承鋼棒線廠軋鋼機械設備振動故障的原因分析

李 嘯

河鋼承鋼棒線廠目前有兩條棒材生產線，一條高速線材產線，在生產過程中，軋鋼機械設備的工作強度較大，屬于大型旋轉設備，另外由于設備自身的生產模式較為復雜，很容易在運行過程中出現各種故障，而振動故障是目前河鋼承鋼棒材軋鋼機械中最為常見的故障之一，對設備的平穩使用存在較大影響。因此就應當對軋鋼機械設備振動故障的原因進行全面分析，做好設備的維護與管理，根據不同的故障類型確定相應的判斷標準，及時消除振動源，做好維修與養護工作，使得管道系統得以全面優化，進而制定出對應的解決措施，提高軋鋼設備的生產效率，增加機械設備應用的壽命期限，為企業可持續發展提供有利條件。

1 承鋼棒線廠軋鋼機械設備振動故障概述

1.1 軋鋼機械設備振動含義

軋鋼機械設備振動就是指某一物理量或者固體，在運動過程中始終保持統一運動變化趨勢，而軋鋼零部件也會持續進行重復運動，也就是機械振動。隨著機械設備的不停運轉，零部件的磨損情況會明顯加劇，進而難以保障機械設備的穩定運轉，隨著機械的老化對機械造成的傷害也在隨之增大，使得軋鋼機械設備的使用壽命縮短。振動方向如圖1 所示。

圖1 振動方向圖

1.2 軋鋼機械設備振動帶來的危害

軋鋼機械設備在進行生產過程中，本就會產生一定損害，如果軋鋼機械設備不停地進行工作與生產，則會導致振動過于頻繁，難以保障機械設備的正常生產與作業，所生產出的鋼材質量也難以得到保障。比如機械設備的主要振動故障部分為精密儀器，也就是指精密儀器所提供的數據不準確，這時就會導致鋼材質量降低，表面較為粗糙，屬于不合格的產品。除此之外，在機械振動過程中，零部件出現磨損的情況加劇，進而使得整個機械設備也遭到破壞，設備生命周期縮短。從而設備在運行過程中也會產生噪聲污染，工作人員的聽力與身體健康會受到相應影響，這也會制約企業的可持續發展。

2 承鋼棒線廠軋鋼機械設備振動故障分類

根據技術人員對現場問題的匯總發現，引發承鋼棒線廠軋鋼機械設備出現振動故障的原因較為復雜，而每一振動故障都具有自己的特點，結合不同故障的性質以及振動方式之間的差異，可以將其分為以下幾種類型：

2.1 轉子振動異常

軋鋼機械設備在運行過程中，合理安裝轉子直接影響設備的運行效果，同時也影響著設備運行的環境溫度與負荷。在安裝轉子過程中，如果操作人員并未按照步驟逐步安裝，或者在安裝過程中出現失誤，那么則會導致設備的環境溫度出現浮動，進而導致轉子出現異常振動，轉子出現松動，同時也會導致轉軸松動情況的發生，而無論是哪種情況都會直接影響轉子的使用，也會導致軸承受到損壞。軋鋼機械設備轉子在裝配過程中經常出現不對中偏差。軸不對中偏差是由于相鄰軸承座不同心而導致軸中心線偏斜所引起的。軸不對中偏差可能出現這種情況：平行度偏差、角度偏差和同時存在平行度、角度偏差。對中不量得轉子運行將導致軸承負荷不均衡，使發動機振動加劇，關鍵件過早失效。在發動機運轉過程中，由于轉子不平衡、轉動件與靜止件的徑向間隙小、軸承座同軸度不良等，均能發生轉動件與靜止件碰磨，并導致振動劇增。發動機轉子、靜止部件碰磨的振動具有以下特征。機匣振動響應會出現轉子旋轉頻率的次諧波、高次諧波和組合諧波成分；振動隨時間而變化，當碰磨接觸面積增大或接觸位置增加時，機匣振動響應幅值劇增；雙轉子發動機，其轉子、靜止件發生碰磨時，系統發生次諧波和組合諧波頻率的振動。總而言之，如果轉子出現損壞，相應的頻率也會產生變化，設備則會出現振動故障。

2.2 電機振動故障

導致電機出現振動故障的主要原因是轉子，在安裝轉子過程中，如果工作人員并未注意轉子的對稱性，使得最后的轉子安裝存在不對稱情況，那么電子與轉子之間所形成的電壓則會十分不穩定，而設備在這種情況下也難以保障穩定運行。軋鋼機械設備在此種運行狀況下會導致摩擦現象越來越嚴重，長此以往就會出現設備松動，進而導致異常，引發軋鋼機械設備振動故障。

2.3 齒輪振動故障

重型工業設備離不開軋鋼機械設備的支持，這也就意味著在工業生產過程中設備的運行壓力較大，其中齒輪機械作為設備中的重要組成部分，如果并未定期進行保養，在長時間的使用下，軋鋼機械設備所產生的壓力難以被齒輪機械設備承受。這主要是由于齒輪所產生的振動幅度大于齒輪自身的負載能力，而齒輪表面則會在短時間內出現磨損，使其使用壽命逐漸降低，如果齒輪振動幅度不斷加大，那么則會引發嚴重的齒輪斷裂問題，出現故障，軋鋼機械設備也就會隨之引發診斷故障，無法有序運行。

2.4 滾動軸承故障

在軋鋼機械設備中，滾動軸承也是其主要組成部分之一，一旦外圈與內圈設計頻率與實際通過頻率之間存在較大差異，那么則會直接引發設備出現振動故障。當滾動軸承工作時，滾動元件和滾道之間存在點接觸或線接觸。在交變載荷的作用下，表面之間存在很大的循環接觸應力，這很容易在表面形成疲勞源。疲勞源產生微裂紋。由于其高硬度和脆性，微裂紋難以深入發展。導致以小顆粒剝落并且在表面上形成點蝕。在嚴重的情況下，表面剝落形成凹坑，如果軸承繼續運轉，將形成大面積的剝落。疲勞點蝕會在運行過程中產生沖擊負荷，從而增加設備的振動和噪音。

3 引發棒線廠軋鋼機械設備故障的主要原因

3.1 軋鋼機械設備振動故障

軋鋼機械設備振動常見的故障分為轉子不平衡、滾動軸承故障、基座松動以及轉子為對準等等，而這些常見的機械設備故障，通過使用振動監測技術能夠準確檢測出來。轉子不平衡是機械設備中最為常見的故障，而導致轉子不平衡的因素較為復雜，比如安裝不良、軸彎曲變形、長期運行以及配合松動。而轉子不對中則是指轉子的中心或者軸承中心。在系統運行中，轉子的軸未對準是典型的旋轉機械設備故障。基座中出現松動的情況與不平衡之間有著密切關系，并主要以非線性振動特性為主；基座松動會導致振動的方向變化明顯，尤其是垂直方向

的振動更強。其中摩擦振動頻率范圍最廣的為非線性振動，除了振動頻率以外，還包括諧波分量，如2 倍、3 倍1/3 和1/2。

3.2 設備精度保持性

隨著軋鋼機械設備的投入使用，設備的精準度也難以得到保障，在時間的影響下，設備逐漸出現損壞，在初期運行中軋鋼設備最為安全穩定，隨著振動頻率出現變化，軋鋼的精準度也會產生影響，部分零部件出現磨損，軸承出現細微的變動難以及時發現，所以應當及時采取相應的監測手段，對設備的運行狀態進行監測。除此之外，軋鋼設備在運行過程中對環境也存在一定的要求，高溫高壓都會直接影響軋鋼設備的穩定運行，如果設備的負載能力過高，則會直接影響軋鋼機械設備的運轉效果，工作人員在監測設備運轉情況時，一旦出現疏忽則會導致各項小問題的發生，比如設備零件磨損問題，進而直接影響軋鋼機械設備的使用。此時軋鋼機械設備的轉動與定位發生改變，所承受的振動力也發生改變，進而導致所生產的鋼材不符合標準。

3.3 零件磨損

軋鋼機械設備在使用過程中很容易出現磨損情況，而導致磨損的原因大不相同，其中振動力會隨著設備的實際情況出現改變，進而影響最終鋼材生產的質量。如果機械設備的重要零部件出現各項問題，磨損嚴重則會導致設備難以穩定運行，隨著振動力的改變，軸承與齒輪之間的配合也會受到影響，進而導致軋鋼機械設備出現故障。對于軋鋼機械設備而言，軸承是其中心零部件，如果設備所承受的負載力過大或者運行環境不符，都會導致軸承工作受到影響，實際位置出現偏移，在軸承運轉過程中精準度缺失，與設定值之間嚴重不符。除此之外，隨著磨損的加大，齒輪在運行過程中，減速器會發生改變，內部嚙合轉動齒輪的精準度也會降低，使得軋鋼設備的設定值出現偏移，進而穩定性不斷降低，所生產的鋼材質量難以保障，出現材料返工等多個問題。

4 承鋼棒線廠軋鋼機械設備振動監測系統構建

軋鋼機械設備在生產過程中，振動監測系統的主要使用對象為軋鋼的重點設備，如主傳動減速機、切頭飛減速機等等。通過對設備的全面檢測，能夠及時檢測出軋鋼設備的實際運行情況，進而診斷每一故障采取精準的解決方法。

4.1 合理選擇系統傳感器

監控系統在傳遞信號時，主要是利用加速傳感器，軋鋼機械設備在運行過程中頻率范圍較寬而轉速較低，如果不精準選擇加速傳感器，則難以辨別部分故障，這時就需要合理選擇系統傳感器，進而保障監控系統的全面應用。比如針對軸承磨損問題，如果選擇振動加速傳感器難以檢測出其實際問題，因此針對此種情況一般選擇渦流傳感器，此傳感器能夠精準掌握磨損所產生的間隙變化，進而動態監測出振動故障。除此之外，在選擇傳感器過程中，可以將加速傳感器與位移傳感器結合,進而擴大傳感器的覆蓋范圍，及時辨別機械設備可能存在的故障，并找出故障的真正原因。而在使用傳感器時，則應當結合軋鋼機械設備的實際結構，在每一覆蓋范圍內都應合理安裝傳感器，在正常情況下，軋鋼機械設備擁有200 個傳感器，并根據類型安裝在系統結構之中，準確傳送故障信號。

4.2 合理配置系統硬件

系統硬件的選擇主要包括數據服務器、數據采集箱以及工程師站，具體配置如圖2 所示。通過對系統結構監測圖的綜合分析，可以發現系統結構，主要分為分布化、網絡化以及模塊化結構，在每一數據采集箱都應當配置相應的傳感器，而在實際設備使用中，每一采集箱也會擁有標準機柜，實現對現場的信號進行整合與調試。

圖2 軋鋼機械系統構成圖

4.3 狀態檢測

在機械設備運行過程中，可以通過數字與曲線的方式，利用繪圖工具與圖庫實時監測其畫面，確保工作人員能夠直觀的掌握設備的實際運行情況。一旦機械設備出現異常，系統會自動進行報警，同時也會針對故障生成故障狀態表格，工作人員能夠實現對故障的全面診斷與分析，掌握設備的實際運行狀態。

5 軋鋼機械設備振動故障診斷方法

5.1 故障診斷流程

軋鋼機械設備會出現幾種不同的振動模式，而導致振動故障的因素也較為復雜，同時也會影響設備的磨損程度，導致機械的穩定性受到破壞，因此在實際運行軋鋼機械設備時，要實施檢查每一零部件的運行情況，及時找到機械設備振動出現故障的主要因素，確定故障位置，尋找最佳解決辦法，進而保障軋鋼機械設備的穩定運行。而在診斷故障流程時，工作人員應當明確具體診斷方式，按照診斷流程找出最終結果。首先維修人員可以根據故障診斷書，找出設備型號，隨后根據軋鋼機械設備的診斷標準，確定各項診斷數據以及診斷目標。最后結合物聯網技術尋找引發故障的主要因素，并制定詳細的解決方案，生成數據報告。

5.2 數據采集分析

在診斷軋鋼機械設備振動故障時，數據的采集與分析是其關鍵步驟，數據在故障檢測中具有重要意義，是確認維修方式的主要來源。隨著我國科技水平的不斷提升，數字化信息技術的應用更加全面，通過與物聯網技術的全面融合，能夠對數據進行加工與分析，通過對系統信號的全面分析，找出故障頻率，根據故障頻率進行適當調整，而后再對轉速數據、事故數據等多項信息進行全面采集，找出故障位置以及故障原因。通過精細化處理，全面診斷軋鋼機械設備的具體故障，而工作人員也能夠利用物聯網技術分析相關數據，進而提高軋鋼機械設備的故障檢出率。而工作人員也盡量采取細致的方式做好維護工作，結合高科技技術安裝感應器，通過對數據的實時監控，了解設備的運行狀態。在物聯網技術的支持下，數據的采集與分析更加科學合理，工作人員通過對監測數據的全面使用，能夠實現在平臺上的全面分析，進而找出問題的實際因素，為軋鋼機械設備的穩定運行提供可靠支持。

5.3 故障結果導出

工業材料的最終質量與軋鋼機械設備之間存在密切關聯，振動故障的相關解決方法也決定著軋鋼機械設備的運行狀態，因此在實際工作過程中要加強對軋鋼設備的全面保護，而工作人員也應當按照相關管理規定，定期檢測設備的實際運行情況，及時辨識可能存在的振動故障，在高科技技術的支持下，實現對數據的全面分析與檢測，防患于未然。當檢測出軋鋼機械設備的相關數據后，工作人員則要仔細分析相關數據內容，及時排除可能存在的故障，以此確保設備的穩定運行，找到故障源頭。并通過多次分析與檢測，實現對數據的詳細記錄，而后形成報告，導出故障結果，在日后生產過程中，及時避免設備可能出現的故障問題，進而增強工作的嚴謹度，使得工業生產更加高效，促進企業可持續發展。

6 結語

總而言之，引發軋鋼機械設備出現振動故障的因素較為復雜，在分析各項故障因素時，首先應當根據不同振動性質對其進行分類，然后對各個故障進行具體診斷，確定相應的診斷標準，結合監測系統，對檢測到的數據進行全面診斷與分析，保障軋鋼機械設備的運行效率。