基于軋鋼機械振動故障的診斷研究

劉海鵬

摘要：在軋鋼機械的正常運行中，經常會出現一些故障問題，需要嚴格按照故障判斷標準、采用合適的診斷方法來診斷，才能避免軋鋼機械出現更多問題，從而更好地提高軋鋼機械的運行性能。文章就軋鋼機械振動故障的判斷標準進行了闡述，對軋鋼機械振動故障的特征數據進行了分析，提出了軋鋼機械振動故障特征數據的采集、處理等。

關鍵詞：軋鋼機械；振動故障；故障診斷；特征數據；判斷標準 文獻標識碼：A

中圖分類號：TG33 文章編號：1009-2374（2016）16-0075-02 DOI：10.13535/j.cnki.11-4406/n.2016.16.036

根據軋鋼機械振動故障診斷的實際情況來看，在線振動監測診斷系統的合理應用，可以達到快速、準確、及時的效果。因此，對軋鋼機械振動故障診斷有比較深入的了解，對于保障軋鋼機械的運行安全和功能等有著極大作用。

1 軋鋼機械振動故障的判斷標準

在充分利用各種先進設備、技術對軋鋼機械的運行情況進行檢測的情況下，對當前軋鋼機械振動故障的診斷情況進行全面分析來看，比較常用的判斷標準主要有如下三種：一是故障類比評判標準；二是故障定量評判標準；三是故障相對評判標準，在保證軋鋼機械振動穩定性、可靠性等方面有著極大作用。在受到環境、經濟、生產條件等多種因素影響的情況下，軋鋼機械可能出現各種振動故障，因此，想要準確進行各種物理現象的評判有著比較大的難度。

目前，軋鋼機械的工作狀態、軸承種類、實際運轉速度、故障檢測傳感器的安裝部位、振動故障的類型等都會給故障判斷帶來不同程度的影響。所以想要制定出科學的故障診斷標準，有著非常大的難度。在實踐過程中，振動故障診斷標準的科學構建，需要注重定量評判標準的運用，還要有機結合相對判斷指標等，才能在以時間軸為基準的情況下，充分利用相同的測試方式、測試位置和工況定期測量等，獲取相關數據，從而在對比與分析正常數值和測試數據等的基礎上，確定軋鋼機械的具體故障情況。根據實踐診斷情況來看，在線振動監測診斷系統的合理應用，主要包括如下九個流程：一是檢測；二是確定被檢測對象和基準頻率；三是選擇檢測內容；四是明確檢測任務；五是現場進行檢測；六是回收相關數據；七是查找和對比重要的數據信息，并形成其報告；八是檢查數據，如果存在異常情況，則需要對其進行可靠分析，才能制定出可行的解決措施和采用合適的技術，如果沒有異常情況則需將報告存入檔案庫中；九是繼續進行下一個對象的檢測，按照第四步繼續操作。

2 軋鋼機械振動故障的特征數據分析

在軋鋼機械運用范圍不斷擴大、性能不斷提高的過程中，一般情況下，振動信號是存在于齒輪部位和滾動軸承部位等位置，并且傳遞途徑具有一定復雜性，信號很容易受到影響，如負荷變化、機械工況變化等，都會使振動信號受到一定干擾。因此，在進行信號分析的時候，針對上述各種因素帶來的影響，需要采取合適的信號降噪措施，才能提高軋鋼機械振動故障診斷結果的可靠性和準確性等。所以有著較多實踐經驗和較高技術水平的專業人員，在進行軋鋼機械振動故障的分析與判斷時，必須對設備的常規頻譜進行可靠分析與處理，并對軋鋼機械振動故障的一些特征數據進行分析與計算，才能真正掌握不同故障的典型特征。例如：從頻域角度和時域角度來進行特征數據的合理分析，其中頻域方面的特征數據是：故障特征的齒輪嚙合頻率與倍頻、軸頻與齒輪嚙合頻率的各次諧波、軸頻域倍頻等；頻譜統計特征的中心頻率、均方根頻率等，而時域方面的特征數據主要是指有效值、峰值峭度、歪度等。在實際進行上述各種特征數據的分析時，還要結合相關數學計算公式，才能更好地降低噪音、環境等多種因素給特征數據準確性的影響，從而在將這些特征數據與正數值相對比和分析后，及時掌握產生這些故障的原因。

3 軋鋼機械振動故障特征數據的采集

在實踐過程中，軋鋼機械出現的故障，在充分考慮軋鋼機械工作轉速比高這個情況后，需要將每組原始采樣數據的長度確定為一定數值，以便更好地覆蓋上述各種特征頻率成分，從而實現相關故障特征數據的全面采集。在實踐過程中，數據可能存在失真現象，通過采取相關措施后，在頻率分析范圍為1～1024倍軸率的基礎上，獲取比較準確的軸頻和倍頻成分。與其相比，在設備主軸沒有按照轉速與鍵相的情況下，通過人工鍵相的方式設置振動采樣板的采用頻率，并結合設備的實際轉速，獲得當前對應的故障頻率。其中頻率分析的上限與下限，是隨著人工設置采用頻率的變化而改變的，如每轉采集為285點，連續轉8次，在采用數據長度為2048點的情況下，頻率分析范圍為1～125倍軸頻。在特征數據采集好以后，必須嚴格按照統一的格式進行儲存，如一個月的數據、一天的數據、一個小時的數據、原始數據、對比數據、事故數據等，并將其存放在數據庫中，才能為設備出現故障問題時提供可靠參考依據，特別是經過處理的頻譜與波形的特征數據，必須完整存放在數據庫中，對于提高系統故障自動診斷時的準確性和科學性有著極大作用。由此可見，軋鋼機械中存在的振動故障，必須采取合適的方法進行各種數據的收集，并及時進行對比和分析，才能避免各種故障時而發生，對于提高軋鋼機械的運行穩定性、可靠性等有著重要影響。

4 軋鋼機械振動故障特征數據的處理

目前，在線振動監測診斷系統的應用范圍在不斷擴大中，可以有效提高各種監測結果的準確性、可靠性。通常情況下，在采用在線振動監測診斷系統的時候，需要將振動測量傳感器安裝在被測試對象的上面，如速度傳感器、加速傳感器、位移傳感器等，以便準確測量相關波段等。目前，在實踐中相關數據的處理主要包括如下兩個方面：

4.1 軋鋼機械軸承振動故障特征數據處理

在進行相關振動數據的收集時，需要及時安裝加速度傳感器，但是這樣操作以后，取得效果并不是很理想，因此將加速度傳感器更換成位移傳感器，可以使各種振動數據的可靠性得到大大提高。在實踐過程中，軋鋼機械軸承振動故障特征數據的科學分析，有著如下三個方面的作用：一是對軸承的磨損程度實行動態監測。在采用渦流傳感器的時候，可以持續測量探頭體與旋轉軸之間的間隙變化情況，并掌握軸承磨損帶來的影響，是及時診斷相關故障的有效方式。在受到沖擊的情況下，軸出現嚴重晃動現象，因此軋鋼機械軸承振動故障特征數據的收集，通常是將空載、穩定狀態下的平均間隙值作為參考依據，以及時判斷軋鋼機械是否處于異常狀態；二是轉速的動態檢測。通常情況下，特征頻率就是振動故障的頻率，但是在進行故障信號的分析時有著一定隨機性，因此故障特征頻率有可能存在一定誤差。為了更好地提高軋鋼機械軸承振動故障特征數據的可靠性，一般將某段頻率范圍幅值的最大值看作是特征頻率的幅值，在安裝有渦流傳感器的情況下，頻率計算的準確性可以得到大大提高，對于提高診斷結果的可靠性、準確性等有著一定影響。同時，在人工鍵相狀態下，軸振動波形的周期性要好很多，在結合波形數目、頻率、振幅頻率等相關數值的基礎上，可以獲得更加準確的轉速；三是綜合考慮。一般軸承的振動頻率、齒輪的診斷頻率在振動特點方面也有著一些差異，因此，在綜合利用位移傳感器、加速度傳感器的情況下，可以大大提高系統解決各種問題的能力。同時，在充分考慮各種不同成分后，軋鋼機械存在的振動故障主要來源于何處也能得到確認，從而達到及時解決相關故障問題的目的，對于提高軋鋼機械的運行穩定性有著極大作用。

4.2 軋鋼機械實時工作狀態的準確識別

在不同運行模式下，軋鋼機械的工作狀態各不一樣，與生產目標、生產流程等有著極大聯系。總的來說，軋鋼機械的工作狀態有如下種類：穩態、沖擊狀態、空載狀態，其中一小部分軋鋼機械只有上述中的兩種工作狀態。在實踐過程中，如果軋鋼機械是空載狀態，則其產生的振動效應是最小的，如果是穩態，則其產生的振動效應是最大的。如果軋鋼機械處于咬鋼或甩鋼工作狀態，則其受到的沖擊振動會很明顯，會給整個運行效率造成極大影響。所以，在合理、不斷收集相關工作數據后，與采集到的可比性數據進行及時的對比和分析，則可以準確判斷出軋鋼機械是否存在問題，以及當前所處的工作狀態。與此同時，在采集軋鋼機械沖擊過程數據時，它們還能自動地放置到波形的中央，從而有效降低沖擊給數據完整性造成的影響，最終保障軋鋼機械實時工作狀態相關數據的可比性，對于及時解決軋鋼機械振動產生的各種故障問題有著重要影響。由此可見，在各個行業中，軋鋼進行的運行和有效使用，需要注重軋鋼機械診斷故障的有效診斷，采用合適的方法進行數據采集，并結合各種現代信息技術與設備，對于提高軋鋼機械的運行效率、穩定性等有著重要影響。

5 結語

綜上所述，隨著我國經濟水平的快速提升，軋鋼機械設備的應用范圍變得越來越廣，給我國各行業的發展帶來了極大影響，在促進我國綜合經濟水平不斷增長上發揮著重要作用，需要高度重視軋鋼機械軸承振動故障的診斷問題，才能確保軋鋼機械的穩定運行。因此，在實踐過程中，軋鋼機械各種故障問題的診斷，需要及時收集準確、可靠的軋鋼機械軸承振動故障特征數據，并對這些數據進行合理處理和對比分析，才能及時找出軋鋼機械軸承振動故障原因，最終保障軋鋼機械的整體性能。

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