基于振動監測的設備故障診斷技術在大型軋鋼機械上的應用

李傳鵬

摘要：振動監測設備故障診斷技術是基于多種學科產生的新型診斷技術，涉及的內容有監測設備技術原理、旋轉機械振動規律、旋轉機械信號特征等等，將此類技術應用在大型軋鋼機械的診斷中可以有效提升診斷準確性，將故障消除在萌芽中，為軋鋼廠的安全運轉奠定基礎。本文主要分析基于振動監測的設備故障診斷技術在大型軋鋼機械上的應用。

關鍵詞：振動監測;設備故障診斷技術;軋鋼

軋鋼機械是一種旋轉機械，直接影響著軋鋼廠的工作效率，對于軋鋼機械而言，轉軸組件屬于其中的核心，是由聯軸器、旋轉軸、滾動軸承、齒輪傳動件有機組成，經過長期的運行，旋轉機械往往會出現異常振動，只要掌握其規律就可以準確的尋找出設備故障類型。因此，在軋鋼廠中，技術人員需要科學的應用振動分析技術，掌握軋機的運行情況，及時將故障消除在萌芽中，這樣才能夠保障軋鋼廠的安全運轉。

1?.信號的識別和獲取方式

機械設備在運行過程中，必然會出現振動，其振動信號中蘊含著豐富的信息，如果設備出現故障或者發生異常，振動信號也會產生變化，不同原因、不同性質、不同類型的故障引起的振動特征是不同的，表現出來的相位差別、幅值大小、能量分布、波形形狀、頻率成分也不同。振動信號會受到系統特性與故障類型的影響，但是，在多數情況下，故障類型并不會與振動特征一一對應，為了提升診斷的準確性，必須要采用科學的設備診斷技術。

軋鋼機械的轉速不恒定，功率也會出現周期性的波動，因此，其故障類型也是多種多樣的，檢測點、檢測設備、點檢時間、點檢方式對于診斷準確性有重要的影響，考慮到這一因素，在進行檢測時，需要考慮到幾個注意事項：

第一，測量需要選擇同一個測量點，否則測量結果會受到傳遞函數與激振源的影響，致使測量結果出現較大的偏差;

第二，在測量時，需要保障參數的一致性，一般情況下，頻率超過1000Hz的振動需要應用加速度作為測量參數，100～1000Hz的診斷需要應用速度作為測量參數，10～100Hz的振動采用位移作為測量參數;

第三，在進行測量時，需要保證機器工況的一致性;

第四，使用的測量方式與儀器類型是相同的。

2.?大型軋鋼機械的設備故障類型與診斷方式

根據振動性質與轉子類型的不同，大型軋鋼機械設備故障包括轉子不對中、轉子與定子摩擦、滾動軸承故障、轉子不平衡等類型。

2.1?轉子不對中的診斷方式

轉子不對中有角度不對中、平行不對中、綜合不對中三種類型，引起轉子不對中的原因有地基變形、軸承支座變形、轉子與制作安裝有誤、熱不對中等等，如果出現該種問題，會出現附加彎矩。在相位特征上，如果為角度不對中，那么聯軸器兩端軸向振動相位差為180°，徑向相位無差異;如果為平行不對中，那么轉子兩端徑向振動相位差為180°。在振動頻率上，角度不對中即同頻振動突出;平行不對中會引起兩倍轉頻。

2.2?轉子與定子摩擦的診斷方式

轉子與定子摩擦大多屬于徑向摩擦，頻帶范圍寬，除了基頻之外，還會表現出1/2、1/3、2倍與3倍諧波成分，存在削波的問題。在部分特殊狀態下，還會引發固有頻率振動。

2.3?滾動軸承故障的診斷方式

滾動軸承主要由滾動體、內圈、外圈、保持架組成，在進行振動診斷時，需要采用頻率分析法，從理論上而言，采用頻率分析法能夠分析出是否存在故障，也能夠判別出損壞元件的類型。研究顯示，滾動軸承振動因素與安裝是息息相關的，如果軸承裝歪、軸承過緊、軸承過松、旋轉軸系彎曲，都會導致滾動軸承發生故障。

2.4?轉子不平衡的診斷方式

轉子不平衡是最為常見的故障類型，配合松動、安裝不良、加工誤差、軸彎曲變形都是引起轉子不平衡的重要誘因，不平衡振動對于轉速的診斷是非常準確的，轉子不平衡會表現出這樣的振動特征：

在頻率上，會出現轉子基頻;在相位上，垂直方向與水平方向的振動幅度會超過90°;柔性轉子的振幅會呈現出先增大，后減小的趨勢，剛性轉子振幅會表現出增大的趨勢。

2.5?基座與裝配松動的診斷方式

只要存在松動，振動就會出現非線性的表現，其中，由于地腳松動引起的振動是最為顯著的，由于零件配合松動引起的振動不明顯。在頻率上，基頻奇數倍會突出，頻譜結果呈現為梳狀;在振幅上，松動導致的振動會逐漸增大，但是與轉速之間無顯著關系。

2.6?感應電機振動故障的診斷方式

電動機是旋轉機械，如果出現故障，會表現出轉子不對中、轉子松動、轉子不平衡、摩擦的故障，感應電機振動故障與涉及電氣故障與機械故障兩個內容，電壓不穩定、轉子與定子間隙不均勻、匝間短路也會導致電機的運行出現異常，如果在運動過程中，電動機突然斷電，那么就說明其故障類型屬于電氣故障，否則就是機械故障。

2.7?齒輪機構振動故障的診斷方式

齒輪的運行狀態影響著機組運行的穩定性，在齒輪箱之中，由于齒輪自身導致的故障是最常見的，齒輪損傷的類型有斷齒、齒面磨損、齒面疲勞、齒面劃痕等等，假設齒輪剛度是無限大的，齒輪在運動時不會出現振動，但是，在安裝問題、制造問題等因素的影響下，即使是新齒輪，在運動過程中也會發生振動。如果齒輪發生故障，在固有頻率與嚙合頻率上會出現一簇邊頻。

3.?結語

振動監測設備故障診斷技術是基于多種學科產生的新型診斷技術，其中涉及的內容有監測設備技術原理、旋轉機械振動規律、旋轉機械信號特征等等，將該種技術應用在大型軋鋼機械設備的診斷上可以取得理想的效果。采用該種技術，能夠同時測定統計域、相關域、頻域、時域等，也有著理想的分析能力與預測能力，這種技術的推動既能夠提升診斷準確性，減小工作人員的壓力，也可以取得理想的經濟效益和社會效益。

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