在线振动分析在高线精轧机故障诊断中的应用

摘要：利用测振技术对高速设备进行故障诊断分析，实现设备维护的预知性，并通过实例介绍了判断轧机设备的故障源和故障程度的过程及经验。

关键词：设备故障诊断；锥齿轮箱；轧机

安钢第一炼轧厂高线机组是与方坯工程配套建成的一条精品线材生产线，采用了国内外先进技术与轧制工艺。整条高线机组共有30架轧机，其中包括粗、中轧平立轧机14架，预精轧机4架，精轧机8架，减定径机4架。设计最高轧制速度150m/s，实际最大轧制速度120m/s，保证轧制速度112m/s。全线配有6个活套、3台飞剪和在线自动测径装置。全线采用控制冷却新工艺。设有五套控冷水箱大风量强冷式延迟型散卷冷却线，并带有可开闭的绝热保温罩，既可进行低温轧制强制冷却，实现索氏体处理，又可实现缓冷却，从金相组织到冶金性能，均可获得用户满意的最终产品。

由于设备使用效率的提高，无形中加大了设备检修和维护的难度，尤其是精轧机组经常出现突发设备事故，产生大量设备热停时间。每架轧机都有可能由于润滑或者负载等问题突然导致轴承失效从而造成整条生产线事故停车。只依靠传统的听、摸、看方法已不能满足预知维修和合理调度生产的需求。如何真正实现对精轧机组设备维护的预知性，及时消除设备隐患成为一个急待解决的问题。为了解决这一难题，安钢第一炼轧厂于2006年针对精轧机组投用了在线实时测振系统。

1.基本原理

在线实时测振系统以电子传感、计算机记录、辅助分析为主要功能，由加速度传感器将设备瞬时振动的模拟值转换为电信号，传输给计算机进行记录和分析，在监视器上还原成数字信号并以图像的形式显示出来。通过对设备的加速振动在不同时间和频率范围内的变化来分析判断设备故障部位及损坏程度。这套在线监测系统投用后多次对精轧机组设备故障成功报警，使精轧机组真正实现了计划性维护，整个高线组也在2007年创下了年产 81.6万吨的国内单线最好纪录。下面以精轧机组26#锥箱故障诊断为例介绍测振技术在高线设备上的应用。

2.在线检测及诊断分析

作为高线主要轧制设备的精轧机组，采用的是8架230锥箱45°顶交形式排列，主轴转速在3000r/min左右，存在转速高、设备事故突发率高、维修困难等特点。

2009年7月23日，点检人员发现26#轧机测振监视值异常，结合五官检测，听出26#轧机主轴轴承有“哗……哗”的金属音，空载时声音更清晰，随后调出测振波形数据进行分析，查找故障源。当天的时域波形有明显的冲击信号，周期性冲击信号间隔为0.021S，对应频率为47.619Hz，与主轴的转频（46.34 Hz）基本一致； 7月28日冲击间隔更为清晰明显，故障程度持续发展。7月23日精轧机23#锥箱主轴的转频（46.34Hz）所对应的幅值为18.122m/s?，并伴有2、3倍高次谐波，与9月10日频域图幅值（0.133m/s?）相比增幅巨大，说明23#锥箱主轴上的轴承已从早期轻微故障向严重的情况发展。在（4282Hz）附近有大量的边频出现，而且相邻幅值之间的间隔为主轴的轴频（48.828Hz）及倍频（97.656Hz），这与轴承故障的早期特征反映相似，说明23#锥箱I轴轴承可能存在故障隐患，但是大波幅的高频出现削弱了轴频及谐波区域的特征，使7月23日之前的频域对比中由于信息不充足，且频域与波形不能相互印证，而无法得出准确判断，只能继续观察。在7月28日时域图与波形图相互印证，排除了信号干扰、测振头松动等可能引起误判断的因素后，轴承故障早期特征的信息给与确定。

判断出故障源后，根据相关公式计算轴承各处频率，来判断出轴承损坏部位：

内圈旋转频率： Fi=N/60

内外圈相对旋转频率：Fr=Fi-Fo=Fi

滚动体过内圈频率：

滚动体过外圈频率：

滚动体的公转频率：

保持架旋转频率：

式中： N——主轴转速，r/min；

D——轴承节径，mm；

d——滚动体直径，mm；

Z——滚动体个数；

β——压力角（又称接触角，有时也用a）；

由已知轴承的参数计算出轴承各部位频率：内圈旋转频率Fr=46.29Hz，滚动体过内圈频率Fi=518.71Hz，滚动体过外圈频率Fo=499.67Hz，滚动体过内外圈频率Fb=190.88Hz，滚动体旋转频率Fc=22.71Hz. 根据对比各项数据，角接触球轴承滚动体过内圈频率与故障频率最为相似，可以判断为轴承内圈损坏。

3.诊断结果及验证

26#箱主轴在7月23日便存在故障隐患，至7月28日故障隐患由轻微向严重情况发展。从计算出的轴承滚动体过内圈频率与故障频率最为相似，推断故障源为角接触球轴承内圈。

2007年8月2日根据计划安排对拆下来的26#锥箱进行检查，发现锥箱主轴162250Y轴承的内圈和滚动体都有不同程度的点蚀，与诊断的结论相符，提前一个多月成功预测出26#锥箱轴承事故隐患，避免了更大的损失，保障了生产的顺利进行。

4.小结

与最初依靠五官检测的点检方法不同，测振系统的应用将语言无法表达清楚的感觉完全数字化，有了准确数据为依靠，诊断结果更加可信.此外利用测振技术加强了对设备的监控，丰富了点检人员的检测手段，提高了设备故障发现的几率，延长了预知维修的准备时间，同时也为合理安排生产提供了时间。测振技术的广泛应用，确保了设备高效稳定的运转，也为企业创造了可观的经济效益。

参考文献：

[1]苏杭主编.机械设备状态监测与故障诊断.北京：机械工业出版社，1999：176-265.

[2]易良榘编著.简易振动诊断现场实用技术.北京：机械工业出版社，2003：230-247.

作者简介：刘忠，本科学历，工程师。