冶金軋鋼設(shè)備維修與故障排除技術(shù)研究

李 嘯

（承德鋼鐵集團有限公司，河北 承德 067000）

工業(yè)技術(shù)與企業(yè)的發(fā)展越來越迅速，冶金行業(yè)對冶金軋鋼設(shè)備的檢測與安全管理越來越重要。冶金軋鋼設(shè)備的安全管理與維護是保證冶金行業(yè)穩(wěn)定運行的基礎(chǔ)[1]。在工業(yè)冶煉過程中，冶金軋鋼設(shè)備受外力作用或在自然環(huán)境的影響下，會產(chǎn)生磨損與損耗，導(dǎo)致設(shè)備的使用性能與安全性能降低[2]。冶金軋鋼設(shè)備的損耗主要受使用時間與使用強度影響，及時地對設(shè)備進行檢測與維修，能夠減小設(shè)備的損耗，提高冶金軋鋼設(shè)備的使用壽命[3]。冶金軋鋼設(shè)備的維修方式主要有兩種，預(yù)防維修與故障后維修[4]。預(yù)防維修指在設(shè)備發(fā)出故障信號前，以檢查為主要工作內(nèi)容，依據(jù)以往設(shè)備損耗規(guī)律，定期對設(shè)備進行排查[5]。監(jiān)測冶金軋鋼設(shè)備的振動信號變化與故障監(jiān)控統(tǒng)計量的變化，制定設(shè)備預(yù)防維修方案，預(yù)防故障的發(fā)生[6]。故障后維修通常指在機械設(shè)備出現(xiàn)損壞無法繼續(xù)使用，根據(jù)設(shè)備的故障特點，專業(yè)維修人員對其設(shè)備進行有針對性的維修，消除設(shè)備故障帶來的安全隱患[7]。冶金軋鋼設(shè)備出現(xiàn)故障的原因有很多，無法逐一排查，只能通過相應(yīng)的措施減少故障的發(fā)生。設(shè)備故障排查技術(shù)是指在不拆卸設(shè)備的情況下，利用相關(guān)的儀器工具，檢測計算出設(shè)備異常情況的參數(shù)，與正常工況下的參數(shù)進行對比分析。通過排查出的設(shè)備故障，制定相應(yīng)的設(shè)備維修管理措施，及時維護設(shè)備的安全運行。

1 冶金軋鋼設(shè)備維修與故障排除技術(shù)

隨著工業(yè)技術(shù)與企業(yè)的日益發(fā)展，冶金軋鋼設(shè)備的安全問題不可忽視。本文提出了基于KICA的冶金軋鋼設(shè)備維修與故障排除技術(shù)，具體流程如圖1所示。

圖1 基于KICA的冶金軋鋼設(shè)備維修與故障排除流程圖

通過核函數(shù)映射的方式將監(jiān)測的故障數(shù)據(jù)映射到特征空間，計算出設(shè)備故障監(jiān)控統(tǒng)計量；對數(shù)據(jù)進行預(yù)處理，再得出最優(yōu)核判別向量；為設(shè)備故障數(shù)據(jù)建立最優(yōu)核判別向量庫，對設(shè)備發(fā)生的故障類型進行判別，最終采取相應(yīng)的故障維修措施維修故障設(shè)備。

1.1 基于KICA計算故障監(jiān)控統(tǒng)計量

傳統(tǒng)的冶金軋鋼設(shè)備維修與故障排除技術(shù)不能及時地對設(shè)備故障進行排除處理，對故障排除的準(zhǔn)確率較低。因此，提出了基于KICA的設(shè)備維修與故障排查技術(shù)。KICA的原理是把監(jiān)測到的故障數(shù)據(jù)以非線性的方式映射到一定的特征空間中，再利用ICA方法提取冶金軋鋼設(shè)備的獨立元件。將正常工況的設(shè)備測量數(shù)據(jù)X=[x1,...,xN]T，應(yīng)用于非線性函數(shù)中，得到其中，φ為原始空間X到特征空間的映射，L為核函數(shù)。利用KICA方法采集I2、 、SPE建立設(shè)備故障監(jiān)控統(tǒng)計量，以第次采樣進行分析，三個故障監(jiān)控統(tǒng)計量為：

其中，I2表示故障監(jiān)控系統(tǒng)性變化；表示故障監(jiān)控非系統(tǒng)性變化；SPE表示監(jiān)控一般性故障引起的非系統(tǒng)性變化；表示故障主導(dǎo)獨立成分幅值； 表示故障次要獨立成分幅值。由于故障監(jiān)控中的獨立成分是依據(jù)非高斯分布的，所以在研究中通過核密度計算確定三個故障監(jiān)控統(tǒng)計量的控制限。核密度的計算公式為：

其中，為設(shè)備故障監(jiān)控系統(tǒng)中概率密度函數(shù)；h為設(shè)備故障平滑程度；k(u;h)為故障監(jiān)控核函數(shù)。獲取到冶金軋鋼設(shè)備故障的三個監(jiān)控統(tǒng)計量I2、、SPE的值后，按照相同的方法計算正常工況下的三個監(jiān)控統(tǒng)計量值。

1.2 對比監(jiān)控統(tǒng)計量排除設(shè)備故障

根據(jù)上述計算得出設(shè)備故障監(jiān)控統(tǒng)計量，將其計算得出的故障監(jiān)控統(tǒng)計量與正常工況下的監(jiān)控統(tǒng)計量進行對比分析。由于環(huán)境因素以及各個冶金軋鋼設(shè)備間的相互作用，對得到的監(jiān)控統(tǒng)計量數(shù)值可能存在影響，因此，為了使對比監(jiān)控統(tǒng)計量更加準(zhǔn)確，需要對設(shè)備監(jiān)控數(shù)據(jù)進行預(yù)處理。根據(jù)小波包去噪的方法首先對設(shè)備中的信號進行處理，具體流程如圖2所示。

圖2 小波包去噪預(yù)處理流程

基于小波包方法，對信號進行降噪處理，將得到的監(jiān)控統(tǒng)計量數(shù)據(jù)進行轉(zhuǎn)化，轉(zhuǎn)化成以低頻信息為主的計量數(shù)據(jù)，劃分為較多層次的數(shù)據(jù)，再對高頻信號部分繼續(xù)分解，使之轉(zhuǎn)化為能夠適應(yīng)相應(yīng)頻帶的信號信息。對設(shè)備監(jiān)控統(tǒng)計量數(shù)據(jù)預(yù)處理結(jié)束后，與正常工況下的監(jiān)控統(tǒng)計量數(shù)據(jù)進行對比，最終達到冶金軋鋼設(shè)備的故障排除目標(biāo)。

1.3 改進KICA的類間距維修設(shè)備故障

基于上述，通過KICA計算得出故障監(jiān)控統(tǒng)計量，將得出的設(shè)備故障監(jiān)控統(tǒng)計量與正常工況下的監(jiān)控統(tǒng)計量進行對比，完成設(shè)備中的故障排除。通過改進KICA的類間距，最終完成故障設(shè)備的維修工作。KICA的類間距離存在很大差異，導(dǎo)致故障發(fā)生的頻率升高，保持設(shè)備的離散度不變，將KICA的類間距進行加權(quán)處理。建立最優(yōu)核判別向量庫Y，Y包含所有的設(shè)備故障類別，其表達式為：

其中，αopti表示設(shè)備故障類的最優(yōu)核判別向量； 表示共有M類故障，通過計算可以判斷設(shè)備發(fā)生故障的類別，根據(jù)Y的值確定設(shè)備發(fā)生故障的類型為第幾類故障。

根據(jù)故障的類型采取相應(yīng)的故障維修措施，常見的設(shè)備故障維修手段是診斷軸承與齒輪的表現(xiàn)形式。利用設(shè)備監(jiān)測技術(shù)對冶金軋鋼設(shè)備進行監(jiān)測診斷，避免設(shè)備出現(xiàn)故障時停止運行，影響企業(yè)的正常運作。定期維修主要依據(jù)設(shè)備軸承與齒輪失效的規(guī)律，明確設(shè)備發(fā)生故障的周期性，進而制定周期性的維修方案。加強日常對設(shè)備的養(yǎng)護，定期對冶金軋鋼設(shè)備進行維修保養(yǎng)，在設(shè)備運行過程中，采取相關(guān)的保護設(shè)備措施，也是減少冶金軋鋼設(shè)備出現(xiàn)故障的關(guān)鍵環(huán)節(jié)。

2 實驗分析

2.1 實驗準(zhǔn)備

本文實驗選用3種類型故障的冶金軋鋼設(shè)備：類型1粗軋機控制回路故障、類型2精軋機第四機架故障、類型3精軋機第二、三機架冷卻閥故障。每一種故障類型，選取兩組數(shù)據(jù)，選用100個已知故障工況下的實測數(shù)據(jù)，故障采樣間隔為10ms?；贙ICA計算故障監(jiān)控統(tǒng)計量，根據(jù)公式（1）、（2）、（3）計算出設(shè)備故障監(jiān)控統(tǒng)計量，將故障監(jiān)控統(tǒng)計量與正常工況下的監(jiān)控統(tǒng)計量進行對比，進行冶金軋鋼設(shè)備的故障排除；最后將采樣數(shù)據(jù)與故障數(shù)據(jù)的最優(yōu)核的判別向量相比較，當(dāng)二者的相似度越接近于1，則采樣數(shù)據(jù)越接近故障數(shù)據(jù)，可以判定出故障的類型，通過改進KICA類間距對設(shè)備故障進行定向維修。

2.2 結(jié)果分析

基于上述實驗準(zhǔn)備，計算出本文提出的冶金軋鋼設(shè)備的維修與故障排除方法的故障排除準(zhǔn)確率，將本文方法與傳統(tǒng)方法的故障排除準(zhǔn)確率結(jié)果，繪制成表1。

表1 兩種方法故障排除準(zhǔn)確率（%）

由表1可知，對于三種設(shè)備故障的排除準(zhǔn)確率，本文提出的基于KICA的冶金軋鋼設(shè)備維修與故障排除方法較傳統(tǒng)方法相比，對于故障的排除準(zhǔn)確率較高，平均提高了14.23%，因此，改進類間距的KICA冶金軋鋼設(shè)備維修與故障排除方法可以有效提高故障排除與維修的準(zhǔn)確性。

3 結(jié)語

本文對冶金軋鋼設(shè)備的維修與故障排除技術(shù)進行了研究分析，提出了基于KICA的冶金軋鋼設(shè)備維修與故障排除方法。此方法較傳統(tǒng)方法相比，對設(shè)備故障的類型判定的更加精準(zhǔn)，故障排除的結(jié)果更加準(zhǔn)確?；贙ICA計算故障的監(jiān)控統(tǒng)計量，與正常工況下的監(jiān)控統(tǒng)計量進行對比，排除設(shè)備運行的故障；最終改進KICA的類間距實現(xiàn)故障設(shè)備的維修，對于設(shè)備故障排除準(zhǔn)確率較高，能夠促進冶金軋鋼設(shè)備的安全運行。