振動監(jiān)測在選礦設(shè)備中的應(yīng)用研究

李風(fēng)娟

（萊蕪鋼鐵集團萊蕪礦業(yè)有限公司，山東 濟南 271100）

礦石作為現(xiàn)代工業(yè)生產(chǎn)的重要原材料，選礦的環(huán)節(jié)可以有效地提高礦石的質(zhì)量，因為選礦廠的設(shè)備價格昂貴并且種類固定，一旦發(fā)生了故障后難以確定其問題所在，給正常的生產(chǎn)活動造成了影響。而使用振動監(jiān)測對設(shè)備的頻率變化進行檢測，可以判斷出設(shè)備的故障位置，制定出科學(xué)的維修方案，避免事故的發(fā)生。

1 振動監(jiān)測系統(tǒng)的構(gòu)成

1.1 系統(tǒng)硬件配置

使用無線監(jiān)測器來對數(shù)據(jù)進行采集，其中包含內(nèi)嵌振動加速度傳感器、溫度傳感器、信號采集處理電路。然后將采集的數(shù)據(jù)通過2.4GHz頻段無線傳輸?shù)綗o線監(jiān)測站。無線監(jiān)測站負(fù)責(zé)收集指定管轄區(qū)域內(nèi)所有無線檢測器采集的數(shù)據(jù)，并通過局域網(wǎng)上傳至系統(tǒng)中心服務(wù)器。中心服務(wù)器接收到數(shù)據(jù)后，對其進行一定的處理，系統(tǒng)服務(wù)器采用IBMx3650硬件平臺。該服務(wù)器對處理器性能進行了優(yōu)化，能夠提供雙核或四核計算能力，高級電源管理及矢量校準(zhǔn)冷卻技術(shù)可以幫助降低數(shù)據(jù)中心的電力和冷卻成本。

1.2 系統(tǒng)軟件配置

振動監(jiān)測的系統(tǒng)軟件是基于.NET與B/S結(jié)構(gòu)開發(fā)的web應(yīng)用軟件。軟件配置：操作系統(tǒng)WindowsServer2003；數(shù)據(jù)庫MYSQL；設(shè)備狀態(tài)監(jiān)測管理DX1000。核心為設(shè)備監(jiān)測管理軟件，該軟件主要功能為設(shè)備組態(tài)、設(shè)備診斷、采集參數(shù)設(shè)置、采集數(shù)據(jù)處理、數(shù)據(jù)處理及對外web發(fā)布等。

2 振動監(jiān)測關(guān)鍵步驟

對選礦設(shè)備進行振動監(jiān)測的時候，首先要對設(shè)備正常運轉(zhuǎn)的振動數(shù)據(jù)進行記錄，保證發(fā)現(xiàn)了問題以后有振動對比數(shù)據(jù)，并且要對振動進行實時的觀測，將振動數(shù)據(jù)記錄帶數(shù)據(jù)庫中，滿足對數(shù)據(jù)的長線觀察，最后通過各種數(shù)據(jù)的對比來判斷設(shè)備的運轉(zhuǎn)情況，并且分析設(shè)備在現(xiàn)在的運轉(zhuǎn)趨勢下會不會出現(xiàn)問題，是否需要及時地進行調(diào)整。讓設(shè)備能夠長時間地保持正常工作，對已經(jīng)出現(xiàn)的故障和預(yù)測的故障部件進行及時的維修，對其進行針對性的處理。

2.1 確定振動參數(shù)

為了保證監(jiān)測震蕩數(shù)據(jù)的準(zhǔn)確性，需要通過多點采集的方式來進行數(shù)據(jù)整合，其中包含對位移、速度、質(zhì)點加速度等數(shù)據(jù)的記錄，通過記錄裝置將這些數(shù)據(jù)采集下來，保證振動參數(shù)的可靠性。一般來說，當(dāng)振動頻率在10～1000Hz，低于此范圍時，速度控制更方便，通常用于視覺位移測量，更精確的加速度測量高于這個范圍。此外，還應(yīng)注意齒輪、滾動軸承等關(guān)節(jié)部位，這些地方的加速度變化更加得明顯，在運作的過程中更容易受到磨損，所以要進行重點的檢測。

2.2 確定監(jiān)測點

在監(jiān)測的時候，要選擇一個有效的檢測點才能夠保證數(shù)據(jù)的準(zhǔn)確性，一般在采集的過程中，會選擇距離振動點或者器械脆弱點跟進的位置，并且監(jiān)測點距離振動源越近采集的數(shù)據(jù)就越準(zhǔn)確，一般來說，最好的采集點都是在軸承的附近，監(jiān)測數(shù)據(jù)不會受到其他零部件振動的影響，采集的數(shù)據(jù)也更加穩(wěn)定，以大型球磨機為離子，在采集數(shù)據(jù)的時候，一般選擇圓周和輪廓作為數(shù)據(jù)采集點。

2.3 確定監(jiān)測周期

剛剛獲得的數(shù)據(jù)有著更高的利用價值，但是長時間的監(jiān)測效率低下，會浪費大量的資源，另一方面，磨損過程往往比較緩慢，短時間內(nèi)不會出現(xiàn)過大的磨損，因此我們需要確定最合適的監(jiān)測周期。通常，當(dāng)設(shè)備運行平穩(wěn)時，測試周期可設(shè)置為兩周或更長時間，但在運行狀態(tài)不穩(wěn)定的情況下，監(jiān)測的周期需要適當(dāng)?shù)目s短。一般在剛剛維修后，或者數(shù)據(jù)已經(jīng)出現(xiàn)了一定異常后，都需要縮短監(jiān)測的周期。

2.4 收集和處理振動數(shù)據(jù)

在完成了收集數(shù)據(jù)的各種準(zhǔn)備后，就可以開始對各種數(shù)據(jù)的采集，員工在采集的過程中需要對多種采集數(shù)據(jù)進行預(yù)處理，通過簡單的分析先大概判斷設(shè)備的運行情況是否穩(wěn)定，之后再通過更加細(xì)致的振動分析來確認(rèn)機械的工作情況，其中包括時域分析、頻譜分析等。因為不同的分析方法都有著相應(yīng)的側(cè)重點，所以在分析的時候，要結(jié)合多種分析方法得出的結(jié)論來判斷機械的運行情況，常見的故障有連接脫落、對中不穩(wěn)、松動、軸承失效、碰撞等問題，在振動數(shù)據(jù)上都會有所體現(xiàn)，通過對不同分析方法的結(jié)合，更好地方便后期的維修處理。

3 振動信號分析

通過振動監(jiān)測技術(shù)對選礦設(shè)備進行信號監(jiān)測，采集的原始信號一般都是呈現(xiàn)時域波形。如果是沒有出現(xiàn)故障的情況下，波動的振幅比較小，波動整體較為穩(wěn)定。當(dāng)選礦設(shè)備出了故障后，收集的振動信號會呈現(xiàn)出很明顯的波動，通過對波動形態(tài)的分析，可以初步地判斷故障的原因，所以要對出現(xiàn)的故障振動進行記錄，以便后續(xù)出現(xiàn)故障后可以根據(jù)對振動模式的對比分析快速找出選礦設(shè)備在運行中出現(xiàn)的問題，通過提前準(zhǔn)備問題預(yù)案，短時間內(nèi)處理發(fā)生的問題。

3.1 信號頻域分析

因為機器的類型有著很大的區(qū)別，所以在出現(xiàn)了故障后，產(chǎn)生的振動頻率會因為機器的類型與故障不同而產(chǎn)生較大的區(qū)別，所以可以通過對震動信號頻率、振幅等信息進行分析，初步地推斷出機器在運行中出現(xiàn)不良震動的原因，方便后續(xù)的修理維護。其中頻譜分析是一種很關(guān)鍵的振動信號分析方法，通著這種信號分析方可以對不同的部件振動進行分析，將不同的振動模式對應(yīng)在不同的故障部件上，通過對振動的各種數(shù)據(jù)進行分析，排查出具體是哪個部件在運行的過程中出了問題，推測出其故障的程度。但是，在實際的應(yīng)用中，因為一旦出現(xiàn)了故障的情況，往往是多個故障并行，導(dǎo)致振動頻率混雜，并且與故障零件相連的固件也會因為出現(xiàn)的問題一起振動，這樣通過振動來判斷零件的故障就有著很高的難度，為了讓最后的判斷能夠得到正確的結(jié)果，需要將該機械在運行過程中所出現(xiàn)的所有故障振動模式進行比對，找出真正的故障原因。

3.2 信號階次分析

為了保證能夠更加準(zhǔn)確地判斷振動信號，得出正確的故障問題，需要對多種故障的振動信號進行采樣，將這些數(shù)據(jù)統(tǒng)一收集到一起，根據(jù)模擬的故障問題與振動綁定，然后經(jīng)過對振動信號的特點進行比對，找出不同故障信號的特點并進行記錄，幫助后續(xù)的故障排查，因為選礦設(shè)備在運作的過程中大多有著很高的運轉(zhuǎn)速度，所以使用階次分析工具對進行振動信號的采樣，得到更穩(wěn)定準(zhǔn)確的振動數(shù)據(jù)。

使用周期采樣的方法來進行數(shù)據(jù)的采集，通過在運轉(zhuǎn)的周期之內(nèi)選擇幾個固定的時間點作為采樣點，保證采集的數(shù)據(jù)準(zhǔn)確度，然后使用階次分析工具對其進行數(shù)據(jù)的采樣，如果采集到的數(shù)據(jù)包含了該點，那么就可以直接將該點的數(shù)據(jù)保留下來。如果采集到的數(shù)據(jù)并沒有包含采樣點，那么要根據(jù)采集的時刻對其進行數(shù)據(jù)分析，彌補數(shù)據(jù)在采集上出現(xiàn)的缺陷。

因為許多的設(shè)備在一起工作的時候會互相產(chǎn)生影響，其運轉(zhuǎn)的速度也會因為互相的影響產(chǎn)生一定的改變，為了讓此類設(shè)備的頻率能夠符合分析的特殊要求，讓最后的分析數(shù)據(jù)有著更高的真實性與準(zhǔn)確性，那么可以選用周期采樣技術(shù)，通過繪制的方法把轉(zhuǎn)速的階次以橫坐標(biāo)做成頻譜圖，這個方法的好處在于可以清晰地把轉(zhuǎn)速的階次表示在頻率的軸上，階次的頻率位置始終保持不變，給對比分析帶來了很大的便利，提高了對震動信號的分析準(zhǔn)確性與科學(xué)性。

3.3 趨勢分析

通過對振動的分析不僅可以排除掉設(shè)備出現(xiàn)的故障，還可以對設(shè)備的使用壽命進行一定的預(yù)測，對即將出現(xiàn)的一些問題進行提前的防范。振動分析故障的診斷是通過對振動狀態(tài)的長期觀測，發(fā)現(xiàn)其運作狀態(tài)不斷劣化的曲線來對其使用壽命進行預(yù)測。在預(yù)測的時候，首先要調(diào)查好各個設(shè)備的運轉(zhuǎn)特性，經(jīng)過長時間的使用后振動會產(chǎn)生怎樣的變化，當(dāng)振動曲線到達(dá)什么樣的水平后設(shè)備將不能夠繼續(xù)使用。將礦場的若干重大設(shè)備作為振動趨勢分析的獨享，通過對各個設(shè)備不懂的特性與振動頻譜的狀態(tài)進行多次的抽樣，將抽樣結(jié)果進行整理分析之后，建立起設(shè)備振動檢測數(shù)據(jù)檔案。在檔案中將設(shè)備的編號、檢測位置、檢測時間、運作狀態(tài)、不同轉(zhuǎn)速和不同檔位下的振動頻譜特征進行有效的記錄，并對其進行頻譜的分析。在設(shè)備出現(xiàn)問題后，可以直接利用設(shè)備振動檢測數(shù)據(jù)檔案中記錄的數(shù)據(jù)對其進行比對分析，將正常的數(shù)據(jù)作為分析基礎(chǔ)，找出設(shè)備的那個部位因為出現(xiàn)了故障而產(chǎn)生了異常的振動，并且在振動檢測數(shù)據(jù)檔案中記錄下不同故障的處理辦法，快速地采取方案對其進行有效的維修。

4 應(yīng)用實例

轉(zhuǎn)子不平衡、軸心位移大以及軸承嚴(yán)重磨損等故障問題發(fā)生時，均會引起運行中的選礦設(shè)備出現(xiàn)異常振動，隨著故障問題嚴(yán)重程度，其振動變化愈加劇烈。通過對運行中的選礦設(shè)備進行振動監(jiān)測，分析與對照振動變化情況，可幫助現(xiàn)場作業(yè)人員盡早發(fā)現(xiàn)選礦設(shè)備故障隱患，及時進行處理，確保選礦設(shè)備安全、穩(wěn)定運行。

4.1 鼓風(fēng)機設(shè)備振動監(jiān)測

鼓風(fēng)機作為開展選礦作業(yè)的重要設(shè)備之一，其中運行條件、日常維護以及安裝規(guī)范等因素均會導(dǎo)致運行過程中的鼓風(fēng)機出現(xiàn)故障問題，且故障類型多樣，若無法及時解決設(shè)備故障問題，不僅會引發(fā)嚴(yán)重設(shè)備事故，造成不必要的人員傷亡，也會阻礙選礦作業(yè)順利開展。一般情況下，大部分選礦設(shè)備在運行過程中發(fā)生故障或者運行前已經(jīng)存在故障，在運行時會有著明顯的振動現(xiàn)象，技術(shù)人員可利用這一特性，對處于運行狀態(tài)下的選礦設(shè)備進振動監(jiān)測，詳細(xì)記錄振動監(jiān)測數(shù)據(jù)，對比正常選礦設(shè)備運行狀態(tài)，以此來判斷選礦設(shè)備是否存在故障問題?；诖耍怨娘L(fēng)機設(shè)備振動監(jiān)測為例，通過監(jiān)測該設(shè)備實際振動情況，對其故障進行診斷，具體操作如下：

（1）鼓風(fēng)機由電動機、風(fēng)機等其他幾個關(guān)鍵部件構(gòu)成，其中電動機與風(fēng)機是支撐鼓風(fēng)機正常運行及效能發(fā)揮的重要構(gòu)件，二者正常工作轉(zhuǎn)速均為每分鐘1000轉(zhuǎn)。為了精準(zhǔn)掌握鼓風(fēng)機設(shè)備運行狀態(tài)，并提升設(shè)備運行穩(wěn)定性與安全性，在此基礎(chǔ)上制定振動監(jiān)測計劃。

（2）基于振動監(jiān)測計劃，對鼓風(fēng)機設(shè)備開展振動測試，通過分析振動監(jiān)測數(shù)據(jù)，發(fā)現(xiàn)該設(shè)備在運行時，其電機會沿著水平方向振動和位移，且振動速度較快，而加速度振幅卻相對較小。對照規(guī)定的振動速度標(biāo)準(zhǔn)，可基本確定鼓風(fēng)機的電機存在故障隱患，該故障隱患已經(jīng)存在較常的時間。

結(jié)合頻譜上所顯示的電機驅(qū)動端水平與垂直方向的振動速度信息，對電機回轉(zhuǎn)頻率進行計算，計算公式為：，監(jiān)測點所對應(yīng)頻譜顯示的其他方向振動速度為16.5625Hz，兩組數(shù)據(jù)相對接近；其中電機軸承故障特征頻率并未在頻譜上表現(xiàn)出來。當(dāng)設(shè)備存在故障隱患時，頻譜上所顯示的振動頻率與正常設(shè)備運行時的振動頻率有著明顯差異，特別是電機發(fā)生不平衡故障問題。

（3）在明確電機振動位移方向的前提下，并結(jié)合頻譜上顯示的信息與電機驅(qū)動端軸心軌跡特點，判斷電機有不平衡故障隱患存在。針對電機不平衡故障問題，技術(shù)人員可更改原有設(shè)備振動監(jiān)測周期，實時監(jiān)測設(shè)備振動頻率變化，一旦發(fā)現(xiàn)振動異常，對其立即進行檢修，以此來達(dá)到規(guī)避電機不平衡故障現(xiàn)象出現(xiàn)。另外，當(dāng)電機設(shè)備長期在不平衡故障隱患的條件下運行，極易加劇設(shè)備劣化，并會引發(fā)其他故障發(fā)生，因此，應(yīng)提升對設(shè)備振動監(jiān)測重視程度，做好日常檢修與維護工作，降低故障隱患發(fā)生概率，從根本上保障設(shè)備運行安全，為選礦作業(yè)高效率開展提供強力支撐。

4.2 球磨機設(shè)備振動監(jiān)測

正常運行狀態(tài)下的球磨機轉(zhuǎn)速為200轉(zhuǎn)/分鐘，功率為6000kW，處于長期運行狀態(tài)的球磨機，自身振動頻率和速度均會產(chǎn)生一定變化。對球磨機開展振動監(jiān)測，通過監(jiān)測該設(shè)備實際振動情況，對其故障進行診斷，具體操作如下：

（1）選擇齒輪振動速度值高的設(shè)備作為判斷球磨機齒輪是否處于正常狀態(tài)的輔助測試工具。球磨機的電機及齒輪軸的轉(zhuǎn)速均為200轉(zhuǎn)/分鐘，計算轉(zhuǎn)動頻率，計算公式為：，齒輪間隔為69.93Hz。頻譜中所顯示的頻率信息與球磨機齒輪的頻率二者數(shù)據(jù)相近，其中小齒輪的轉(zhuǎn)動頻率存在異常情況，通過分析與對照球磨機齒輪時鐘頻率數(shù)據(jù)，發(fā)現(xiàn)存在微小諧波現(xiàn)象。因此，判斷球磨機的小齒輪存在一定程度的磨損問題，磨損過于嚴(yán)重是導(dǎo)致球磨機齒輪振動劇烈的主要因素。

（2）針對球磨機的小齒輪磨損問題，除了日常振動監(jiān)測，也要詳細(xì)記錄球磨機齒輪劇烈振動頻率，小齒輪振動頻率越高、速度值越大，說明內(nèi)部磨損越嚴(yán)重。需要及時更換磨損嚴(yán)重的小齒輪，同時做好相應(yīng)潤滑處理，減少設(shè)備故障發(fā)生。

5 結(jié)語

綜上所述，振動監(jiān)測技術(shù)是一種高效的故障診斷方法，在選礦設(shè)備上使用可以有效地提高對故障的檢測力度。并且還可以判斷出設(shè)備的故障位置和故障程度，減少維修所使用的時間與資源。目前，振動診斷技術(shù)還在發(fā)展的過程中，還需要對各方面的技術(shù)進行進一步的研究，才能為企業(yè)的生產(chǎn)提供更多的幫助。