（机械工程专业论文）转台式振动成型机故障诊断研究.pdf

d _ ：( 、：上 ad i s s e r t a t i o ni nm a c h i n e e n g i n e e r i n g f a u l td i a g n o s i sf o rt h em o l d i n g e q u i p m e n t w i t hr o t a t i n ga n d v i b r a t i n gt y p e b yx i o n gq i o n g s u p e r v i s o r ：a s s o c i a t ep r o f e s s o rw a n gm i n g z a n n o r t h e a s t e r nu n i v e r s i t y n o v e m b e r2 0 0 7 2 独创性声明 - 。 本人声明，所呈交的学位论文是在导师的指导下完成的。论文中取得 的研究成果除加以标注和致谢的地方外，不包含其他人己经发表或撰写过 的研究成果，也不包括本人为获得其他学位而使用过的材料。与我一同工 作的同志对本研究所做的任何贡献均己在论文中作了明确的说明并表示谢 ：匕 恧。 学位论文作者签名：缝振 日 期：伽7 、i i 学位论文版权使用授权书 本学位论文作者和指导教师完全了解东北大学有关保留、使用学位论 文的规定：即学校有权保留并向国家有关部门或机构送交论文的复印件和 磁盘，允许论文被查阅和借阅。本人同意东北大学可以将学位论文的全部 或部分内容编入有关数据库进行检索、交流。 ( 如作者和导师不同意网上交流，请在下方签名；否则视为同意。) 学位论文作者签名： 签字日期： 导师签名： 签字日期： ，_，1i、 t 产 东北大学硕士学位论文摘要 摘要 大型企业的机械设备是最广泛的关键设备。这些设备一旦发生故障，将造成巨大经 济损失。这要求必须对这些设备进行状态监测及故障诊断。为此，结合中铝贵州分公司 碳素厂设备管理经验、设备及工艺特点开展设备点检制。 本文介绍了运用故障诊断技术对中国铝业贵州分公司碳素厂三个阳极成型车间的 转台式、三工位振动成型机的振动成型工位常发生故障进行原因分析。首先，结合现场 实际列举了转子、轴承和液压系统故障的现象和特点，然后，用主观诊断方法中的感官 诊断法、仪表测量检查法，分别对转子和振动重载滚动轴承故障诊断进行分析，通过分 析找出故障点和故障原因，并提出改进措施。接着，运用初步诊断和仪器测量技术对液 压系统故障诊断进行全面的分析，通过分析结果指出系统故障原因，提出解决系统故障 的可行性方案，并对设备结构进行改造，经改造后的设备在生产实际中使用效果良好。 大型企业设备众多，能够通过计算机辅助故障诊断系统的研发，提高我厂故障诊断 技术水平和效率，进一步促进设备管理向智能化方向发展。 通过本文的研究，对预防和减少设备故障有重要的意义，同时也为我厂开展以“点 检制为核心的设备管理模式 提供技术、管理、维修方面的参考依据。 关键词：故障诊断，转台式振动成型机，转子，轴承，液压系统，计算机辅助设计 ) 气 i r 、 东北大学硕士学位论文a b s t r a c t a b s t r a c t i nt h i s p a p e r ，c o n d i t i o nm o n i t o r i n ga n df a u l td i a g n o s eo fe q u i p m e n ta r e i n t r o d u c e d m e c h a n i c a le q u i p m e n ti st h e l a r g e s ta n dt h ek e yo n ei nt h el a r g e c o r p o r a t i o n i ft h e yc o m eo u tf a u l t ，t h e yw i l lb r i n ga b o u th u g ee c o n o m i cl o s e s o ， p o i n t c h e c ks y s t e mo ne q u i p m e n ti sd e v e l o p e dc o n n e c t i n gt om a n a g e m e n te x p e r i e n c e ， i n s t a l l a t i o na n dp r o c e s sc h a r a c t e ra b o u te q u i p m e n ti nm y f a c t o r y af a u l td i a g n o s i st e c h n i q u ei si n t r o d u c e dt oa p p l yi nt h ec a s ea n a l y z ef o rt h e v i b r a t i n ga n dm o l d i n gp o s i t i o ni nt h ea n o d em o l d i n gm a c h i n ew i t hr o t a t i n gt y p ea n d t h r e ew o r k i n gp o s i t i o n ，i nt h ec a r b o np l a n t ，g u i z h o ub r a n c ho fc h i n e s ea l u m i n u m c o ，l t d f i r s t l y ，i ti se n u m e r a t e dt h ef a u l tp h e n o m e n aa n dc h a r a c t e ro nr o t o r ，b e a r i n g a n dh y d r a u l i cs y s t e mi nt h ej o bs i t e s e c o n d l y ，i ti sa n a l y z e dt or o t o ra n d b e a r i n gf o r t h e i rd i a g n o s e st h r o u g hu s i n gs e n s ed i a g n o s t i ca n da p p a r a t u sm o n i t o r i n gm e t h o di n t h es u b je c t i v ed i a g n o s t i c a n dr e a s o ni sf o u n d ，c o r r e c t i v em e a s u r ei se x e c u t e d s e c o n d l y ，i ti st o t a la n a l y z e dt oh y d r a u l i cs y s t e mf o rt h e i rd i a g n o s e st h r o u g hu s i n g p r i n c i p i u md i a g n o s t i ca n da p p a r a t u sm o n i t o r i n gw a y s t h e nd i a g n o s er e a s o ni sf o u n d t h r o u g ha n a l y z i n gr e s u l t ，f e a s i b i l i t yp r e c e p ti sb r o u g h to u t s o ，h y d r a u l i cs y s t e mi s i m p r o v e da n du s i n ge f f e c ti sg o o d a tt h es a m et i m e ，t h et e c h n i q u eo fc o m p u t e r - a i d e dd e s i g nw i l lr e a l i z eo n l i n e f a u l td i a g n o s e ，w h i c hc a ni m p r o v ean e w s t e po nd i a g n o s et e c h n i q u e f i n a l l y ，i ti si m p o r t a n tm e a n i n gt op r e v e n ta n dr e d u c ee q u i p m e n tf a u l tt h r o u g h a b o v er e s e a r c h 1w i s hw h a tw eh a v ed o n ec b np r o v i d er e f e r e n c ea b o u tt e c h n o l o g y ， m a n a g e m e n ta n ds e r v i c i n gf o r “i ti st h ec o r et op o i n t - c h e c ks y s t e mf o re q u i p m e n t m a n a g e m e n tp a t t e r n ” k e yw o r d s ：f a u l td i a g n o s i s ，m o l d i n ge q u i p m e n tw i t hr o t a t i n ga n d v i b r a t i n gt y p e ， r o t o r ，b e a r i n g ，h y d r a u l i cs y s t e m ，c o m p u t e r a i d e dd e s i g n - ， 弋 ， 东北大学硕士学位论文 目录 7 1 计算机故障诊断的目标5 2 7 2 计算机辅助故障诊断整体描述5 2 7 3 计算机辅助故障诊断的形式_ 5 4 7 3 1 实现在线故障诊断的业务形式5 4 7 3 2 实现在线故障诊断的功能需求5 8 7 4 ，j 、结6 l 第8 章结论与展望6 2 8 1 本文的结论6 2 8 2 研究工作展望6 2 参考文献6 4 致谢6 7 攻读学位期间发表的论文6 8 v 东北大学硕士学位论文 目录 目录 摘要i a b s t r a c t ii 第1 章绪论1 1 1 机械设备状态监测与故障诊断概述l 1 1 1 机械设备维修体制的发展l 1 1 2 机械设备状态监测与故障诊断的目的、意义2 1 1 3 机械设备状态监测与故障诊断技术的发展概况3 1 2 工程背景及研究意义5 1 3 本文的主要内容和工作6 第2 章设备点检制实施细则8 2 1 点检的定义8 2 2 点检管理的组织机构8 2 3 点检管理的特点9 2 4 点检的种类9 2 5 点检工具9 2 6 点检制的防护体系10 第3 章铝用阳极成型机的故障分析12 3 1 阳极碳块制造工艺l2 3 2 阳极成型机的构造特点12 3 2 1 振动成型工位的结构特点13 3 2 2 振动成型工位技术性能15 3 2 3 各机构工作原理1 5 3 3 振动成型工位常见故障17 3 4 小结l8 第4 章转子与定子的故障诊断1 9 4 1 振动成型机转子与定子故障现象19 4 1 1 固定偏心块与可动偏心块的结构组成及常见故障19 4 1 2 万向联轴节的结构组成及常见故障2 1 4 2 固定偏心块与可动偏心块的故障诊断2 l 4 2 1 振动故障中转子不平衡的形式2l i i i 东北大学硕士学位论文 目录 4 2 2 固定偏心块与可动偏心块的故障诊断及改进措施2 4 4 2 3 结果分析：2 6 4 2 4 固定偏心块与可动偏心块的改进措施及效果2 6 4 3 万向联轴节的故障诊断2 8 4 3 1 振动故障中转子弯曲的形式2 8 4 3 2 转子不对中2 8 4 3 3 万向联轴节的故障诊断及改进措施2 9 4 3 4 分析结果3l 4 3 5 万向联轴节的改进措施及效果3l 4 4 小结31 第5 章振动重载滚动轴承的故障诊断3 3 5 1 滚动轴承的结构3 3 5 2 滚动轴承失效的基本形式3 4 5 3 滚动轴承故障的振动诊断3 5 5 3 1 滚动轴承的振动机理3 5 5 3 2 滚动轴承的固有振动3 6 5 3 3 承载下的滚动轴承的振动3 7 5 4 滚动轴承故障的振动诊断4 0 5 5 第6 章 6 1 6 2 6 3 第7 章 5 4 1 直观判断法4 0 5 4 2 仪器专项检测4 0 d 、结4 3 液压系统故障诊断4 4 振动台升降机构4 4 振动台液压故障及诊断方法4 4 6 2 1 振台液压故障4 4 6 2 2 液压故障诊断方法4 5 6 2 3 液压系统故障诊断步骤4 6 改进措施5 0 6 3 1 气囊式振动台的设计5 0 6 3 2 气囊式振动台工作原理5 0 6 3 3 使用效果5 l 计算机辅助故障诊断系统的研发5 2 i v 东北大学硕十学位论文第1 章绪论 第1 章绪论 1 1 机械设备状态监测与故障诊断概述 随着现代工业的进步，机器设备向大型化、高速化、连续化和自动化方向不 断发展。工业生产力的急剧变革，一方面在提高生产安全保障、提高劳动生产率 和经济效益等方面为企业发展提供了广阔的前景：另一方面则由于生产连续化、 自动化规模越来越大，设备性能指标越来越高、功能越来越多、结构越来越复杂， 因设备故障而造成的损失也成倍增长。这一客观形势要求人们应该应用当代一切 科技的新成就来发现设备的隐患，以期对设备事故防患于未然。这就使得设备的 维护、维修费用急剧增加。因此，设备的状态监测和故障诊断技术越来越受到人 们的重视并得到了迅猛的发展i l j 。 1 1 1 机械设备维修体制的发展 在产业革命初期，用于指导维修实践的理论观点是“事后维修为主”的维修思 想。事后维修( b m ) 也叫故障维修，它是不控制维修时机，通常在设备发生故障造 成停机之后才进行维修的一种设备管理机制。这种维修实际上完全是无计划的应 急措施，它是以机械设备出现功能性故障为基础的，带有被迫停机的性质。这样 需要付出很大的维修费用和生产停顿带来的巨大损失，以及严重威胁设备或人身 安全。随着产业革命的深入和科学技术的发展，“事后维修为主”的设备管理维修 制度己不能促进生产的发展，被更为先进的“以预防为主”的维修制度所取代【2 1 。 “以预防为主”的维修制度及预防维修( p m ) ，是以机件磨损规律为基础，并且 把机件的磨损或故障作为时间的函数。因此，定期维修就成为预防维修的基本方 法，它是根据对机器的维修经验、故障历史资料，以时间为基础的维修方式。“以 预防为主”的维修思想及其相应的维修制度，在近几十年来基本处于主导地位， 在保证各种机械设备发挥其效能中起到了积极的作用。但是随着现代工业的飞速 发展，市场竞争日趋激烈，这种定期维修的设各管理模式导致了维修费用的大幅 上扬。因为它不是根据机器的实际状况进行维修，而是采用“一刀切”的大拆大卸 的方法，这样不仅人为的增加了机器的停机次数和时间，且不利于充分发挥机器 ，、 东北大学硕士学位论文第1 章绪论 的固有可靠性，这也是通常所说的过剩维修。随着科学技术的发展，机械设备的 改进、维修技术和设备管理水平的提高，新的设备管理维修思想、维修制度在不 断的形成。“以预防为主的维修思想及相应的管理制度正日益显现其优越性。 预知维修( p d m ) 也叫预测维修，它是以设备的实际工作状况为基础的，即通过先 进的科学仪器监测机器的失效部件发出的信息，并识别故障根源和故障程度，以 预计维修的时机，减少机器的损坏程度和对生产的影响。这就要求我们必须采用 先进的设备管理手段来弥补过于依靠技术人员经验的传统设备管理维修模式的 不足，从而提高设备管理水平i j j 。 1 1 2 机械设备状态监测与故障诊断的目的、意义 机械设备状态监测和故障诊断( c o n d i t i o nm o n i t o r i n ga n df a u l t sd i a g n o s i s ) 就 是建立在机械工程、测试技术、信号处理、计算机应用技术、人工智能等众多理 论基础上的新兴综合性科学技术。它是通过多设备状态参数的采集，经过仪器的 分析处理和与标准参数进行对比，定量的掌握设备状态，预测设备的可靠性，判 断设备是否存在故障。状态监测和故障诊断的基本内容包括：设备运行状态的监 测、设备运行状态的趋势预报、故障类型、部位、原因的确定以及指出应采取相 应的解决措施。机械设备状态监测和故障诊断目的可归为以下三个方面： ( 1 ) 能及时地、正确的对各种异常状态或故障状态做出诊断，预防或消除故障， 对设备的运行进行必要的指导，提高设备运行的可靠性、安全性和有效性，以期 把故障损失降低到最低水平。 ( 2 ) 保证设备发挥最大的设计能力，制定合理的监测维修制度，以便在允许的 条件下充分挖掘设备潜力，延长服役期限和使用寿命，降低设备全寿命周期费用。 ( 3 ) 通过监测诊视、故障分析、性能评估等，为设备结构修改、优化设计、合 理制造及生产过程提供数据和信息【2 j 。 加强状态监测与故障诊断工作既是保证设备的安全可靠运行，又是为获取更 大的经济效益和社会效益。对于许多事故，都是可以防患于未然的，这也就是设 备故障诊断所要解决的问题【4 j ： ( 1 ) 现代化生产设备向大型化、连续化、快速化、自动化方向发展，一方面在 提高生产率、降低成本、节约能源和人力等方面带来很大好处：但另一方面，由 于设备故障率增加和因设备停工而造成的损失却成十倍，甚至成百倍的增加，维 修费用也大幅度增加。 2 东北大学硕士学位论文第1 章绪论 ( 2 ) 高新技术的采用对现代化设备，特别是航天、航空、航海、核工业等部 门对安全性、可靠性提出了越来越高的要求，多年来航天、航空、核电站的多次 事故更说明了其故障诊断的迫切性。 ( 3 ) 现有大量生产设备的老化要求加强安全监测和故障诊断。许多老设备、 老机组，服役己接近其寿命期，故障率增加，有的甚至超期服役，全部更新经济 负担很重，此时如有完善的故障诊断系统，将能延长设备的使用期。 ( 4 ) 维修人员的高龄化和经验丰富的年轻设备维护人员的培养也是许多工业 化国家所关心的问题。故障诊断专家系统将能部分的解决这一困难。利用人工智 能理论和方法，将有经验的维护人员关于故障诊断的经验和知识加以系统化，形 成故障诊断专家系统的知识库，将有利于故障诊断知识的积累扩大。 ( 5 ) 状态维修或预知维修体制( c o n d i t i o nm a i n t e n a n c eo rp r e d i c t i v e m a i n t e n a n c e ) 近年来在发达工业国家已开始实行，即着眼于设备的具体技术状况， 一反定期维修的常规而采取定期监测，对设备运转情况的发展密切追踪监测，仅 在必要时才进行维修。这种基于状态监测的视情维修在减少事故和降低维修费用 等方面都大大提高了经济效益，因而取得了成功。开展设备的状态监测与故障诊 断具有极为重大的意义，它可以预防事故，保证人身和设备的安全，推动设备维 修制度的改革，从预防维修制度向预知维修制度逐步过渡，减少事故损失和停产 损失，节约维修费用，使经济效益得以提高。 1 1 3 机械设备状态监测与故障诊断技术的发展概况 1 9 6 7 年4 月，在美国宇航局( n a s a ) 的倡导下，成立了美国机械故障预防小组 ( m f p g ) ，开始了有组织有计划的对诊断技术的专题研究。很多学术机构如美国 机械工程师学会( a s m e ) 、政府部门如国家标准局( n b s ) ，国家锅炉及高压容器监 测中一l , ( n b b i ) 以及一些高等院校和企业公司都参与或进行了与本行业有关的诊 断技术的研究，取得了大量的成果。与此同时还出现了一些专业性的诊断仪器和 监测系统制造厂商，例如美国西屋公司的“移动诊断中心( m o b i l ed i a g n o s i s c e n t e r ) ”；美国中央发电部的“透平监测设备( t u r b i n es u p e r v i s o r ye q u i p m e n t ) ”和 “试验设备监测( t e s te q u i p m e n tm o n i t o r i n g ) ”；恩泰克公司的“设备监测和预防维修 系统( e q u i p m e n tm o n i t o r & p r e v e n tm a i n t e n a n c es y s t e m ) ”；c s i 工业设备有限公司 的“预测维修系统( p r e d i c t i v em a i n t e n a n c e ) ”等。目前，在航空、航天、军事、核能 等尖端部门，美国的诊断技术仍处于世界领先地位。 3 东北大学硕士学位论文第1 章绪论 6 0 年代末7 0 年代初，在英国以r a c o l l a c o t t 为首的英国机械保健与状态监测 协会( m i m g & c m a ) 在发展和推广设备诊断技术方面做了大量的工作。l9 8 2 年曼 彻斯特大学创立了沃森工业维修公司( w i m u ) 和斯旺西大学的摩擦磨损研究中心 在诊断技术研究方面都享有盛誉。在核发电方面，英国原子能机构( u k a e a ) 下设 一个系统可靠性服务站( s r s ) 从事诊断技术的研究，包括利用声发射技术对炉体 进行监测，以及对锅炉、压力容器、管道的无损检测等，达到了英国故障数据中 心的作用。英国在摩擦磨损、汽车、飞机发动机监测和诊断方面具有领先地位。 设备诊断技术在欧洲其它一些国家也有很大发展，如瑞典s p m 仪器公司脉冲 冲击法、电子听诊、轴承监测技术：a g e m a 公司的红外热像技术；丹麦b & k 公司 的振动传感器、回转机械监测仪、声发射( a e ) 技术；挪威船舶研究所海军技术中 心的多种船舶监测程序软件和仪器系统；德国a l l i a n z t e c h n i c h 研究所的振 动分析仪、故障原因分析、回转机械监测技术等都各有特色。 日本的诊断技术在7 0 年代中期起步，在某些民用工业，如钢铁、化工、铁路 等部门发展很快，占有较大的优势。他们密切注意世界性动向，积极引进消化先 进技术，努力发展自己的诊断技术，同时注意研究本国的诊断仪器。自1 9 7 1 年日 本设备工程师协会成立了t p m ( 全员生产维修) ，与1 9 7 6 年基本达到实用阶段。日 本机械维修学会、计测自动控制学会、电器学会、机械学会也相继设立了自己的 专门研究机构。东京大学、京都大学、早稻田大学等高等学校着重于基础性理论 研究，其他民办企业，如三菱重工、川崎重工、日立制作所、东京芝浦电气等以 企业内部工作为中心开展应用水平较高的实用项目，如三菱重工的“旋转机械保 健管理系统( m a c h i n e r yh e a l t hm o n i t o r i n g ) ”在汽轮发电机组故障监测和诊断方面 仪器到了有效的作用。 我国7 0 年代末已有一些院校和科研单位着手研究诊断技术，而真正的起步应 从1 9 8 3 年南京首届设备诊断技术专题研讨会开始。1 9 8 3 年国营工业交通设备管 理试行条例中正式把设备诊断技术列入企业管理法规。此后我国政府有关管部 门曾多次组织外国诊断技术专家来华讲学，如1 9 8 3 年秋日本新日铁的丰田利夫、 1 9 8 4 年春瑞典s p m 公司的布朗等，对宣传、推广诊断技术的应用起到了良好的作 用。与此同时诊断技术的学术研究也在一些高等院校和科研机关广泛开展起来， 取得了不少可喜的成果。如今从单一的诊断技术发展到重视有关技术、经济、管 理的诊断系统工程；在信号处理方面采用快速傅立叶变换( f f t ) 为核心的稳态、线 性的传统方法发展到对瞬变、非平稳、非线性信号分析具有突出优点的小波 ( w a v e l e t ) 分析和分形( f r a c t a l ) 几何方法；在油液监测技术及红外线与电气诊断等 4 产 东北大学硕十学位论文第1 章绪论 方面都有了很大的提高；在声学诊断与无损监测方面挖掘出更多潜力。但是，在 应用上同发达国家相比还有一定的差距，主要表现在这些成果多局限于某些设备 的局部故障，所研制的诊断仪器品种单一、功能不全、精度不高、可靠性差、通 用性差、推广不及时也不够广泛。设备诊断技术作为一项新兴的边缘科学， 不少内容还有待开发，发展前景十分光明1 5 】。 我国故障诊断技术在8 0 年代初期主要用于石化、冶金及电力等行业，进入9 0 年代后，这一技术迅速渗透到国民经济的各个主要领域，交通、矿山、化肥、能 源、航空、航天、核工业等行业先后开展了诊断技术的研究、开发与应用工作。 特别是在石化、冶金、电力等行业的应用已经相当普及，仅在电力行业，目前已 装备的国产监测与诊断系统已达近百套。在这些系统中有些系统的性能已达到或 接近国际先进水平。 设备诊断技术的研究工作目前国内外远远领先于这一技术的工程应用。首先 在研究队伍上形成了相当大的规模，全国有近百家高等院校、科研院所从事故障 诊断技术的研究工作，研究人员有几千人之多。目前在国内已形成了十多个水平 较高、有一定规模的诊断技术研究机构，像西安交大、哈工大、清华、浙大、上 海交大、华中理工大学、东北大学、北京科技大学等单位，他们对国内外诊断技 术的研究工作起到了重要的领导与促进作用，今后仍将发挥重要的作用。目前比 较成功的状态监测技术有美国电力研究所发电机组运行状态检测系统：北京昆仑 中大工控技术发展有限公司航天部运载火箭山西发射场火箭燃料储存状态检测 系统及卫星用容器检测系统等。 现在科学技术特别是计算机技术的飞速发展为诊断技术的发展提供了良好 的机会。各种新型的传感技术不断出现，信号分析手段不断增多与完善。以前难 以解决的信号分析或故障识别问题由于高速、经济、大容量计算机的出现而变得 容易起来。特别是分布、并行处理技术的发展更使这些问题的解决变得容易。因 此，诊断技术的发展将同这些新技术的发展密切相关，并将变得更加迅速。 1 2 工程背景及研究意义 故障诊断技术是依据设备在运行过程中，伴随故障产生的振动、噪声、温度、 压力等物理参数的变化来判断和识别设备的工作状态和故障以便对故障的危害 进行早期预报、识别，防患于未然，从而做到预知维修，保证设备安全、稳定运 行，避免“过剩维修”造成的不经济、不合理现象。 5 东北大学硕士学位论文第l 章绪论 中国铝业贵州分公司是2 0 0 2 年2 月从被誉为中国铝业“排头兵”的贵州铝厂分 立出来的。分立后的贵州分公司拥有原贵州铝厂从采矿到冶炼整个主体生产部分 和优良资产。目前，分公司资产总额为7 1 2 4 亿元，股东权益2 5 1 7 亿元。贵州分公 司现拥有“渲亟盥”氧化铝制品、“堡选监”铝制品、“皇垂蝗”碳素制品等三大系列 3 0 多种产品。其中，砂状氧化铝为国内首创，高纯铝为国内独家生产；重熔用铝 锭产量居全国第一，十种产品分获省、部、国优称号。企业通过i s 0 9 0 0 2 质量体 系国家认证，是国家一级计量企业，国家级企业技术中心，无泄露工厂；优质产 品产质率达9 5 以上，产品产销率连年保持1 0 0 。至u 2 0 0 6 年，通过加快技术改造 使我们的生产规模达到：氧化铝1 2 0 万吨年、电解铝4 0 万吨年、预焙阳极2 5 万吨 年、阴极制品2 2 万吨年、精铝5 0 0 0 吨年、高纯铝2 0 吨年、金属镓l o 吨年的综 合生产能力。 大型企业的机械设备是最广泛的关键设备。这些设备一旦发生故障，将造成 巨大经济损失。这要求必须对这些设备进行状态监测及故障诊断。为此，遵照中 国铝业股份有限公司建立“以点检制为核心的设备管理模式”实旌方案1 6 j ，结合 碳素厂设备管理经验、设备及工艺特点开展设备点检制。 碳素厂三个阳极成型车间的转台式、三工位振动成型机是碳素阳极块生产的 主要设备，其结构复杂，集机、电、液、气为一体的现代化设备。这些设备一旦 发生故障，将造成巨大的经济损失。本文针对振动成型工位常发生故障进行原因 分析，介绍故障诊断方法，运用故障诊断技术判断故障原因，并采取必要的加强 和改进措施，对全厂预防和减少设备故障起到以点带面的作用，同时也为我厂开 展以“点检制为核心的设备管理模式”提供技术、管理、维修方面的参考。 1 3 本文的主要内容和工作 论文共分成六章，第一章具体介绍机械设备状态检测与故障诊断的目的和意 义，从机械设备维修体制的发展，介绍故障诊断技术在我厂设备管理和提高设备 使用性能上的作用，并强调其研究意义。第二章介绍中国铝业贵州分公司碳素厂 为提高设备使用寿命，推行设备点检制以判断设备故障，将“预防检修一过渡到 “预知检修 的管理模式。重点介绍了故障诊断使用技术装备和所能达到的精度。 第三章介绍碳素阳极振动成型机的工作原理和构造，对经常发生的故障进行统计 分类。第四章对振动成型机转子与定子发生的故障进行详细的分析，将成型机的 关键部分的可动偏心块和固定偏心块的故障机理、万向联轴节的故障机理，分别 6 东北大学硕士学位论文第1 章绪论 归类为转子不平衡和不对中的形式，用直观判断法和仪器测量法相结合去判断设 备故障，通过图表分析得出故障原因和发展趋势，找到故障原因后进行检修处理， 并提出整改措施。第五章分析振动成型机重载滚动轴承故障机理。首先介绍滚动 轴承的结构组成，然后介绍滚动轴承失效的基本形式和故障的振动判断。后来用 直观判断法和仪器测量法相结合去判断设备故障，通过图表分析得出故障原因和 发展趋势，找到故障原因后进行检修处理，并提出整改措施。第六章对振动台液 压故障进行具体详细的分析，结合实际运用诊断学的初步诊断方法和仪器专项检 测技术对液压故障进行诊断分析，找出故障原因是系统设计的不合理，提出可行 性方案对系统进行改造，通过生产实践使用，效果良好。第七章由于大型企业现 代化、规模化程度越来越高，建立故障诊断数据库以提高企业现场故障诊断的技 术的要求越来越迫切，介绍建立数据库必需的在线故障诊断业务形式和模块，通 过这一技术的开发，对企业故障诊断技术的发展有积极的促进作用。第八章总结 与展望。 7 东北大学硕士学位论文第2 章设备点检制实施细则 第2 章设备点检制实施细则 2 1 点检的定义 设备点检是一种科学的设备管理方法，它是利用人的五官或简单的仪 器工具，对设备进行定点、定期的检查，对照标准发现设备的异常现象和 隐患，掌握设备故障的初期信息，以便及时采取对策，将故障消失在萌芽 阶段的一种管理方法。点检制是在设备运行阶段开展的一种以点检为核心 的现代维护管理体系，称做设备全员维护( t p m ) ，它强调的是设备的动态 管理。 2 2 点检管理的组织机构 点检管理的组织机构如图2 1 所示 图2 1 机构简图 f i g 2 1s k e t c hm a pf o rp e o p l e so r g a n i z a t i o n 8 东北大学硕士学位论文第2 章设备点检制实施细则 2 3 点检管理的特点 设备点检管理完全改变了传统设备检查的业务结构，改变了业务层次 和业务流程，是一种不同的基础管理形式。其主要特点如下： ( 1 ) 实行全员管理 t p m 是点检工作的基础，是点检制的基本特征。没有生产工人参加的 日常点检活动，就不能称之为点检制。 ( 2 ) 专职点检员按区域分工进行管理 机械、电气、仪表专业，按工作量大小实行区域分工，这是点检制的 实体，点检制的核心和点检活动的主题。 ( 3 ) 点检员是管理员 点检制的精髓是管理职能中心的下移，把对设备管理的全部职能按区 域分工的原则落实到点检员。 ( 4 ) 点检是一整套科学的管理工程 点检是按照严密的规程标准体系进行管理的。没有点检的4 大标准， 就不能科学的进行点检，这是点检的科学依据。 ( 5 ) 点检的动态管理 点检制的传统的静态管理方法推进动态管理方法。因此，点检定修 是一套制度的两个侧面。点检中发现的问题要根据经济性、可能性，通过 日修、定修、年修计划加以处理，减少了大、中、小修的盲目性，把问题 解决在最佳时期的动态管理中。 2 4 点检的种类 按周期和业务范围可以分为：日常点检、定期点检和精密点检。三种 点检的最显著的区别是：日常点检是在设备运行中由操作人员完成的，而 定期点检和精密点检是由专职点检员来完成的。点检种类见表2 1 。 2 5 点检工具 因点检工作的需要，各类点检员要求携带以下规定工具： 机械点检员：听针、手电筒、点检棒、扳手、螺丝刀、测温仪、测厚 9 东北大学硕士学位论文第2 章设备点检制实施细则 仪、测振仪。 电气点检员：除了机械点检员的8 种外，另加电笔、尖嘴钳。 仪表点检员：电笔、万用表、螺丝刀、扳手、手电筒、尖嘴钳。 检测仪器的规格和适用范围如表2 2 所示。 表2 1 点检种类表 t a b l e 2 1p h y l e t i ct a b l eo np o i n t c h e c km e t h o d l 2 3 测温仪m s 红外测温仪 测厚仪b m 3 0 测振仪 t v 3 0 0 3 2 - 4 3 0 1 o 2 2 5 0t a m ( 钢中) 材料厚度 lo h z 一5 0 0 h z 2 6 点检制的防护体系 点检制实行的是“三位一体”制，即：运行人员的日常点检，专业人员 的定期点检和专业技术人员的精密点检相结合，3 个方面的人员对同一设 备进行系统的维护、诊断和修理。 点检的“五层防护线”是日常点检、专业定期点检、专业精密点检、技 术诊断与倾向管理、精度5 能测试检查相结合，形成保证设备健康运转的 防护体系，如表2 2 所示。 1 0 东北大学硕十学位论文 第2 章设备点检制实施细则 表2 2 点检制的5 层防护体系 t a b l e 2 2f i v el e v er sd e f e n d i n gs y s t e mo np o i n t - c h e c ks y s t e m 东北大学硕士学位论文第3 章铝用阳极成型机的故障分析 第3 章铝用阳极成型机的故障分析 3 1 阳极碳块制造工艺 预焙阳极的制造流程包括原料准备、煅烧、混捏、成型、生电极、焙烧、阳 极组装等步骤。振动成型法的原理是碳素糊料靠振动台下面的振动器产生振幅小 ( 2 - - - - 4 m m ) ，频率高( 14 0 0 - - 2 0 0 0 次m i n ) 的强迫振动，使糊料受到多变加速 度运动。糊料间、糊料与模壁间的内摩擦力、外摩擦力、粘结力大幅度降低，从 而糊料流动性增强，这样具有重液体性质，呈斜坡堆积的料面很快“流淌”成平面， 跳跃着的糊料迅速充填到模具的各个角落，较小的颗粒充填到大颗粒的空隙中 去，而逐渐达到密实，与此同时再借助作用在糊料表面上适当的重锤接触比压( 即 单位横截面上所受重锤的压力，一般为l - - 2 5 k g c m 2 ) ，加强糊料的密实程度。 如果生碳块中夹带的空气可通过抽真空排除，从而大大减小气孔度。通过上述工 艺流程形成了电解铝用生阳极1 7 j 。 3 2 阳极成型机的构造特点 振动成型机是碳素阳极块生产的主要设备，主要用于电解铝用阳极炭块的振 动成型，它的质量直接关系到电解槽的运行寿命及铝锭的生产成本。阳极成型机 是由三个主要作业工位及其它辅助系统构成为一体的大型专用设备。该成型机采 用回转式结构，将三个作业工位即：加料称量、振动成型、脱模推块工位分别按 相隔1 2 0 0 位置均布在一个回转直径为矽4 0 0 0 m m 的圆周上作业时，三个工位同时 操作，即：第一工位进行加料称量的同时，第二工位在进行振动成型，而第三工 位则将成型后的炭块进行脱模并将其推出，这就形成了单块炭块的生产周期。每 个生产周期依次循环下去，就形成周期性连续自动生产作业。 旋转工作台共由六个单位平台组成，其中，三个为作业工作台三个为辅助工 作台，工作台与辅助工作台交叉配置，同样也均布在影4 0 0 0 m m 的回转圆周上， 每个作业工作台上放有一个供成型用的模套，其中一个辅助工作台上设置了一个 供重锤加热的加热器。第一工位设置了由振动给料机和料斗称组成的加料称量系 统，第二工位设置了由振动传动装置、振动台、重锤及提升装置和抽真空装置构 1 2 ， 东北大学硕士学位论文第3 章铝用阳极成型机的故障分析 成的振动成型系统；第三工位设置了由提模和推块机构构成的脱模推块系统。成 型机的本体由平台立柱、旋转工作台及转台驱动装置组成。在各辅助工作台的上 方设置了一套供模套加热用的加热系统。另外，还设置了一套液压系统和一套喷 油雾空压系统供成型机专用。对成型机进行集中控制的操作室配制在成型机旁。 为了了解成型机的生产情况，在三个作业工位处还分别设有三套工业电视监视 仪。在成型机第三工位的碳块推出处设有一套碳块测高装置以供检测碳块质量。 整个机组把机、电、液、气集为一体，自动化程度高，结构布置紧凑合理【引。 其外形图如图3 1 所示。 图3 1 阳极转台式振动成型机结构原理图 f i g 3 1s c h e m a t i cd i a g r a mo fs t r u c t u r ef o ra n o d em o l d i n ge q u i p m e n tw i t hr o t a t i n ga n d v i b r a t i n gt y p e 3 2 1 振动成型工位的结构特点 振动成型工位为成型机的第二作业工位，也是成型机的关键生产工位，其主 要作用是将松散的阳极糊料加工成具有一定视观密度和一定外形尺寸的阳极炭 块。其生产原理是将可塑性的糊料放在能产生高频振动和激振力的振动台上，用 高频振动时糊料呈现流态化，从而大幅度降低糊料颗粒间的内摩擦力及其与模壁 间的外摩擦力，同时再借助作用在糊料表面上适当的压重，使能得到视观密度和 机械强度更高的阳极炭块。 1 3 东北大学硕士学位论文第3 章铝用阳极成型机的故障分析 该工位共由振动传动装置、振动台、重锤及提升系统和抽真空气动系统组成。 当旋转工作台将装有糊料的模套从一工位转至二工位时，振动台托起模套升起并 卡紧使之脱离旋转工作台，同时重锤带着真空罩下降，待重锤落到糊料表面时， 真空罩已将模套罩住并抱紧进行抽真空作业，随后振动台开始振动，经振动一段 时间后，振动停止。释放真空后，真空罩与模套松开，重锤连同真空罩提升，同 时振动台与模套的夹紧松开，并托住模套一起下降至旋转工作台上，整个成型过 程完毕。工作台转动，将成型完的模套转至第三工位，另一个装有糊料的模套又。 转至第二工位进行下一个周期的成型作业。该工位各机构的动作均为连锁自动控 制，衔接紧凑，效率高。如图3 2 所示。 i l 、口口 liliil _ li 柚一 刁r 桫r 劾往 、 iilh il lfjiff 黟 融一巡法堋厂、r、叶雠胡 磷 i 卜 卜