基于振动监测的设备故障诊断技术在大型轧钢机械上的应用

李传鹏

摘要：振动监测设备故障诊断技术是基于多种学科产生的新型诊断技术，涉及的内容有监测设备技术原理、旋转机械振动规律、旋转机械信号特征等等，将此类技术应用在大型轧钢机械的诊断中可以有效提升诊断准确性，将故障消除在萌芽中，为轧钢厂的安全运转奠定基础。本文主要分析基于振动监测的设备故障诊断技术在大型轧钢机械上的应用。

关键词：振动监测;设备故障诊断技术;轧钢

轧钢机械是一种旋转机械，直接影响着轧钢厂的工作效率，对于轧钢机械而言，转轴组件属于其中的核心，是由联轴器、旋转轴、滚动轴承、齿轮传动件有机组成，经过长期的运行，旋转机械往往会出现异常振动，只要掌握其规律就可以准确的寻找出设备故障类型。因此，在轧钢厂中，技术人员需要科学的应用振动分析技术，掌握轧机的运行情况，及时将故障消除在萌芽中，这样才能够保障轧钢厂的安全运转。

1 .信号的识别和获取方式

机械设备在运行过程中，必然会出现振动，其振动信号中蕴含着丰富的信息，如果设备出现故障或者发生异常，振动信号也会产生变化，不同原因、不同性质、不同类型的故障引起的振动特征是不同的，表现出来的相位差别、幅值大小、能量分布、波形形状、频率成分也不同。振动信号会受到系统特性与故障类型的影响，但是，在多数情况下，故障类型并不会与振动特征一一对应，为了提升诊断的准确性，必须要采用科学的设备诊断技术。

轧钢机械的转速不恒定，功率也会出现周期性的波动，因此，其故障类型也是多种多样的，检测点、检测设备、点检时间、点检方式对于诊断准确性有重要的影响，考虑到这一因素，在进行检测时，需要考虑到几个注意事项：

第一，测量需要选择同一个测量点，否则测量结果会受到传递函数与激振源的影响，致使测量结果出现较大的偏差;

第二，在测量时，需要保障参数的一致性，一般情况下，频率超过1000Hz的振动需要应用加速度作为测量参数，100～1000Hz的诊断需要应用速度作为测量参数，10～100Hz的振动采用位移作为测量参数;

第三，在进行测量时，需要保证机器工况的一致性;

第四，使用的测量方式与仪器类型是相同的。

2. 大型轧钢机械的设备故障类型与诊断方式

根据振动性质与转子类型的不同，大型轧钢机械设备故障包括转子不对中、转子与定子摩擦、滚动轴承故障、转子不平衡等类型。

2.1 转子不对中的诊断方式

转子不对中有角度不对中、平行不对中、综合不对中三种类型，引起转子不对中的原因有地基变形、轴承支座变形、转子与制作安装有误、热不对中等等，如果出现该种问题，会出现附加弯矩。在相位特征上，如果为角度不对中，那么联轴器两端轴向振动相位差为180°，径向相位无差异;如果为平行不对中，那么转子两端径向振动相位差为180°。在振动频率上，角度不对中即同频振动突出;平行不对中会引起两倍转频。

2.2 转子与定子摩擦的诊断方式

转子与定子摩擦大多属于径向摩擦，频带范围宽，除了基频之外，还会表现出1/2、1/3、2倍与3倍谐波成分，存在削波的问题。在部分特殊状态下，还会引发固有频率振动。

2.3 滚动轴承故障的诊断方式

滚动轴承主要由滚动体、内圈、外圈、保持架组成，在进行振动诊断时，需要采用频率分析法，从理论上而言，采用频率分析法能够分析出是否存在故障，也能够判别出损坏元件的类型。研究显示，滚动轴承振动因素与安装是息息相关的，如果轴承装歪、轴承过紧、轴承过松、旋转轴系弯曲，都会导致滚动轴承发生故障。

2.4 转子不平衡的诊断方式

转子不平衡是最为常见的故障类型，配合松动、安装不良、加工误差、轴弯曲变形都是引起转子不平衡的重要诱因，不平衡振动对于转速的诊断是非常准确的，转子不平衡会表现出这样的振动特征：

在频率上，会出现转子基频;在相位上，垂直方向与水平方向的振动幅度会超过90°;柔性转子的振幅会呈现出先增大，后减小的趋势，刚性转子振幅会表现出增大的趋势。

2.5 基座与装配松动的诊断方式

只要存在松动，振动就会出现非线性的表现，其中，由于地脚松动引起的振动是最为显著的，由于零件配合松动引起的振动不明显。在频率上，基频奇数倍会突出，频谱结果呈现为梳状;在振幅上，松动导致的振动会逐渐增大，但是与转速之间无显著关系。

2.6 感应电机振动故障的诊断方式

电动机是旋转机械，如果出现故障，会表现出转子不对中、转子松动、转子不平衡、摩擦的故障，感应电机振动故障与涉及电气故障与机械故障两个内容，电压不稳定、转子与定子间隙不均匀、匝间短路也会导致电机的运行出现异常，如果在运动过程中，电动机突然断电，那么就说明其故障类型属于电气故障，否则就是机械故障。

2.7 齿轮机构振动故障的诊断方式

齿轮的运行状态影响着机组运行的稳定性，在齿轮箱之中，由于齿轮自身导致的故障是最常见的，齿轮损伤的类型有断齿、齿面磨损、齿面疲劳、齿面划痕等等，假设齿轮刚度是无限大的，齿轮在运动时不会出现振动，但是，在安装问题、制造问题等因素的影响下，即使是新齿轮，在运动过程中也会发生振动。如果齿轮发生故障，在固有频率与啮合频率上会出现一簇边频。

3. 结语

振动监测设备故障诊断技术是基于多种学科产生的新型诊断技术，其中涉及的内容有监测设备技术原理、旋转机械振动规律、旋转机械信号特征等等，将该种技术应用在大型轧钢机械设备的诊断上可以取得理想的效果。采用该种技术，能够同时测定统计域、相关域、频域、时域等，也有着理想的分析能力与预测能力，这种技术的推动既能够提升诊断准确性，减小工作人员的压力，也可以取得理想的经济效益和社会效益。

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