狀態(tài)監(jiān)測與故障診斷技術(shù)在軋鋼機械中的應(yīng)用

朱印濤

摘要：現(xiàn)如今，我國是互聯(lián)網(wǎng)發(fā)展的新時期，主要對軋鋼產(chǎn)線重點設(shè)備，如加熱爐風(fēng)機、主電機、齒輪箱等測點選擇、監(jiān)測方法進行探討，并根據(jù)狀態(tài)監(jiān)測技術(shù)對常見故障進行相應(yīng)的診斷與分析。

關(guān)鍵詞：狀態(tài)監(jiān)測技術(shù);軋鋼機械;分析應(yīng)用

引言

近年來，隨著各種先進科學(xué)技術(shù)與機械設(shè)備的有機結(jié)合，使得機械設(shè)備進入了全新的發(fā)展時代，這種復(fù)雜的背景雖然為其提供了良好的發(fā)展環(huán)境，但是同時也給設(shè)備維修行業(yè)帶來了諸多難題。

1測點的選擇

由于某些軋鋼設(shè)備在運行時其轉(zhuǎn)速處于不恒定狀態(tài)中，軋制鋼坯時功率則在空載和滿負荷之間不斷的波動，由于過鋼產(chǎn)生的沖擊，因而可能出現(xiàn)的設(shè)備故障類型也相對較復(fù)雜。為了確保監(jiān)測數(shù)據(jù)具有一定的可比性，形成真實有效的趨勢圖，點檢周期、點檢方式及測點的選擇尤其重要。在測定數(shù)據(jù)時需遵循以下原則進行操作：1）每次采集數(shù)據(jù)時機器的工況需保持一致，并且所使用的采集儀器及測量方法也應(yīng)該保持一致;2）每次采集數(shù)據(jù)時需在同一位置進行采集，這樣不會由于激振源到測點的傳遞函數(shù)不同導(dǎo)致采集的結(jié)果存在差異;3）每次的采集定義應(yīng)相同，通常而言故障響應(yīng)頻率超過1000HZ的振動，其采集數(shù)據(jù)參數(shù)應(yīng)以加速度為主，故障響應(yīng)頻率在100-1000HZ范圍內(nèi)的振動，其采集數(shù)據(jù)參數(shù)應(yīng)以速度為主，故障頻率響應(yīng)在10-100HZ范圍內(nèi)的振動，其采集數(shù)據(jù)參數(shù)應(yīng)以位移為主。在線監(jiān)測的過程中，軋鋼設(shè)備的監(jiān)測效果受測點變化的影響很大，故而在選擇測點時應(yīng)注意：1）測點宜選擇在信號反應(yīng)相對敏感的部位，如機座、軸承座等的承載區(qū)部位;2）測點位置應(yīng)選振動信號傳遞路線最短的部位，以避免中間傳遞介質(zhì)的出現(xiàn);3）應(yīng)強調(diào)測點的方向性，一般情況下振動監(jiān)測的測點多選擇在垂直（V）、水平（H）、軸向（A）三個方向，對于一些頻率較低的振動，更要準確選擇測點的方向;4）像軋鋼機械這樣的大型機械設(shè)備，更容易受到傳遞函數(shù)影響，因此在測振過程中還需進行多點檢測。

2常見故障及診斷方法

2.1數(shù)據(jù)監(jiān)測

軋鋼機械設(shè)備在工作時，對軋件的軋制不連續(xù)進行，轉(zhuǎn)速也不確定，功率也不確定，會在滿負荷和空載中進行波動，導(dǎo)致故障增多，因此，對軋鋼機械設(shè)備進行數(shù)據(jù)監(jiān)測是非常重要的。為了保證監(jiān)測數(shù)據(jù)的準確性，也具有可比性，就要遵循一定的原則，保證所比較的參數(shù)是相同條件下的，確保結(jié)果的準確性。1）監(jiān)測方法目前，對軋鋼機械設(shè)備進行監(jiān)測，所用的儀器一般為巡檢儀和智能軸承檢測儀，利用這兩種監(jiān)測儀對軋鋼機械設(shè)備的重要部位進行嚴格監(jiān)測。首先，要對監(jiān)測點進行合適地選擇，在進行監(jiān)測之前，必須要將監(jiān)測點擦拭干凈，定期對設(shè)備進行監(jiān)測，并嚴格記錄監(jiān)測結(jié)果。在對結(jié)果進行記錄后，繪制出詳細的數(shù)據(jù)振動曲線圖，對振動的變化情況進行跟蹤，當振動值發(fā)生變化時，就表示這個監(jiān)測點出現(xiàn)問題，可能產(chǎn)生故障。2）監(jiān)測區(qū)域的確定在實際生產(chǎn)過程中，要保證準確的傳輸數(shù)據(jù)信號，就必須要選擇準確的監(jiān)測點，監(jiān)測點和被檢測的軋鋼機械設(shè)備之間的信號路徑要盡可能短，并保證在一條直線上，在軋鋼機械設(shè)別的軸承負載區(qū)內(nèi)選擇監(jiān)測點。

2.2不對中故障特征

轉(zhuǎn)子的不對中指的是兩根相互耦合的軸，其中心線不重合，這也是旋轉(zhuǎn)機械的一類常見的典型故障，據(jù)統(tǒng)計旋轉(zhuǎn)機械60%的故障是由轉(zhuǎn)子不對中引起的。把常見的不對中分為平行不對中和角度不對中。其產(chǎn)生的原因包括：初始安裝不對中、地基不均勻下沉、動態(tài)對中不良、軸承間隙改變、基礎(chǔ)變形、、軸彎曲等。轉(zhuǎn)子不對中的故障特征：當轉(zhuǎn)子不對中時會在軸上產(chǎn)生一個附加軸向振動，因此把軸向振動的增大看成轉(zhuǎn)子存在不對中明顯征兆;在頻譜特征方面：平行不對中主要在轉(zhuǎn)子的垂直和水平方向上產(chǎn)生較高幅值的1倍、2倍轉(zhuǎn)頻峰值，角度不對中則表現(xiàn)為同頻振動較為突出，它們的共同點是以轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)頻的2倍頻或4倍頻為主，而且常伴有高次倍頻。在振動相位方面，平行不對中的轉(zhuǎn)子在兩根軸上的徑向振動相位差180°，而角度不對中時聯(lián)軸器的軸向振動相位差180°。

2.3傳感器選擇

監(jiān)測熱軋機械振動信號主要是針對變轉(zhuǎn)速、變負荷、低轉(zhuǎn)速的減速機，反映轉(zhuǎn)軸、齒輪和滾動軸承的故障信號，一般較多使用加速度傳感器。由于軋鋼機械振動故障頻率范圍較寬，特別是由于轉(zhuǎn)速較低，存在較多的低頻成分，而加速度傳感器對低頻振動不敏感，因此，引人測量軸振動的位移傳感器（渦流傳感器）。例如，磨損是軸承最常見的現(xiàn)象，它產(chǎn)生的振動在加速度傳感器上難以清晰分辨，通過采用渦流傳感器，不間斷地測量探頭體與旋轉(zhuǎn)軸之間的相對間隙變化，可以發(fā)現(xiàn)軸承因磨損而發(fā)生的徑向間隙的變化，做到故障的早期診斷。此外，位移傳感器和加速度傳感器的結(jié)合，能夠擴大頻率分析范圍，可以有效地分析可能出現(xiàn)的各種故障頻率成分，并可以通過對比分析，找到故障的真正原因。根據(jù)設(shè)備的結(jié)構(gòu)，安裝了多個傳感器，限于篇幅，具體測點位置不便一一列出，原則上渦流傳感器布置在減速機的輸人和輸出軸，加速度傳感器布置在軸承座剛度較高的地方，并盡可能布置在載荷密度最大的地方，以便盡可能多地獲取軸承外圈本身的振動信號。渦流傳感器和加速度傳感器分別選用lN一081一體化渦流傳感器和As一030加速度傳感器，它們具有體積小，可靠性高，抗干擾能力強等特點。

2.4齒輪箱的振動特征及診斷

齒輪箱是軋鋼機械中較為常見的設(shè)備，是利用齒輪嚙合來傳遞運動和動力的一種機械傳動，其運行的好壞直接影響到整個機組的正常工作。在齒輪箱常見各類故障中，最容易發(fā)生故障就是齒輪失效（斷齒、齒面疲勞、銹蝕、齒面磨損、齒面劃痕等）。假如一對齒輪是理想漸開線形，并且齒輪剛度無窮大，那么這對齒輪在工作嚙合時是不會產(chǎn)生振動的。但由于制造誤差、潤滑、材質(zhì)剛度等影響，新齒輪在嚙合時也會產(chǎn)生一定的振動。當齒輪出現(xiàn)缺陷時，振幅也會增大，也會出現(xiàn)一些新的頻率成分，這些都是齒輪缺陷的特征頻率。齒輪的特征頻率主要有齒輪嚙合頻率、齒輪固有頻率、邊頻帶。對齒輪進行故障診斷最有效方法就是分析齒輪振動頻譜的變化，其次是分析倒頻譜。齒輪故障診斷首先看嚙合頻率幅值的高低;其次是要看嚙合頻率諧波的多少;最后看邊頻帶的成分。

結(jié)語

隨著冶金行業(yè)的發(fā)展，軋鋼機械的自動化程度已達到了一個較高的水平，其結(jié)構(gòu)日益復(fù)雜，而且實際運行過程工況復(fù)雜，具有高溫、高壓、高速等特點。事后維修和計劃維修已經(jīng)很難滿足當下生產(chǎn)對設(shè)備的需求，從經(jīng)濟以及維修價值等方面考慮預(yù)防性維修已經(jīng)成為了當下冶金行業(yè)必須面臨的課題，以振動分析為基礎(chǔ)的狀態(tài)監(jiān)測與故障診斷技術(shù)近年來發(fā)展迅速，其在冶金行業(yè)中的各類風(fēng)機、主電機、軋機齒輪箱、齒輪機座等設(shè)備上都表現(xiàn)出了非常好的實際應(yīng)用效果。

參考文獻

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（作者單位：河鋼承鋼板帶事業(yè)部）