基于無線振動監(jiān)測技術在選礦球磨機中的應用

馬永亮

（江西銅業(yè)股份公司 城門山銅礦，江西 九江 332100）

1 前言

球磨機是選礦工藝中應用非常廣泛且十分重要的設備。這樣的關鍵設備一旦發(fā)生故障后，常常因為對故障的估計不足，沒有制定出好的維修策略，往往會給生產帶來嚴重的影響，使企業(yè)蒙受較大的經濟損失。因此，如何能在設備故障的早期就能及時發(fā)現(xiàn)、通過跟蹤故障的發(fā)展變化過程，并科學的制定出維修策略，避免事故的發(fā)生是企業(yè)所要解決的一個難題。

當機械設備內部發(fā)生異常時，往往會出現(xiàn)振動的大小及其性質的變化。所以，根據對振動信號的測量和分析，可以實現(xiàn)在不停機、解體的條件下對設備劣化程度和故障原因的有效判斷[1]。同時，基于無線監(jiān)測技術具有現(xiàn)場施工免布線和后期易維護的優(yōu)點，可解決選礦球磨機生產環(huán)境復雜多樣以及粗放的維修作業(yè)方式等不利情況。故選用無線振動監(jiān)測技術來對選礦球磨機的運行狀態(tài)進行監(jiān)測。通過安裝在設備上（軸承等關鍵部位）的無線監(jiān)測器對設備的振動、溫度數據與監(jiān)測器自身工作狀態(tài)信息的自動采集。無線監(jiān)測站將其下所有監(jiān)測器的測量信息通過企業(yè)局域網匯總到機房的系統(tǒng)服務器內，經過設備管理軟件的分析、處理、發(fā)布、保存，使企業(yè)的設備管理者能夠準確的了解設備現(xiàn)狀和預測運行趨勢。

2 系統(tǒng)構成

球磨機監(jiān)測系統(tǒng)由硬件和軟件兩大部分構成。系統(tǒng)組成如圖1所示。其中，硬件系統(tǒng)由無線監(jiān)測器DX501、無線監(jiān)測站DX550、系統(tǒng)服務器、企業(yè)局域網和WEB客戶端構成。系統(tǒng)軟件是基于.Net開發(fā)的DX1000道信設備狀態(tài)監(jiān)測管理系統(tǒng)軟件。

圖1 球磨機監(jiān)測系統(tǒng)組成

2.1 硬件的主要配置

2.1.1 無線監(jiān)測器DX501

無線監(jiān)測器內嵌振動加速度傳感器和溫度傳感器以及信號采集處理電路，采集參數可通過無線監(jiān)測站下達到無線監(jiān)測器內，其和無線監(jiān)測站通訊采用2.4GHz頻段進行無線數據傳輸[2]。

2.1.2 無線監(jiān)測站DX550

在一個區(qū)域內（例如：一個工段或一個車間）設置一臺監(jiān)測站，并將所轄區(qū)域內的各個無線監(jiān)測器測量的數據通過局域網傳輸至系統(tǒng)中心服務器。

2.1.3 系統(tǒng)服務器

選用IBM x3650硬件平臺作為系統(tǒng)服務器。

2.1.4 企業(yè)局域網絡

企業(yè)局域網絡作為數據信息的高速公路，承擔系統(tǒng)各硬件單元間采集數據和分析結果的傳輸任務。

2.1.5 WEB客戶端（工程師分析站）

系統(tǒng)采用B/S結構，WEB客戶端可以輕松遠程訪問系統(tǒng)信息。

2.2 系統(tǒng)軟件

球磨機監(jiān)測系統(tǒng)軟件采用基于.Net平臺和B/S結構開發(fā)的Web應用系統(tǒng)軟件，軟件配置采用Windows server 2003（操作系統(tǒng)）+PGSQL（數據庫）+DX1000（設備狀態(tài)監(jiān)測管理）。其中DX1000設備狀態(tài)管理軟件作為核心，具有設備組態(tài)、采集參數設置、采集數據處理、數據存儲、設備診斷工具、對外WEB發(fā)布等功能。

3 應用實例

以一臺2130再磨機的小齒輪沖擊信號的產生原因分析和指導檢修為案例進行闡述。該再磨機的電機型號為：YR355M-6，983r/min，功率 220KW；減速機型號：ZD60-9-Ⅰ，傳動比 5；磨機型號：φ2.1×3.0，小齒輪轉速 196.6r/min，小齒輪21個齒，大齒輪172個齒，小齒輪軸承為雙列向心球面滾子軸承（3630）（GB286-64）。2130再磨機的機組圖及測點布置如圖2所示，測點定義見表1。系統(tǒng)監(jiān)測顯示7#、8#測點軸向二級報警，7#測點軸向波形頻譜圖測量結果如圖3所示，8#測點軸向測量結果如圖4所示。

圖2 2130再磨機測點布置圖

表1 2130再磨機測點定義

當齒輪齒面有點蝕、剝落、裂痕等局部損傷，尤其是齒輪嚴重磨損和齒隙增大時，故障齒輪的振動信號在波形圖中可以明顯看到有沖擊信號，特征頻率往往表現(xiàn)以旋轉頻率為間隔嚙合頻率及其倍頻的調制，并隨著故障的嚴重嚙合頻率的高倍頻或分數諧波愈來愈突出[34]。該球磨機小齒輪轉動周期T=60000/196.6=305ms，轉動頻率 fr=196.6/60=3.28Hz，大、小齒輪嚙合頻率fc=21*fr=68.81Hz。從7#、8#測點波形圖上明顯看到大量的沖擊信號，頻譜圖上十分突出的頻率成分分別約為140Hz和280Hz，它們是2倍嚙合頻率、4倍嚙合頻率。嚙合頻率的高倍頻為主導的故障特征頻率存在，這說明小齒輪磨損相當嚴重、大小齒輪間隙太大并且齒面有損傷。停機對小齒輪檢查發(fā)現(xiàn)齒形磨損嚴重、嚙合間隙較大，經過對小齒輪換面、磨修、間隙調整后振動沖擊信號明顯降低。

圖3 7#測點軸向加速度波形、頻譜圖

圖4 8#測點軸向加速度波形、頻譜圖

4 結論

本文介紹的球磨機組振動監(jiān)測系統(tǒng)采用鄭州道信公司的DX1000設備管理系統(tǒng)和無線監(jiān)測技術，該系統(tǒng)具有監(jiān)測技術先進和使用維護方便等特點。通過在江銅集團城門山銅礦選礦廠一年來的應用實踐證明，對選礦球磨機的設備管理和開展預防性維修都起了積極地作用和實際的指導意義。

[1]沈水福、高大勇.設備故障診斷技術[M].北京：科學出版社，1990

[2]呂濤、周燕媚、鄭啟亮、張仁杰，基于2．4G的檢測數據無線傳輸模塊設計[J].北京：儀器儀表學報，2006，S3：2062

[3]屈梁生、何正嘉.機械故障診斷學[M].上海：上海科學技術出版社，1986

[4]楊國安.機械設備故障診斷實用技術[M].北京：中國石化出版社，2007