振動監(jiān)測在軋鋼機器障礙中的運用

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本文作者：蔣運濤、白曉東 單位：本鋼板材股份有限公司特鋼廠

由不同原因和不同部位而產(chǎn)生的故障，這些故障產(chǎn)生的振動反映了不同的特征，或者頻率成分變化，相位差別、波形形狀和能量分布狀況等。通過檢測振動信號，我們發(fā)現(xiàn)振動性質(zhì)和特征不僅與故障有關(guān)，還與系統(tǒng)的固有屬性有關(guān)，比如同一故障發(fā)生在不同部位，故障激勵傳遞通道不同，這樣就導(dǎo)致其振動特征和響應(yīng)會有不同，這樣我們可以建立不同的響應(yīng)算法，最后能得到較準確地判斷故障位置。

軋鋼機械的常見故障及其診斷方法

旋轉(zhuǎn)機械常見的故障,根據(jù)轉(zhuǎn)子式和振動性質(zhì)的不同,可以分為:轉(zhuǎn)子不平衡、轉(zhuǎn)子不對,基部或組裝松散、轉(zhuǎn)子和定子摩擦,感應(yīng)電機振動、滾動軸承故障，齒輪機構(gòu)的振動等等。

旋轉(zhuǎn)機械中最常見的故障就是不平衡。不平衡產(chǎn)生的原因是多方面的，如安裝偏心度差，這樣造成與寬松的軸裝配松動。往往松動常和不平衡會一起產(chǎn)生，這種數(shù)學(xué)關(guān)系表現(xiàn)為非線性的振動特征。地腳松動引起的振動，在這個方向特征很明顯，一般是垂直方向的振動強烈，其他方向不明顯。如果是零件配合松動，那么這樣引起的振動，表現(xiàn)在方向上的特征并不明顯。

電動機是一種典型的旋轉(zhuǎn)機械，在機械故障的表現(xiàn)方面具有旋轉(zhuǎn)機械的共同特點，如存在轉(zhuǎn)子不平衡，轉(zhuǎn)子不對中、松動、摩擦等故障類型。電機的振動故障特點包括機械和電氣兩方面，機械方面的振動故障，例如轉(zhuǎn)子與定子間磁隙不均勻?qū)е码姍C的異常振動，電壓不穩(wěn)定或者匝短路等也會造成電機的振動異常。電氣方面的振動故障表現(xiàn)為：當突然給電機斷電，振動立即停止，通過這一點，我們可以判斷存在電氣方面的故障，當突然給電機斷電，振動不會立即停止，則屬于機械故障。

滾動軸承旋轉(zhuǎn)機械轉(zhuǎn)子系統(tǒng)包括外圈、內(nèi)圈，保持架等組件。對滾動軸承振動診斷的分析方法是：滾動軸承的每個部件都有它自己的故障特征頻率。滾動軸承的故障特征頻率(簡化計算)為：內(nèi)圈通過頻率F=0.6Z-Fr，外圈通過頻率F=0.4Z•Fr，保持架通過頻率F：0.4Fr，其中z為滾動體個數(shù)，n為軸承內(nèi)圈回轉(zhuǎn)頻率。

齒輪是軋鋼機械重要的組成部分，它的運行狀態(tài)直接影響軋鋼機組的正常工作。根據(jù)統(tǒng)計抽樣結(jié)果表明，齒輪損壞的概率：齒面磨損、齒根斷裂分別占41%和31%。先看看嚙合頻率和振幅波動；二是看嚙合頻率諧波分布；三是看變頻，齒輪故障使的振動能量增加，邊緣頻率、幅度也增加，在齒輪箱的各種配件中，失敗的比率60%，可見在各部分的比例最大的是齒輪故障，由于負載波動幅度調(diào)制而產(chǎn)生的旋轉(zhuǎn)速度波動。通過振動診斷判別齒輪狀態(tài)，最有效的方法是分析齒輪振動功率譜的變化，其次分析倒頻譜。

實例診斷分析

現(xiàn)對軋機振動狀態(tài)的檢測主要基于振動傳感器，數(shù)據(jù)采集，軟件等現(xiàn)有設(shè)備，以連軋廠為例，應(yīng)用振動故障診斷技術(shù)對其進行了全面的分析和診斷。

6個月后的振動指數(shù)并沒有顯著增加，表明振動系列和能量無變化，小部分破碎的齒振動上的指標不敏感，這也說明了設(shè)備狀態(tài)良好。時域波形可以明顯看到波動包括周期性沖擊，圖譜波形突然上升和突然衰減，很可能突然產(chǎn)生故障。通過計算65.6ms的休克期，頻率為15.244hz，電機的速度是914r/s，變頻15.244hz。可見，輸入軸（軸）的旋轉(zhuǎn)頻率和齒輪旋轉(zhuǎn)頻率的十分吻合。它可以判斷故障發(fā)生在輸入軸，并初步判斷輸入軸齒輪齒面損壞的可能。在自相關(guān)圖上可以看到圖形融合異常，在圖形一個節(jié)點處往往偏離，它可以得出的信號存在差異。在這個沖擊周期的時間內(nèi)，時域脈沖在相關(guān)域判定被確認。發(fā)現(xiàn)在振動信號坡度達到4.013，遠遠超出正常范圍。正常軋制過程，載荷波動會造成坡度略超過標準，坡度4.013的情況可能是齒輪齒面損壞。

從以上的分析可以確定該故障影響軋機的原因可能確定是軸承故障，此故障最有可能發(fā)生齒輪斷裂或失效。基于振動監(jiān)測和故障診斷技術(shù)，它是建立在多學(xué)科基礎(chǔ)上的綜合新技術(shù)，是基于大量的數(shù)據(jù)監(jiān)測，分析數(shù)據(jù)并進行數(shù)據(jù)統(tǒng)計基礎(chǔ)上形成的數(shù)學(xué)模型，涉及旋轉(zhuǎn)機械的振動，運用檢測設(shè)備的工作原理是應(yīng)用振動信號的分析方法以及旋轉(zhuǎn)機械故障信號的判斷方法。出現(xiàn)設(shè)備故障應(yīng)早發(fā)現(xiàn)，早治療，避免進一步惡化。軋鋼設(shè)備故障的檢測是一個復(fù)雜的項目，利用振動監(jiān)測故障，一方面可以減少誤差，同時也降低了工人的勞動強度，為企業(yè)創(chuàng)造了經(jīng)濟效益，值得我們繼續(xù)推廣應(yīng)用。