在線振動(dòng)分析在高線精軋機(jī)故障診斷中的應(yīng)用

摘要：利用測振技術(shù)對高速設(shè)備進(jìn)行故障診斷分析，實(shí)現(xiàn)設(shè)備維護(hù)的預(yù)知性，并通過實(shí)例介紹了判斷軋機(jī)設(shè)備的故障源和故障程度的過程及經(jīng)驗(yàn)。

關(guān)鍵詞：設(shè)備故障診斷；錐齒輪箱；軋機(jī)

安鋼第一煉軋廠高線機(jī)組是與方坯工程配套建成的一條精品線材生產(chǎn)線，采用了國內(nèi)外先進(jìn)技術(shù)與軋制工藝。整條高線機(jī)組共有30架軋機(jī)，其中包括粗、中軋平立軋機(jī)14架，預(yù)精軋機(jī)4架，精軋機(jī)8架，減定徑機(jī)4架。設(shè)計(jì)最高軋制速度150m/s，實(shí)際最大軋制速度120m/s，保證軋制速度112m/s。全線配有6個(gè)活套、3臺(tái)飛剪和在線自動(dòng)測徑裝置。全線采用控制冷卻新工藝。設(shè)有五套控冷水箱大風(fēng)量強(qiáng)冷式延遲型散卷冷卻線，并帶有可開閉的絕熱保溫罩，既可進(jìn)行低溫軋制強(qiáng)制冷卻，實(shí)現(xiàn)索氏體處理，又可實(shí)現(xiàn)緩冷卻，從金相組織到冶金性能，均可獲得用戶滿意的最終產(chǎn)品。

由于設(shè)備使用效率的提高，無形中加大了設(shè)備檢修和維護(hù)的難度，尤其是精軋機(jī)組經(jīng)常出現(xiàn)突發(fā)設(shè)備事故，產(chǎn)生大量設(shè)備熱停時(shí)間。每架軋機(jī)都有可能由于潤滑或者負(fù)載等問題突然導(dǎo)致軸承失效從而造成整條生產(chǎn)線事故停車。只依靠傳統(tǒng)的聽、摸、看方法已不能滿足預(yù)知維修和合理調(diào)度生產(chǎn)的需求。如何真正實(shí)現(xiàn)對精軋機(jī)組設(shè)備維護(hù)的預(yù)知性，及時(shí)消除設(shè)備隱患成為一個(gè)急待解決的問題。為了解決這一難題，安鋼第一煉軋廠于2006年針對精軋機(jī)組投用了在線實(shí)時(shí)測振系統(tǒng)。

1.基本原理

在線實(shí)時(shí)測振系統(tǒng)以電子傳感、計(jì)算機(jī)記錄、輔助分析為主要功能，由加速度傳感器將設(shè)備瞬時(shí)振動(dòng)的模擬值轉(zhuǎn)換為電信號(hào)，傳輸給計(jì)算機(jī)進(jìn)行記錄和分析，在監(jiān)視器上還原成數(shù)字信號(hào)并以圖像的形式顯示出來。通過對設(shè)備的加速振動(dòng)在不同時(shí)間和頻率范圍內(nèi)的變化來分析判斷設(shè)備故障部位及損壞程度。這套在線監(jiān)測系統(tǒng)投用后多次對精軋機(jī)組設(shè)備故障成功報(bào)警，使精軋機(jī)組真正實(shí)現(xiàn)了計(jì)劃性維護(hù)，整個(gè)高線組也在2007年創(chuàng)下了年產(chǎn) 81.6萬噸的國內(nèi)單線最好紀(jì)錄。下面以精軋機(jī)組26#錐箱故障診斷為例介紹測振技術(shù)在高線設(shè)備上的應(yīng)用。

2.在線檢測及診斷分析

作為高線主要軋制設(shè)備的精軋機(jī)組，采用的是8架230錐箱45°頂交形式排列，主軸轉(zhuǎn)速在3000r/min左右，存在轉(zhuǎn)速高、設(shè)備事故突發(fā)率高、維修困難等特點(diǎn)。

2009年7月23日，點(diǎn)檢人員發(fā)現(xiàn)26#軋機(jī)測振監(jiān)視值異常，結(jié)合五官檢測，聽出26#軋機(jī)主軸軸承有“嘩……嘩”的金屬音，空載時(shí)聲音更清晰，隨后調(diào)出測振波形數(shù)據(jù)進(jìn)行分析，查找故障源。當(dāng)天的時(shí)域波形有明顯的沖擊信號(hào)，周期性沖擊信號(hào)間隔為0.021S，對應(yīng)頻率為47.619Hz，與主軸的轉(zhuǎn)頻（46.34 Hz）基本一致； 7月28日沖擊間隔更為清晰明顯，故障程度持續(xù)發(fā)展。7月23日精軋機(jī)23#錐箱主軸的轉(zhuǎn)頻（46.34Hz）所對應(yīng)的幅值為18.122m/s?，并伴有2、3倍高次諧波，與9月10日頻域圖幅值（0.133m/s?）相比增幅巨大，說明23#錐箱主軸上的軸承已從早期輕微故障向嚴(yán)重的情況發(fā)展。在（4282Hz）附近有大量的邊頻出現(xiàn)，而且相鄰幅值之間的間隔為主軸的軸頻（48.828Hz）及倍頻（97.656Hz），這與軸承故障的早期特征反映相似，說明23#錐箱I軸軸承可能存在故障隱患，但是大波幅的高頻出現(xiàn)削弱了軸頻及諧波區(qū)域的特征，使7月23日之前的頻域?qū)Ρ戎杏捎谛畔⒉怀渥?，且頻域與波形不能相互印證，而無法得出準(zhǔn)確判斷，只能繼續(xù)觀察。在7月28日時(shí)域圖與波形圖相互印證，排除了信號(hào)干擾、測振頭松動(dòng)等可能引起誤判斷的因素后，軸承故障早期特征的信息給與確定。

判斷出故障源后，根據(jù)相關(guān)公式計(jì)算軸承各處頻率，來判斷出軸承損壞部位：

內(nèi)圈旋轉(zhuǎn)頻率： Fi=N/60

內(nèi)外圈相對旋轉(zhuǎn)頻率：Fr=Fi-Fo=Fi

滾動(dòng)體過內(nèi)圈頻率：

滾動(dòng)體過外圈頻率：

滾動(dòng)體的公轉(zhuǎn)頻率：

保持架旋轉(zhuǎn)頻率：

式中： N——主軸轉(zhuǎn)速，r/min；

D——軸承節(jié)徑，mm；

d——滾動(dòng)體直徑，mm；

Z——滾動(dòng)體個(gè)數(shù)；

β——壓力角（又稱接觸角，有時(shí)也用a）；

由已知軸承的參數(shù)計(jì)算出軸承各部位頻率：內(nèi)圈旋轉(zhuǎn)頻率Fr=46.29Hz，滾動(dòng)體過內(nèi)圈頻率Fi=518.71Hz，滾動(dòng)體過外圈頻率Fo=499.67Hz，滾動(dòng)體過內(nèi)外圈頻率Fb=190.88Hz，滾動(dòng)體旋轉(zhuǎn)頻率Fc=22.71Hz. 根據(jù)對比各項(xiàng)數(shù)據(jù)，角接觸球軸承滾動(dòng)體過內(nèi)圈頻率與故障頻率最為相似，可以判斷為軸承內(nèi)圈損壞。

3.診斷結(jié)果及驗(yàn)證

26#箱主軸在7月23日便存在故障隱患，至7月28日故障隱患由輕微向嚴(yán)重情況發(fā)展。從計(jì)算出的軸承滾動(dòng)體過內(nèi)圈頻率與故障頻率最為相似，推斷故障源為角接觸球軸承內(nèi)圈。

2007年8月2日根據(jù)計(jì)劃安排對拆下來的26#錐箱進(jìn)行檢查，發(fā)現(xiàn)錐箱主軸162250Y軸承的內(nèi)圈和滾動(dòng)體都有不同程度的點(diǎn)蝕，與診斷的結(jié)論相符，提前一個(gè)多月成功預(yù)測出26#錐箱軸承事故隱患，避免了更大的損失，保障了生產(chǎn)的順利進(jìn)行。

4.小結(jié)

與最初依靠五官檢測的點(diǎn)檢方法不同，測振系統(tǒng)的應(yīng)用將語言無法表達(dá)清楚的感覺完全數(shù)字化，有了準(zhǔn)確數(shù)據(jù)為依靠，診斷結(jié)果更加可信.此外利用測振技術(shù)加強(qiáng)了對設(shè)備的監(jiān)控，豐富了點(diǎn)檢人員的檢測手段，提高了設(shè)備故障發(fā)現(xiàn)的幾率，延長了預(yù)知維修的準(zhǔn)備時(shí)間，同時(shí)也為合理安排生產(chǎn)提供了時(shí)間。測振技術(shù)的廣泛應(yīng)用，確保了設(shè)備高效穩(wěn)定的運(yùn)轉(zhuǎn)，也為企業(yè)創(chuàng)造了可觀的經(jīng)濟(jì)效益。

參考文獻(xiàn)：

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作者簡介：劉忠，本科學(xué)歷，工程師。