振動分析技術在軋輥磨床故障判斷中的應用

張海南，胡學雄

（上海寶鋼工業檢測公司，上海 200941）

一、振動對于軋輥磨床的危害及預防

對于軋輥磨床而言，振動主要影響軋輥的表面粗糙度，同時也影響尺寸精度和幾何形狀精度。根據振動的來源，一般可分為外部振動和機床自身振動，即主軸旋轉或相對位移時產生的振動。對于外部的振動，通常軋輥磨床廠家在設計時一般采取了磨床基礎均嵌套式結構，即混凝土剛性主體基礎體放置于外層槽形混凝土結構基礎中，二者彼此隔離，以防止水平面內各方向外來振動直接傳給基礎，而垂直方向則采用支承式的方法防振。

對于軋輥磨床自身的振動，成因較為復雜，但通常的外在表現形式都為磨削出的軋輥上出現振痕，有的振痕很明顯，有的卻不容易發現，但上了軋機，會反映在軋制的鋼板上，影響產品質量，因此必須查出振源并加以解決。通常不平衡的砂輪作高速旋轉時，將產生離心力，引起磨床振動，所以一般軋輥磨床都會配有砂輪動平衡裝置。

二、振動在軋輥磨床上產生的常見原因分析

根據經驗可以將產生振動痕跡的原因歸結為：①砂輪主軸間隙過大；②砂輪靜平衡、動平衡不好；③磨削參數不合理；④砂輪硬度太高；⑤砂輪變鈍；⑥工作臺“爬行”；⑦托架（托瓦）接觸不良；⑧頂尖形狀不良；⑨頭架轉動不良。

三、振動診斷在軋輥磨床檢修中的應用

軋輥磨床的磨削特點是工件為質量大、剛度高的軋輥，其轉速較低，精磨用量小。因此振動并不明顯，當振動頻率在10kHz以上時，僅憑手感和耳感無法判斷，因此需要利用測振儀器準確診斷和分析磨削缺陷根源，及時采取正確而經濟的方法消除振動。振動的主要診斷方法有時域診斷、頻域診斷、全息譜診斷、動平衡等。這里的實例采用的是時域診斷，即通過觀察振動信號的時間歷程，對其信號的周期性和隨機性給出定性評價，從而判斷出設備所處的狀態。對于軋輥磨床而言，存在的變量較多，如砂輪直徑、軋輥直徑和材質，軋輥轉速和砂輪轉速等。沒有可參照的絕對標準，但可以通過控制變量的類比法來判別。具體方法就是對設備的同一部位的振動進行定期檢測，以設備正常情況下的值為原始值，根據實測值和原始值的比值是否超過標準來判別設備狀態。

案例分析：寶鋼某冷軋廠HERKULES的數控軋輥磨床型號為WS450-10X5500，加工出的軋輥有輕微振痕，在軋制過程中，在軋輥上的振痕反映在鋼板上。設備人員仔細檢查了軋輥磨床，未見異常。通過修改工藝參數仍舊無法解決，于是用振動診斷方法進行診斷。診斷方法和結果如下。

1.測試儀器

CSI-2130波形分析儀、磁座傳感器。

2.測試說明

6月21日，粗磨工況：頭架轉速35r/min，砂輪直徑888.4mm，砂輪線速度33m/s，軋輥直徑440.55mm。精磨工況：頭架轉速40r/min，砂輪直徑888.4mm，砂輪線速度20m/s，軋輥直徑440.46mm。

7月20日，粗磨工況：頭架轉速35r/min，砂輪直徑907.7mm，砂輪線速度34m/s，軋輥直徑433.57mm。精磨工況：頭架轉速38r/min，砂輪直徑907.7mm，砂輪線速度20m/s，軋輥直徑433.57mm。

3.測點布置

測點的布置如圖1所示。

4.分析數據

測試數據結果見表1、表2。

表1 mm/s

表2 mm/s

5.狀態分析及建議

磨床設備精度高，所以整體振動值小。通過振動波形比對分析：6月21日粗磨時測點3、測點4時域波形平穩，精磨時略有沖擊，不明顯；7月20日測試測點3、測點4粗磨、精磨時時域波形中都存在沖擊成分，頭架每旋轉1周產生兩次沖擊。產生此現象可能的原因是頭架與軋輥連接部件配合間隙偏大或托瓦安裝水平度欠佳。建議檢查頭架與軋輥連接部件配合間隙、托瓦安裝狀態。根據分析結果，仔細檢查床頭箱撥頭內的碟型彈簧，存在一定的變形，更換新的碟型彈簧后，磨削的軋輥振痕消失。軋制生產出鋼板合格。

四、帶振動測量記錄功能的軋輥磨床介紹

由于振動分析如此重要，在POMINI軋輥磨床上安裝在線振測傳感器及相應檢測軟件。這個系統使用高靈敏性寬帶加速振動計和放大器。當磨床正在運轉時，使用這個設備可以實時監測振動頻譜。這個功能允許用戶采集、保存和查閱設定位置和設備周圍振動記錄的頻譜，從而便于維護。而且只需要將安裝在刀架內的振動傳感器拆出，而裝在軋輥磨床上的其他位置進行振動診斷，振動狀態通過軟件的圖表可顯示出來，進而可以判斷比較。利用門檻值功能，可以設定監控項目的門檻值，一旦振動幅度超過所選擇限度的數值，將發送一個信息提示給CNC，而CNC將產生相應的報警功能和報警作用。這就避免了振動量過大對軋輥表面的粗糙度造成影響。

五、結論

振動監測診斷作為一種成熟的無損檢測方法，已被廣泛應用于設備的劣化傾向管理中，可以在不停機不解體的情況下，查找出故障原因。雖然振動診斷的適用性很廣泛，但對于軋輥磨床來說，尤其是在下面三個方面的識別比較有效：①旋轉部件的不平衡。在排除砂輪的不平衡的情況下，對主軸振動進行檢測。特征為振動的頻率等于砂輪回轉的頻率；②扭矩變化。床頭箱側部位特征頻率為和床頭電機回轉的頻率相關的低頻振動；③松動。托架地腳螺栓的松動或托瓦有問題，不僅會產生振痕，在圓度上也會有很大影響。特征為一連串無規則的低頻振動。