狀態監測與故障診斷技術在軋鋼機械中的應用

朱印濤

摘要：現如今，我國是互聯網發展的新時期，主要對軋鋼產線重點設備，如加熱爐風機、主電機、齒輪箱等測點選擇、監測方法進行探討，并根據狀態監測技術對常見故障進行相應的診斷與分析。

關鍵詞：狀態監測技術;軋鋼機械;分析應用

引言

近年來，隨著各種先進科學技術與機械設備的有機結合，使得機械設備進入了全新的發展時代，這種復雜的背景雖然為其提供了良好的發展環境，但是同時也給設備維修行業帶來了諸多難題。

1測點的選擇

由于某些軋鋼設備在運行時其轉速處于不恒定狀態中，軋制鋼坯時功率則在空載和滿負荷之間不斷的波動，由于過鋼產生的沖擊，因而可能出現的設備故障類型也相對較復雜。為了確保監測數據具有一定的可比性，形成真實有效的趨勢圖，點檢周期、點檢方式及測點的選擇尤其重要。在測定數據時需遵循以下原則進行操作：1）每次采集數據時機器的工況需保持一致，并且所使用的采集儀器及測量方法也應該保持一致;2）每次采集數據時需在同一位置進行采集，這樣不會由于激振源到測點的傳遞函數不同導致采集的結果存在差異;3）每次的采集定義應相同，通常而言故障響應頻率超過1000HZ的振動，其采集數據參數應以加速度為主，故障響應頻率在100-1000HZ范圍內的振動，其采集數據參數應以速度為主，故障頻率響應在10-100HZ范圍內的振動，其采集數據參數應以位移為主。在線監測的過程中，軋鋼設備的監測效果受測點變化的影響很大，故而在選擇測點時應注意：1）測點宜選擇在信號反應相對敏感的部位，如機座、軸承座等的承載區部位;2）測點位置應選振動信號傳遞路線最短的部位，以避免中間傳遞介質的出現;3）應強調測點的方向性，一般情況下振動監測的測點多選擇在垂直（V）、水平（H）、軸向（A）三個方向，對于一些頻率較低的振動，更要準確選擇測點的方向;4）像軋鋼機械這樣的大型機械設備，更容易受到傳遞函數影響，因此在測振過程中還需進行多點檢測。

2常見故障及診斷方法

2.1數據監測

軋鋼機械設備在工作時，對軋件的軋制不連續進行，轉速也不確定，功率也不確定，會在滿負荷和空載中進行波動，導致故障增多，因此，對軋鋼機械設備進行數據監測是非常重要的。為了保證監測數據的準確性，也具有可比性，就要遵循一定的原則，保證所比較的參數是相同條件下的，確保結果的準確性。1）監測方法目前，對軋鋼機械設備進行監測，所用的儀器一般為巡檢儀和智能軸承檢測儀，利用這兩種監測儀對軋鋼機械設備的重要部位進行嚴格監測。首先，要對監測點進行合適地選擇，在進行監測之前，必須要將監測點擦拭干凈，定期對設備進行監測，并嚴格記錄監測結果。在對結果進行記錄后，繪制出詳細的數據振動曲線圖，對振動的變化情況進行跟蹤，當振動值發生變化時，就表示這個監測點出現問題，可能產生故障。2）監測區域的確定在實際生產過程中，要保證準確的傳輸數據信號，就必須要選擇準確的監測點，監測點和被檢測的軋鋼機械設備之間的信號路徑要盡可能短，并保證在一條直線上，在軋鋼機械設別的軸承負載區內選擇監測點。

2.2不對中故障特征

轉子的不對中指的是兩根相互耦合的軸，其中心線不重合，這也是旋轉機械的一類常見的典型故障，據統計旋轉機械60%的故障是由轉子不對中引起的。把常見的不對中分為平行不對中和角度不對中。其產生的原因包括：初始安裝不對中、地基不均勻下沉、動態對中不良、軸承間隙改變、基礎變形、、軸彎曲等。轉子不對中的故障特征：當轉子不對中時會在軸上產生一個附加軸向振動，因此把軸向振動的增大看成轉子存在不對中明顯征兆;在頻譜特征方面：平行不對中主要在轉子的垂直和水平方向上產生較高幅值的1倍、2倍轉頻峰值，角度不對中則表現為同頻振動較為突出，它們的共同點是以轉子轉頻的2倍頻或4倍頻為主，而且常伴有高次倍頻。在振動相位方面，平行不對中的轉子在兩根軸上的徑向振動相位差180°，而角度不對中時聯軸器的軸向振動相位差180°。

2.3傳感器選擇

監測熱軋機械振動信號主要是針對變轉速、變負荷、低轉速的減速機，反映轉軸、齒輪和滾動軸承的故障信號，一般較多使用加速度傳感器。由于軋鋼機械振動故障頻率范圍較寬，特別是由于轉速較低，存在較多的低頻成分，而加速度傳感器對低頻振動不敏感，因此，引人測量軸振動的位移傳感器（渦流傳感器）。例如，磨損是軸承最常見的現象，它產生的振動在加速度傳感器上難以清晰分辨，通過采用渦流傳感器，不間斷地測量探頭體與旋轉軸之間的相對間隙變化，可以發現軸承因磨損而發生的徑向間隙的變化，做到故障的早期診斷。此外，位移傳感器和加速度傳感器的結合，能夠擴大頻率分析范圍，可以有效地分析可能出現的各種故障頻率成分，并可以通過對比分析，找到故障的真正原因。根據設備的結構，安裝了多個傳感器，限于篇幅，具體測點位置不便一一列出，原則上渦流傳感器布置在減速機的輸人和輸出軸，加速度傳感器布置在軸承座剛度較高的地方，并盡可能布置在載荷密度最大的地方，以便盡可能多地獲取軸承外圈本身的振動信號。渦流傳感器和加速度傳感器分別選用lN一081一體化渦流傳感器和As一030加速度傳感器，它們具有體積小，可靠性高，抗干擾能力強等特點。

2.4齒輪箱的振動特征及診斷

齒輪箱是軋鋼機械中較為常見的設備，是利用齒輪嚙合來傳遞運動和動力的一種機械傳動，其運行的好壞直接影響到整個機組的正常工作。在齒輪箱常見各類故障中，最容易發生故障就是齒輪失效（斷齒、齒面疲勞、銹蝕、齒面磨損、齒面劃痕等）。假如一對齒輪是理想漸開線形，并且齒輪剛度無窮大，那么這對齒輪在工作嚙合時是不會產生振動的。但由于制造誤差、潤滑、材質剛度等影響，新齒輪在嚙合時也會產生一定的振動。當齒輪出現缺陷時，振幅也會增大，也會出現一些新的頻率成分，這些都是齒輪缺陷的特征頻率。齒輪的特征頻率主要有齒輪嚙合頻率、齒輪固有頻率、邊頻帶。對齒輪進行故障診斷最有效方法就是分析齒輪振動頻譜的變化，其次是分析倒頻譜。齒輪故障診斷首先看嚙合頻率幅值的高低;其次是要看嚙合頻率諧波的多少;最后看邊頻帶的成分。

結語

隨著冶金行業的發展，軋鋼機械的自動化程度已達到了一個較高的水平，其結構日益復雜，而且實際運行過程工況復雜，具有高溫、高壓、高速等特點。事后維修和計劃維修已經很難滿足當下生產對設備的需求，從經濟以及維修價值等方面考慮預防性維修已經成為了當下冶金行業必須面臨的課題，以振動分析為基礎的狀態監測與故障診斷技術近年來發展迅速，其在冶金行業中的各類風機、主電機、軋機齒輪箱、齒輪機座等設備上都表現出了非常好的實際應用效果。

參考文獻

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（作者單位：河鋼承鋼板帶事業部）