振動監測在選礦設備中的應用研究

李風娟

（萊蕪鋼鐵集團萊蕪礦業有限公司，山東 濟南 271100）

礦石作為現代工業生產的重要原材料，選礦的環節可以有效地提高礦石的質量，因為選礦廠的設備價格昂貴并且種類固定，一旦發生了故障后難以確定其問題所在，給正常的生產活動造成了影響。而使用振動監測對設備的頻率變化進行檢測，可以判斷出設備的故障位置，制定出科學的維修方案，避免事故的發生。

1 振動監測系統的構成

1.1 系統硬件配置

使用無線監測器來對數據進行采集，其中包含內嵌振動加速度傳感器、溫度傳感器、信號采集處理電路。然后將采集的數據通過2.4GHz頻段無線傳輸到無線監測站。無線監測站負責收集指定管轄區域內所有無線檢測器采集的數據，并通過局域網上傳至系統中心服務器。中心服務器接收到數據后，對其進行一定的處理，系統服務器采用IBMx3650硬件平臺。該服務器對處理器性能進行了優化，能夠提供雙核或四核計算能力，高級電源管理及矢量校準冷卻技術可以幫助降低數據中心的電力和冷卻成本。

1.2 系統軟件配置

振動監測的系統軟件是基于.NET與B/S結構開發的web應用軟件。軟件配置：操作系統WindowsServer2003；數據庫MYSQL；設備狀態監測管理DX1000。核心為設備監測管理軟件，該軟件主要功能為設備組態、設備診斷、采集參數設置、采集數據處理、數據處理及對外web發布等。

2 振動監測關鍵步驟

對選礦設備進行振動監測的時候，首先要對設備正常運轉的振動數據進行記錄，保證發現了問題以后有振動對比數據，并且要對振動進行實時的觀測，將振動數據記錄帶數據庫中，滿足對數據的長線觀察，最后通過各種數據的對比來判斷設備的運轉情況，并且分析設備在現在的運轉趨勢下會不會出現問題，是否需要及時地進行調整。讓設備能夠長時間地保持正常工作，對已經出現的故障和預測的故障部件進行及時的維修，對其進行針對性的處理。

2.1 確定振動參數

為了保證監測震蕩數據的準確性，需要通過多點采集的方式來進行數據整合，其中包含對位移、速度、質點加速度等數據的記錄，通過記錄裝置將這些數據采集下來，保證振動參數的可靠性。一般來說，當振動頻率在10～1000Hz，低于此范圍時，速度控制更方便，通常用于視覺位移測量，更精確的加速度測量高于這個范圍。此外，還應注意齒輪、滾動軸承等關節部位，這些地方的加速度變化更加得明顯，在運作的過程中更容易受到磨損，所以要進行重點的檢測。

2.2 確定監測點

在監測的時候，要選擇一個有效的檢測點才能夠保證數據的準確性，一般在采集的過程中，會選擇距離振動點或者器械脆弱點跟進的位置，并且監測點距離振動源越近采集的數據就越準確，一般來說，最好的采集點都是在軸承的附近，監測數據不會受到其他零部件振動的影響，采集的數據也更加穩定，以大型球磨機為離子，在采集數據的時候，一般選擇圓周和輪廓作為數據采集點。

2.3 確定監測周期

剛剛獲得的數據有著更高的利用價值，但是長時間的監測效率低下，會浪費大量的資源，另一方面，磨損過程往往比較緩慢，短時間內不會出現過大的磨損，因此我們需要確定最合適的監測周期。通常，當設備運行平穩時，測試周期可設置為兩周或更長時間，但在運行狀態不穩定的情況下，監測的周期需要適當的縮短。一般在剛剛維修后，或者數據已經出現了一定異常后，都需要縮短監測的周期。

2.4 收集和處理振動數據

在完成了收集數據的各種準備后，就可以開始對各種數據的采集，員工在采集的過程中需要對多種采集數據進行預處理，通過簡單的分析先大概判斷設備的運行情況是否穩定，之后再通過更加細致的振動分析來確認機械的工作情況，其中包括時域分析、頻譜分析等。因為不同的分析方法都有著相應的側重點，所以在分析的時候，要結合多種分析方法得出的結論來判斷機械的運行情況，常見的故障有連接脫落、對中不穩、松動、軸承失效、碰撞等問題，在振動數據上都會有所體現，通過對不同分析方法的結合，更好地方便后期的維修處理。

3 振動信號分析

通過振動監測技術對選礦設備進行信號監測，采集的原始信號一般都是呈現時域波形。如果是沒有出現故障的情況下，波動的振幅比較小，波動整體較為穩定。當選礦設備出了故障后，收集的振動信號會呈現出很明顯的波動，通過對波動形態的分析，可以初步地判斷故障的原因，所以要對出現的故障振動進行記錄，以便后續出現故障后可以根據對振動模式的對比分析快速找出選礦設備在運行中出現的問題，通過提前準備問題預案，短時間內處理發生的問題。

3.1 信號頻域分析

因為機器的類型有著很大的區別，所以在出現了故障后，產生的振動頻率會因為機器的類型與故障不同而產生較大的區別，所以可以通過對震動信號頻率、振幅等信息進行分析，初步地推斷出機器在運行中出現不良震動的原因，方便后續的修理維護。其中頻譜分析是一種很關鍵的振動信號分析方法，通著這種信號分析方可以對不同的部件振動進行分析，將不同的振動模式對應在不同的故障部件上，通過對振動的各種數據進行分析，排查出具體是哪個部件在運行的過程中出了問題，推測出其故障的程度。但是，在實際的應用中，因為一旦出現了故障的情況，往往是多個故障并行，導致振動頻率混雜，并且與故障零件相連的固件也會因為出現的問題一起振動，這樣通過振動來判斷零件的故障就有著很高的難度，為了讓最后的判斷能夠得到正確的結果，需要將該機械在運行過程中所出現的所有故障振動模式進行比對，找出真正的故障原因。

3.2 信號階次分析

為了保證能夠更加準確地判斷振動信號，得出正確的故障問題，需要對多種故障的振動信號進行采樣，將這些數據統一收集到一起，根據模擬的故障問題與振動綁定，然后經過對振動信號的特點進行比對，找出不同故障信號的特點并進行記錄，幫助后續的故障排查，因為選礦設備在運作的過程中大多有著很高的運轉速度，所以使用階次分析工具對進行振動信號的采樣，得到更穩定準確的振動數據。

使用周期采樣的方法來進行數據的采集，通過在運轉的周期之內選擇幾個固定的時間點作為采樣點，保證采集的數據準確度，然后使用階次分析工具對其進行數據的采樣，如果采集到的數據包含了該點，那么就可以直接將該點的數據保留下來。如果采集到的數據并沒有包含采樣點，那么要根據采集的時刻對其進行數據分析，彌補數據在采集上出現的缺陷。

因為許多的設備在一起工作的時候會互相產生影響，其運轉的速度也會因為互相的影響產生一定的改變，為了讓此類設備的頻率能夠符合分析的特殊要求，讓最后的分析數據有著更高的真實性與準確性，那么可以選用周期采樣技術，通過繪制的方法把轉速的階次以橫坐標做成頻譜圖，這個方法的好處在于可以清晰地把轉速的階次表示在頻率的軸上，階次的頻率位置始終保持不變，給對比分析帶來了很大的便利，提高了對震動信號的分析準確性與科學性。

3.3 趨勢分析

通過對振動的分析不僅可以排除掉設備出現的故障，還可以對設備的使用壽命進行一定的預測，對即將出現的一些問題進行提前的防范。振動分析故障的診斷是通過對振動狀態的長期觀測，發現其運作狀態不斷劣化的曲線來對其使用壽命進行預測。在預測的時候，首先要調查好各個設備的運轉特性，經過長時間的使用后振動會產生怎樣的變化，當振動曲線到達什么樣的水平后設備將不能夠繼續使用。將礦場的若干重大設備作為振動趨勢分析的獨享，通過對各個設備不懂的特性與振動頻譜的狀態進行多次的抽樣，將抽樣結果進行整理分析之后，建立起設備振動檢測數據檔案。在檔案中將設備的編號、檢測位置、檢測時間、運作狀態、不同轉速和不同檔位下的振動頻譜特征進行有效的記錄，并對其進行頻譜的分析。在設備出現問題后，可以直接利用設備振動檢測數據檔案中記錄的數據對其進行比對分析，將正常的數據作為分析基礎，找出設備的那個部位因為出現了故障而產生了異常的振動，并且在振動檢測數據檔案中記錄下不同故障的處理辦法，快速地采取方案對其進行有效的維修。

4 應用實例

轉子不平衡、軸心位移大以及軸承嚴重磨損等故障問題發生時，均會引起運行中的選礦設備出現異常振動，隨著故障問題嚴重程度，其振動變化愈加劇烈。通過對運行中的選礦設備進行振動監測，分析與對照振動變化情況，可幫助現場作業人員盡早發現選礦設備故障隱患，及時進行處理，確保選礦設備安全、穩定運行。

4.1 鼓風機設備振動監測

鼓風機作為開展選礦作業的重要設備之一，其中運行條件、日常維護以及安裝規范等因素均會導致運行過程中的鼓風機出現故障問題，且故障類型多樣，若無法及時解決設備故障問題，不僅會引發嚴重設備事故，造成不必要的人員傷亡，也會阻礙選礦作業順利開展。一般情況下，大部分選礦設備在運行過程中發生故障或者運行前已經存在故障，在運行時會有著明顯的振動現象，技術人員可利用這一特性，對處于運行狀態下的選礦設備進振動監測，詳細記錄振動監測數據，對比正常選礦設備運行狀態，以此來判斷選礦設備是否存在故障問題。基于此，以鼓風機設備振動監測為例，通過監測該設備實際振動情況，對其故障進行診斷，具體操作如下：

（1）鼓風機由電動機、風機等其他幾個關鍵部件構成，其中電動機與風機是支撐鼓風機正常運行及效能發揮的重要構件，二者正常工作轉速均為每分鐘1000轉。為了精準掌握鼓風機設備運行狀態，并提升設備運行穩定性與安全性，在此基礎上制定振動監測計劃。

（2）基于振動監測計劃，對鼓風機設備開展振動測試，通過分析振動監測數據，發現該設備在運行時，其電機會沿著水平方向振動和位移，且振動速度較快，而加速度振幅卻相對較小。對照規定的振動速度標準，可基本確定鼓風機的電機存在故障隱患，該故障隱患已經存在較常的時間。

結合頻譜上所顯示的電機驅動端水平與垂直方向的振動速度信息，對電機回轉頻率進行計算，計算公式為：，監測點所對應頻譜顯示的其他方向振動速度為16.5625Hz，兩組數據相對接近；其中電機軸承故障特征頻率并未在頻譜上表現出來。當設備存在故障隱患時，頻譜上所顯示的振動頻率與正常設備運行時的振動頻率有著明顯差異，特別是電機發生不平衡故障問題。

（3）在明確電機振動位移方向的前提下，并結合頻譜上顯示的信息與電機驅動端軸心軌跡特點，判斷電機有不平衡故障隱患存在。針對電機不平衡故障問題，技術人員可更改原有設備振動監測周期，實時監測設備振動頻率變化，一旦發現振動異常，對其立即進行檢修，以此來達到規避電機不平衡故障現象出現。另外，當電機設備長期在不平衡故障隱患的條件下運行，極易加劇設備劣化，并會引發其他故障發生，因此，應提升對設備振動監測重視程度，做好日常檢修與維護工作，降低故障隱患發生概率，從根本上保障設備運行安全，為選礦作業高效率開展提供強力支撐。

4.2 球磨機設備振動監測

正常運行狀態下的球磨機轉速為200轉/分鐘，功率為6000kW，處于長期運行狀態的球磨機，自身振動頻率和速度均會產生一定變化。對球磨機開展振動監測，通過監測該設備實際振動情況，對其故障進行診斷，具體操作如下：

（1）選擇齒輪振動速度值高的設備作為判斷球磨機齒輪是否處于正常狀態的輔助測試工具。球磨機的電機及齒輪軸的轉速均為200轉/分鐘，計算轉動頻率，計算公式為：，齒輪間隔為69.93Hz。頻譜中所顯示的頻率信息與球磨機齒輪的頻率二者數據相近，其中小齒輪的轉動頻率存在異常情況，通過分析與對照球磨機齒輪時鐘頻率數據，發現存在微小諧波現象。因此，判斷球磨機的小齒輪存在一定程度的磨損問題，磨損過于嚴重是導致球磨機齒輪振動劇烈的主要因素。

（2）針對球磨機的小齒輪磨損問題，除了日常振動監測，也要詳細記錄球磨機齒輪劇烈振動頻率，小齒輪振動頻率越高、速度值越大，說明內部磨損越嚴重。需要及時更換磨損嚴重的小齒輪，同時做好相應潤滑處理，減少設備故障發生。

5 結語

綜上所述，振動監測技術是一種高效的故障診斷方法，在選礦設備上使用可以有效地提高對故障的檢測力度。并且還可以判斷出設備的故障位置和故障程度，減少維修所使用的時間與資源。目前，振動診斷技術還在發展的過程中，還需要對各方面的技術進行進一步的研究，才能為企業的生產提供更多的幫助。