(jìn)行狀態(tài)監(jiān)測(cè)時(shí)，發(fā)現(xiàn)減速機(jī)輸入1軸軸向振動(dòng)速度達(dá)6.79 mm/s，連續(xù)跟蹤采集數(shù)據(jù)振幅不穩(wěn)定，空載時(shí)振動(dòng)速度值大，軋鋼時(shí)振動(dòng)速度值小。

2.1 數(shù)據(jù)分析結(jié)論

（1）158 Hz是軸承內(nèi)圈信號(hào)，帶有邊帶的結(jié)構(gòu)是轉(zhuǎn)頻14.375 Hz，磨損特征主要損傷是內(nèi)圈。

（2）104 Hz是滾動(dòng)體的2倍通過頻率，包絡(luò)解調(diào)顯示了非常清晰的無固定中心頻率的保持架邊帶結(jié)構(gòu)：△f=-6.25 Hz；是保持架刮擦的特征。

（3）121 Hz是2級(jí)嚙合特征，邊帶是2軸轉(zhuǎn)頻，2軸齒輪嚙合不良。

2.2 原因分析與劣化模式

軸軸承內(nèi)圈損傷，振幅不穩(wěn)定和轉(zhuǎn)子的位置、軸承負(fù)荷區(qū)域有關(guān)，顯示了非定位軸承外圈不能自由滑動(dòng)，是導(dǎo)致軸承故障的內(nèi)因。軸承受到的軸向力是進(jìn)出兩側(cè)的聯(lián)軸器磨損和嚙合的斜齒輪產(chǎn)生。單純的軸向力和不滑動(dòng)的外圈結(jié)合起來會(huì)導(dǎo)致滾動(dòng)體、內(nèi)圈的單列剝落。軸承內(nèi)圈損傷后，在負(fù)荷和非負(fù)荷工藝狀態(tài)下振動(dòng)的差異很大，并且經(jīng)過一段時(shí)間，軸承滾動(dòng)體、外圈將損傷，最終損傷保持架。

2.3 設(shè)備故障分析

通過以上分析，確定該故障屬于軸向定位不良導(dǎo)致的軸承早期單側(cè)剝落的漸進(jìn)性故障類型。

2.4 維修建議

檢查1軸軸承酌情更換，檢查兩個(gè)非定位軸承的外圈痕跡，外圈和座孔接觸痕跡，研磨，使得外圈可以自由滑動(dòng)。檢查減速機(jī)和電機(jī)聯(lián)軸器的聯(lián)軸器情況，酌情更換。

3 診斷驗(yàn)證

下線解體檢查發(fā)現(xiàn)1個(gè)軸承保持架斷裂，滾動(dòng)體剝落較為嚴(yán)重，2軸的1個(gè)小齒輪斷齒，如圖4~圖6所示，與診斷分析完全吻合。

狀態(tài)監(jiān)測(cè)在棒材軋制線故障診斷中的應(yīng)用能及時(shí)發(fā)現(xiàn)故障，精準(zhǔn)確定故障位置、故障原因，給出科學(xué)合理的維修建議，避免設(shè)備發(fā)生重大事故，減少故障停機(jī)，降低維修費(fèi)用，保證設(shè)備安全、經(jīng)濟(jì)、可靠運(yùn)行。

圖4 軸承的保持架斷裂

圖5 滾動(dòng)體剝落較為嚴(yán)重

圖6 2軸的小齒輪斷齒

［1］張鍵．機(jī)械故障診斷技術(shù)第2版[M]．北京：機(jī)械工業(yè)出版社，2014.

［2］楊國安．齒輪故障診斷實(shí)用技術(shù)第1版[M]．北京：中國石化出版社，2012.

〔編輯 李波〕

TG335.6

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10.16621/j.cnki.issn1001-0599.2017.01.41