SPM高清沖擊脈沖技術(shù)在軋線設(shè)備狀態(tài)監(jiān)測的應(yīng)用研究

孟凡朋，劉瑞松，胡立新

（山東萊鋼永鋒鋼鐵有限公司，山東 濟南 250102）

據(jù)統(tǒng)計，11%的設(shè)備故障與設(shè)備的年限壽命有關(guān)，剩余89%均是隨機產(chǎn)生。隨著鋼鐵行業(yè)快速發(fā)展，很多企業(yè)意識到設(shè)備管理變革，從故障式維修轉(zhuǎn)變?yōu)轭A(yù)防性維修管理，降低設(shè)備故障率穩(wěn)定生產(chǎn)運行，但與此同時帶來的是備品備件儲備庫存金額增長，維修費用增加。隨之設(shè)備點檢、維護人員增多，能及早的發(fā)現(xiàn)設(shè)備隱患，進行設(shè)備維保，避免故障停機，達到冶金機械設(shè)備狀態(tài)監(jiān)測維修，延長設(shè)備壽命達到降低設(shè)備維修費用，提高點檢人員實效性。

1 高清沖擊脈沖法是一種專業(yè)的軸承測試技術(shù)

1.1 高清沖擊脈沖的核心指標(biāo)HDm、HDc（如圖1）

圖1

HDi 軸承全壽命狀態(tài)尺度起始狀態(tài)值。

HDSV軸承全壽命狀態(tài)尺度絕對沖擊水平值。

HDm軸承全壽命狀態(tài)尺度絕對沖擊水平值扣除軸承全壽命狀態(tài)尺度起始狀態(tài)值。

HDn表面粗糙度引起的弱沖擊脈沖值最大值。

HDc 表面缺陷引起的強沖擊脈沖最大值。

HDm/HDc技術(shù)對軸承故障的評判（如圖2）。

圖2

HDm—低發(fā)生率，最大值；HDc—高發(fā)生率，1000次/秒。

軸承狀態(tài) = HDm-HDc。

標(biāo)準(zhǔn)沖擊能量（HDn）：

正常狀態(tài)，0≤HDn≤20dB，軸承工作良好

注意狀態(tài)，20≤HDn≤35dB，軸承有初期損傷

正常狀態(tài)，35≤HDn≤60dB，軸承有明顯損傷

1.2 SPMHD高清沖擊脈沖技術(shù)應(yīng)用

SPMHD高清沖擊脈沖技術(shù)專注滾動軸承的精確檢測和診斷，排除無關(guān)振動信號干擾，軸承故障的預(yù)警期較其他監(jiān)測方法可提高60～90天。

振動監(jiān)測是設(shè)備狀態(tài)監(jiān)測最基礎(chǔ)最重要的組成部分，能夠監(jiān)測振動量值的大小和引起振動的原因，如動平衡、松動、聯(lián)軸器對中、共振等；也能通過共振解調(diào)（包絡(luò)）技術(shù)對滾動軸承做診斷。但僅僅依靠振動傳感器所做的共振解調(diào)（包絡(luò)）對滾動軸承進行故障診斷是有一定誤診概率的。除了不能很準(zhǔn)確的對軸承故障的嚴(yán)重程度、潤滑狀態(tài)做出判斷之外，還經(jīng)常會誤診、漏診，這是由單純振動傳感器的技術(shù)特性和設(shè)備干擾信號影響等因素所決定了的。采用SPM的SPMHD沖擊脈沖技術(shù)實現(xiàn)對滾動軸承中前期故障做出精確的診斷，如圖3所示。

圖3

SPM的滾動軸承監(jiān)測技術(shù)得到全世界高度認(rèn)可，像全球知名的ABB、SIEMENS、FLENDER、Ahlstrom、Atlas等數(shù)十家設(shè)備制造商，他們均采用SPM 的沖擊脈沖軸承監(jiān)測技術(shù)對其產(chǎn)品進行檢測，并把沖擊脈沖監(jiān)測方法融入到了產(chǎn)品設(shè)計之中，出廠的產(chǎn)品中均安裝有沖擊脈沖測試適配器、沖擊脈沖傳感器或SPM 在線監(jiān)測系統(tǒng)。

SPMHD高清沖擊脈沖技術(shù)能夠?qū)⑵谕@得的軸承信號從復(fù)雜的背景噪聲中區(qū)分出來，經(jīng)提取和增強，從而得到一個清晰的一覽無余的軸承狀態(tài)信息。采用SPMHD測量，可獲得軸承狀態(tài)值HDm/HDc、HD 時域波形（SPM Time Signal HD）和HD 頻譜（SPM Spectrum HD）—用SPMHD 時域波形（SPM Time Signal HD）分析軸承故障根源，通過這樣的時域信號，即使不知道軸承的型號，也能對軸承做出分析，因為軸承每個部件均有其各自不同的時域特征,如圖4所示。

圖4

也可以通過HD 頻譜（SPM Spectrum HD）精確診斷軸承故障，如果我們知道軸承型號和轉(zhuǎn)速，則可以通過沖擊脈沖高清頻譜（HD頻譜）精確診斷軸承故障，高清的沖擊脈沖頻譜，一看便知是軸承的外圈故障。如下圖5所示。

圖5

高清沖擊脈沖SPMHD技術(shù)也給出了超低轉(zhuǎn)速的軸承監(jiān)測問題，它突破了轉(zhuǎn)速極限，能測量貫穿1～20000rpm 轉(zhuǎn)速范圍的軸承狀態(tài)。解決了變速、超低轉(zhuǎn)速時的監(jiān)測難題。

案例：軸承內(nèi)圈損傷軸承型號：22330，BPFO=6.18，BPFI=8.82，轉(zhuǎn)速：9.8rpm

圖6

由此可見，采用SPMHD 軸承監(jiān)測技術(shù)，軸承的全壽命狀態(tài)都將清晰地展現(xiàn)出來，包括：損傷程度、潤滑、損傷部位等，讓我們了如指掌，還能夠?qū)崿F(xiàn)軸承故障預(yù)警期平均能達3～6 個月以上。因此，SPMHD 技術(shù)是非常有效和可靠的，完全背得起“可靠性維修技術(shù)”的美名。

2 沖擊脈沖診斷案例分析（一）

山東萊鋼永鋒鋼鐵有限公司高速線材18#錐箱2019年4月份出現(xiàn)報警信息，從頻譜圖上分析癥狀：

（1）沖擊脈沖頻譜中出現(xiàn)7222軸承軸承內(nèi)環(huán)故障頻率，且出現(xiàn)諧波及1X邊帶；

（2）沖擊脈沖值達到28-32HDsv，達到報警值，頻譜縱坐標(biāo)已達到700HDesv，判斷軸承故障已肉眼可見；

（3）時域波形中出現(xiàn)明顯的“山”字型，出現(xiàn)了典型的軸承內(nèi)環(huán)故障波形，判斷為18#錐箱1軸7222軸承內(nèi)環(huán)點蝕，建議檢查（如圖7）。

圖7 沖擊脈沖頻譜

5月9日組織定修下線，減速機開箱拆解后確認(rèn)軸承內(nèi)環(huán)出現(xiàn)點蝕坑（如圖8）。

圖8 軸承內(nèi)環(huán)點蝕

3 沖擊脈沖診斷案例分析（二）

我廠5#減速機通過對檢測數(shù)值趨勢進行跟蹤，通過幅值趨勢數(shù)據(jù)變化，能夠良好的反饋出設(shè)備運轉(zhuǎn)狀態(tài)（如表1所示）。

表1

6月 16 150 2.57 5月 8 50 1.38 4月 6 60 1.5 3月 6 16 1.4 2月 0 12 3.68 1月 -16 1.8 0.87

（1）2020年1月檢測5#減速機一軸，沖擊脈沖值-16、HDSV幅值1.8、振動值0.87mm/s，軸承運轉(zhuǎn)狀態(tài)非常良好，至5月份處于早期（如圖9）。

圖9 5月份沖擊脈沖頻譜圖

（2）6月份開始沖擊脈沖、HDsv幅值上升較為明顯。

（3）9月份沖擊脈沖值已達到18，快到20預(yù)警線，HDSV幅值已達到400，（如圖10）達到檢測預(yù)警線，浮現(xiàn)出隱患信號，軸承狀態(tài)逐漸進入劣化趨勢。

圖10 9月份沖擊脈沖頻譜圖

進入10月份沖擊脈沖值達25，HDsv幅值上升到800（如圖11），結(jié)合產(chǎn)線長停時間檢修列入修復(fù)計劃，對5#減速機下線解體，對減速進行狀態(tài)維修檢測驗證，確認(rèn)為軸承外環(huán)磨損（如圖12）。

圖11 10月沖擊脈沖

圖12 軸承外環(huán)磨損

4 結(jié)語

以上兩起案例，通過沖擊脈沖輸入輸出的信號處理，數(shù)據(jù)分析比對，比以往采用的振動分析方法要更早期發(fā)現(xiàn)軸承隱患，實現(xiàn)劣化趨勢跟蹤，且判斷準(zhǔn)確率大大提高。這正是現(xiàn)代設(shè)備點檢管理至關(guān)重要的點檢方式，實現(xiàn)時時采集數(shù)據(jù)分析，不僅可以提高點檢實效性，提高隱患浮現(xiàn)準(zhǔn)確率，也可使設(shè)備維保具有預(yù)見性。

我們也正是以此為基礎(chǔ)，一是對設(shè)備點檢方式進行優(yōu)化，對點檢人員設(shè)備點檢周期從每天1次優(yōu)化為每周1次離線檢測，并根據(jù)監(jiān)測系統(tǒng)報警狀態(tài)，利用定修組織人員實施靜態(tài)點檢驗證報警點設(shè)備運行狀態(tài)，針對性的實施點檢計劃。二是設(shè)備劣化趨勢跟蹤讓實施機器檢測的點檢人員了解其工作的目的，并讓操作、生產(chǎn)、采購等部門理解和達成共識，通過觀念改變，共同實現(xiàn)冶金機械設(shè)備精準(zhǔn)監(jiān)測維修。