（机械工程专业论文）高速线材精轧机组的振动监测与状态诊断.pdf

摘要 摘要 萍钢公司经过近十多年的年均增长4 0 以上迅猛发展，短时期内由一个年 产3 0 万吨小型钢铁企业成长为一个年产能达8 0 0 万吨的大型钢铁企业。近年来 国内国际在设备振动监测与状态诊断技术方面也积累了一些可供借鉴的有益经 验。由于轧钢高线精轧机组集成度相对较高，一旦出现故障将对整个流程性生 产秩序造成较大影响，因此开发高速线材精轧机组的振动监测与状态诊断系统 已成为当前急需解决的问题。 论文针对安源轧钢厂高速线材精轧机组，结合我厂的实际情况，选择了合 理的高速线材精轧机组的振动监测与状态诊断系统方案，逐步在我公司建立了 一套“操作人员日常点检、维修工巡检、状态管理人员的专业点检及工程技术人 员的精密点检”相结合的运行状态监测体系，并对设备运行状态进行监测诊断， 及时预报故障隐患，减少突发性故障。实行设备状态维修制度，确保生产检修 按计划进行。 关键词：高线精轧机组；振动监测；状态诊断； a b s t r a c t a b s t r a c t p i n g x i a n gi r o na n ds t e e lc o ，l t d a r e rn e a r l y10y e a r s ，t h ea v e r a g ea n n u a l g r o w t ho fo v e r4 0 o ft h er a p i dd e v e l o p m e n to fas h o r tt i m eb ya na n n u a lo u t p u to f 3 0 0 ，0 0 0t o n so fs m a l li r o na n ds t e e le n t e r p r i s e sg r o wi n t oa na n n u a lp r o d u c t i o n c a p a c i t yo f8 0 0m i l l i o nt o n n e so fl a r g e s c a l ei r o na n ds t e e le n t e r p r i s e s i nr e c e n ty e a r s ， d o m e s t i ca n di n t e r n a t i o n a ls t a t u so ft h e e q u i p m e n tv i b r a t i o nm o n i t o r i n ga n d d i a g n o s t i ct e c h n i q u e sh a v ea l s oa c c u m u l a t e ds o m eu s e f u le x p e r i e n c et od r a wo f f r o l l i n gm i l lb e c a u s eo ft h eh i g h l i n ei n t e g r a t i o ni sr e l a t i v e l yh i g h ，t h ee v e n to fa f a i l u r ew o u l db et h eo r d e ro ft h ee n t i r e p r o c e s so fp r o d u c t i o n ，g r e a t e ri m p a c t , s o d e v e l o p m e n to fh i g h s p e e dw i r er o df i n i s h i n gm i l lu n i ti nv i b r a t i o nm o n i t o r i n ga n d c o n d i t i o nd i a g n o s i ss y s t e mh a sb e c o m eu r g e n tt os o l v e p r o b l e m s p a p e rf o rh i g h s p e e dw i r er o dr o l l i n gm i l la n y u a nm i l l ，c o m b i n e dw i t ht h e a c t u a ls i t u a t i o no fo u r p l a n t ，c h o o s ear e a s o n a b l eh i g h s p e e dw i r em i l lo fv i b r a t i o n m o n i t o r i n ga n dd i a g n o s i ss y s t e mf o rt h es t a t ep r o g r a m ，s t e pb ys t e pi no u rc o m p a n y h a se s t a b l i s h e da ”d a i l yp o i n to ft h eo p e r a t o ri n s p e c t i o n ，m a i n t e n a n c em a n i n s p e c t i o n ， s t a t em a n a g e m e n to ft h ep r o f e s s i o n a l p o i n to fi n s p e c t i o na n de n g i n e e r i n ga n d t e c h n i c a lp e r s o n n e lf r o mt h e p r e c i s i o n 1 0 c a t i o n ”ac o m b i n a t i o no fc o n d i t i o n m o n i t o r i n gs y s t e m s ，a n de q u i p m e n tr u n n i n gs t a t em o n i t o r i n ga n dd i a g n o s i s ，t i m e l y f o r e c a s t sh i d d e nf a i l u r e s ，r e d u c es u d d e nf a i l u r e t h ei m p l e m e n t a t i o no f e q u i p m e n t c o n d i t i o n - b a s e dm a i n t e n a n c es y s t e mt oe n s u r et h e m a i n t e n a n c eo fp r o d u c t i o n a c c o r d i n g t op l a n k e yw o r d s ：h i g h s p e e dw i r em i l l ；v i b r a t i o nm o n i t o r i n g ；s t a t ed i a g n o s i s i i 学位论文独创性声明 学位论文独创性声明 本人声明所呈交的学位论文是本人在导师指导下进行的研究工作及取得的 研究成果。据我所知，除了文中特别加以标注和致谢的地方外，论文中不包含 其他人已经发表或撰写过的研究成果，也不包含为获得直昌太堂或其他教育 机构的学位或证书而使用过的材料。与我一同工作的同志对本研究所做的任何 贡献均已在论文中作了明确的说明并表示谢意。 学位论文作者签名( 手写) ：p 彖乏桂签字日期 年月孑 ，日 学位论文版权使用授权书 本学位论文作者完全了解直昌态堂有关保留、使用学位论文的规定，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。本人授权南昌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，可以采用影印、缩印或扫描等复制手段保存、汇编本学位论文。同时授 权中国科学技术信息研究所将本学位论文收录到中国学位论文全文数据库， 并通过网络向社会公众提供信息服务。 ( 保密的学位论文在解密后适用本授权书) 学位论文作者签名c 手瓢严京亥桂导师签名c 手瓢毳w 签字日期如哆年7 7 月p 日 签字聃：矽引瑚 第1 章引言 第1 章引言 1 1 设备振动监测与状态诊断发展概况 现代机械设备发展的一个明显的趋势是朝着大型化、高速化、连续化和自 动化方向发展。所以设备的功能愈来愈多、性能指标越来越高，组成和结构越 来越复杂，同时也就对设备管理及维修人员的素质要求也愈来愈高。设备的这 一发展趋势一方面大大促进了生产的发展，其主要表现在提高了生产率，改善 了产品质量，降低了生产成本以及大大改善了工人的劳动条件，同时也节约了 能源和精简了人员。另一方面也潜伏着很大的危机，即一旦发生设备故障所造 成的后果也越发严重，影响也愈来愈大。这一客观形势促使了机械故障诊断这 一门新的技术和学科的诞生和兴起。 对设备的状态监测与故障诊断，实际上自从有工业生产以来就已经存在。 早期人们依据对设备的触摸，对声音、振动等特征的感受，凭借工匠的经验， 可以判断某些故障的存在，并提出相应的修复措施。例如有经验的工人常常利 用听棒来判断旋转机械轴承及转子的运行状况。但是，这种简单的诊断技术在 随着科学技术飞速发展的历史时期已远不够用了。故障诊断技术上升为一门较 为系统的科学，则是在2 0 世纪6 0 年代以后才逐渐发展起来的。机械故障诊断 技术与近年来国际上电子计算机技术、现代测量技术和信号处理技术的迅速发 展密切相关。实际上现代多数工厂实行的仍然是定期检修制度，不论是设备是 否有故障都按人为设定的周期进行计划检修，一定程度上造成了设备失修或过 修，导致很大的浪费。由于诊断技术能诊断和预报设备的故障，因此在设备正 常运转没有故障时可以不停车，在发现故障征兆时能及时停车，按诊断出故障 的性质和部位，可以有的放矢地进行检修。诊断技术有非常重大的现实意义。 现代化设备技术先进、结构复杂，点检工作量大，对检测的质量要求高， 一般情况下很难依靠人的感官和经验把故障因素检查出来。对于复杂先进的设 备又是不允许随便解体检查的，有人认为，对现代化的机器进行检查时动不动 就把它拆开来看，就象医生在给病人看病时动不动就对病人开刀剖腹来检查一 样的荒唐可笑。同时，在许多工业企业经验丰富的“标准眼”、“标准耳”越来越少； 另外新招收的青年工人往往缺乏一个检查人员应有的素质和责任感，所以经验 第1 章引言 丰富的维修人员的缺乏对设备维修工作造成的压力越来越大。 最早开展故障诊断技术研究的国家是美国。美国在1 9 6 1 年开始的阿波罗计 划出现了一系列的设备故障造成的悲剧，促使美国宇航局( n a s a ) 提议下于1 9 6 7 年由美国海军研究室主持美国机械故障预防小组，积极从事故障技术的研究与 开发。 英国在上世纪6 0 年代末7 0 年代初，以r ac o l l a c o r r 为首的英国机械保健 中心开始诊断技术的开发研究。设备诊断技术在欧洲其它国家也有很大进展， 它们在某些方面具有自身特色甚至占领先地位，如瑞典的s p m 轴承监测技术， 挪威的船舶诊断技术，丹麦的振动和声发射技术，等等。 日本在某些民用工业，如钢铁、化工、铁路等部门发展得很快，占有某种 优势。他们密切注视世界性动向，积极引进消化最新技术，努力发展自己的诊 断技术，研制自己的诊断仪器。例如1 9 7 0 年英国提出了设备综合工程学后，日 本设备工程师协会紧接着在1 9 7 1 年开始发展自己的t p m ( 全员生产维修) ，并 每年向欧美派遣“设备综合工程调查团”，了解诊断技术的开发研究工作，最终于 1 9 7 6 年基本达到实用阶段。 我国由原国家经委设备管理协会结合我国国情，于1 9 8 3 年发布了国营工 业交通设备管理试行条例，1 9 8 3 年宝山钢铁集团公司和太原钢铁公司被国家定 为开展诊断技术的试点单位。1 9 8 7 年国务院正式颁布的全民所有制工业交通 设备管理条例规定，“企业应当积极采用先进的设备管理方法和维修技术，采 用以设备状态监测为基础的设备维修方法”，其后冶金、机械、核工业等部门还 分别提出了具体实施要求，使我国故障诊断技术的研究和应用在全国铺展开来。 自1 9 8 5 年以来，由中国设备管理协会设备诊断技术委员会、中国振动工程学会 机械故障诊断分会和中国机械工程学会设备维修分会分别组织的全国性故障诊 断学术会议已先后召开三十余次，极大地推动了我国故障诊断技术的发展。 萍钢公司一直以来实行的是从前苏联引进的以大、中、小修为主的计划检 修制度。n - - 十一世纪初才慢慢开始试行点、巡检为辅的初步状态监测制度。 1 2 萍钢公司发展振动监测与状态诊断技术的必要性与紧迫性 江西萍乡钢铁有限责任公司始建于1 9 5 4 年，是江西省最早建成的钢铁企业， 经过几代萍钢人的艰苦奋斗，尤其是1 9 9 7 年以后的快速发展，萍钢从只有一座 2 第1 章引言 4 0 m 3 的小高炉发展成为拥有萍钢以及控股子公司一萍乡安源钢铁有限责任公 司、全资子公司江西九江钢厂有限责任公司，具备年产5 8 0 万吨钢生产能力 的高成长现代化钢铁联合企业，是全国5 0 0 强和全国民营企业5 0 强之一。 2 0 0 7 年萍钢被列为江西省第一批重点支持企业，在江西省产业经济发展“十 百千亿工程”中，萍钢板块成为重中之重。其中萍钢发展的重点锁定在江西省唯 一沿长江布局、拥有长江江西段首座钢铁专用码头的钢铁企业九钢公司。 随着2 0 0 7 年1 0 月9 日九钢公司技术改造工程的开工，到2 0 0 9 年底，九钢 公司钢产量将达到4 0 0 万吨规模。2 0 1 0 2 0 1 5 年，萍钢计划再新增产能6 3 0 万吨， 把九钢公司建设成为一个项目装备水平先进、节能环保的江西省第三个钢铁工 业基地。 萍钢公司的近十年的发展速度来看，称得上是一个裂变式发展壮大的企业。 作为一个如此迅速发展成长的企业，萍钢与其它大多数快速发展的公司一样， 面临着内部技术人才成长速度跟不上企业发展速度的难题，若不采取措施弥补 内部技术力量供应的不足，就可能影响企业的快速发展。以本人所在的区区4 0 0 人左右的维修厂为例，到目前为止累计为九钢输送骨干人才达5 9 名，其中包括 技术骨干( 占二维修厂技术骨干的6 0 强) 。 而钢铁冶金企业设备故障率最高的往往是轧钢。要控制整个公司的设备故 障率，对于萍钢安源公司来说，降低轧钢设备的故障率就相当关键，尤其是轧 钢高速线材轧机的精轧机组的故障率。为此开发一种经济、高效的技术手段保 证轧钢高速线材轧机的精轧机组满足正常生产的需要成为萍钢公司目前非常紧 迫的课题。 湘潭高线、安阳高线、宣钢高线、唐钢高线等国内一部分高线厂精轧机组 采用了在线监测系统，在发现设备隐患方面都取得了一定成果。但是以摩根轧 机为代表的项交4 5 0 高线精轧机组，因为采用1 0 个机架紧凑布置、集中传动， 机架之间振动信号相互干扰，这样的复杂系统各种信号叠加后有时难以分别( 萍 钢公司一轧厂高线p o m i n i 精轧机组曾经就出现过相邻3 个机架同时振动大现 象) 。这是其中一个难点。同时作为高线生产的关键设备，精轧机组运行状态的 好坏往往起到了决定性作用。现场生产组织者最关心的是故障的严重程度如何、 能否继续运行下去、还能运行多久等。目前虽然少数系统配备了状态预报功能， 通过历史数据趋势分析预计往后的运行状态，但实际上机组状态发展经常并不 按照平滑曲线的状态变化。所以状态预报是目前监测诊断技术中的薄弱环节。 3 第1 章引言 1 3 论文主要研究内容 1 ) 针对安源轧钢厂高速线材精轧机组，结合我厂的实际情况，选择合理的 高速线材精轧机组的振动监测与状态诊断系统方案； 2 ) 建立一套“操作人员日常点检、维修工巡检、状态管理人员的专业点检及 工程技术人员的精密点检相结合的运行状态监测体系； 3 ) 对设备运行状态进行监测，全面收集数据( 含关键点的振动、轧制品种、 规格、轧制速度等工艺参数、温度、润滑油的清洁度含水量等) ；通过计算寻找 系统的各种特征频率，提前预报高速线材精轧机故障隐患。 图1 1 诊断过程框图 4 第2 章萍钢宜源公司高线精轧机组的特点 第2 章萍钢安源公司高线精轧机组的特点 2 1 萍多安源钢铁有限责任公司轧钢高线精轧机组简介 图2 l 精轧机组布置图 产l 点警辩蛩器 第2 章萍销安源公司岛线精轧机组的特点 彳一毋一f 一 图2 2 机架剖面图 图2 3 中h x x 表示机架赴轧制线上的编号、黑体字表示齿轮的齿数 圈2 3 高线精轧帆传动示愈图 第2 章萍钢安源公司高线精轧机组的特点 表2 1 精轧机组传动参数 单数机架 1 5 0 5 7 = 2 6 3 1 6 增速箱的增速比 双数机架 l5 0 4 6 = 3 2 6 0 9 初架 2 3 0 辊箱1 7 0 辊箱 精 增速岔 1 挣2 撑3 撑斜5 撑6 撑7 撑 8 群鲥l o 群 轧 4 5 7 4 = 0 6 0 8 机 锥箱增速比3 4 8 6 = 0 3 9 5 36 1 6 6 = 0 9 2 4 27 7 5 3 = 1 4 5 2 87 9 3 5 = 2 2 5 7 l l 辊箱增速比 3 1 3 6 = o 8 6 1 13 l 2 7 = 1 1 4 8 l 辊环直径厚度 爹2 2 8 3 爹2 0 5 x 7 2 爹2 2 8 3 爹1 5 3 x 7 0 ( m m ) 各机架总增速比 0 8 9 5 81 1 l1 3 7 81 1 0 82 0 9 l3 4 6 0 l4 3 8 9 45 4 3 96 8 28 4 5 电 毒耄霪霉墓 8 客3 客8 塞g 霪3 塞 i i 。 8 8 8 8 8 8 8 88 8 8 88 8 8 88 8 8 8 l ，一，j 3 $3 $8 霉8 霉窨霉 西由审审审 固 毋囝移辛 o 固萨o o 电眵国嘧旧卜咱垮咆嘲岖卜1 纠两强如 图2 4 精轧机轴承布置示意图 表2 2 轴承型号 序号摩根图号型号序号摩根图号型号 0 1 1 6 2 2 5 0 bn1 4 0 1 0 40 916 2 2 5 0 g cn r1 2 6k c 6 4 0 21 6 2 2 5 0 vn2 2 81 0l6 2 2 5 0 h an3 1 2 c 4 2 0 31 6 2 2 5 0 w6 2 2 81 1l6 2 2 5 0 h bn r 3 1 2c 1 l 7 0 4 1 6 2 2 5 0 x9 1 2 8k s 21 21 6 2 2 5 0 j7 3 1 0p d 7 5 b 0 51 6 2 2 5 0 dn1 2 8 1 0 71 3l6 2 2 5 0 l b7 3 0 7p d 8 4 f 0 61 6 2 2 5 0 j a 7 3 3 1p d 6 3 b 1 4 1 6 2 2 5 0 y7 1 2 6k r d 4 2 s 0 71 6 2 2 5 0 gn1 2 6 k c l 0 71 5 油膜轴承 0 8l6 2 2 5 0 g an1 2 6 k c l l 8 7 第2 章萍钢安源公司高线精轧机组的特点 精轧机组在生产线上的作用： 精轧机组布置于3 号飞剪区之后，水冷装置之前。其作用是通过机组1 0 机 架连续微张力轧制，将上游轧机输送的0 1 7 2 2 m m 的轧件，轧制成囝5 5 1 6 m m 的成品线材。机组保证出口速度为9 0 m s 。精轧机组共有2 套，a 线和b 线各有 1 套。 精轧机组的结构： 精轧机组共1 0 架锥箱，由5 架0 2 3 0 辊箱和5 架0 1 7 0 辊箱组成，其中最后 两架9 1 7 0 轧机为超高速机架，1 0 个机架采用顶交4 5 。形式布置。结构说明如下： ( 1 ) 辊箱为抽屉式结构，箱体内装有两个偏心套机构用来实现辊缝调整。辊 缝的调节是通过旋转一根带左、右丝扣的丝杆和分别连接两个偏心套的螺母， 使两组偏心套同步旋转，来对称于轧线调整辊缝，并保持轧线及导卫的安装位 置不变。每个偏心套内装有油膜轴承和一对角接触球轴承用来支撑和定位轧辊 轴，在悬臂的轧辊轴端用锥套固定辊环，使用专用的液压拆、装工具更换辊环。 箱体由面板和轴承座( 又称过桥箱，为焊接件) 组合而成。辊箱内轴承不便直接监 测，只能通过锥箱倾斜侧面间接测量，同时四齿轮对的振动也由此间接测得。 ( 2 ) 锥箱由箱体、传动轴、螺旋伞齿轮副、同步齿轮副等组成；机组各架 轧机之间的速度匹配均由各架螺旋伞齿轮的速比来确定。重点监测纵轴上的角 接触轴承( 摩根型号1 6 2 2 5 0 y ) 与滚子轴承( 摩根型号1 6 2 2 5 0 g ) ，同时也就监 测了螺旋伞齿轮对与相应传动轴，因为所有旋转件振动都是通过轴承传出来的。 ( 3 ) 机架由辊箱和锥箱组成，辊箱经导向键粗定位及定位销精确定位插入锥 箱并联接固定后，即构成轧机机架。拆装辊箱使用专用吊装工具。见图2 机架 剖面图。 ( 4 ) 精轧机内同规格辊箱可互换使用。 ( 5 ) 辊箱、锥箱内滚动轴承选用摩根m r c 系列轴承，油膜轴承选用摩根系 列专用油膜轴承，增速箱内滚动轴承选用进口s k f 轴承( 特殊注明除外) 。 ( 6 ) 奇数机架与偶数机架相互呈顶交4 5 0 。分别安装在大底座上。大底座为 焊接件，断面为型。 2 2 针对萍钢安源公司高线精轧机组的监测方法和具体实施方案 2 2 1 设备振动监测与状态诊断的基本方法 8 第2 章萍钢安源公司高线精轧机组的特点 目前所采用的监测诊断技术可以概括为三类： 以检测仪表为主的监测装置 我国目前许多引进的大型设备都配备了这种装置，如本特利( b e n t l y ) 公司 的b e n t l y 系列和飞利浦公司的( p h i l i p s ) 系列都有引进，其中以本特利序列居多， 如b e n t l y7 2 0 0 、9 0 0 0 、3 3 0 0 型等。它的主要构成部件是传感器和指示仪表箱， 有用于测温度的，但大多数是用于测振动的。其主要缺点是： ( 1 ) 检测信号是随机的，幅值并不能全面地表达动态过程的特性； ( 2 ) 机组在强烈振动之前，故障症兆并不明显，有时候振幅变化并不大，但 机组确有故障，如半倍频是故障的重要信息之一，但检测仪表并未显示出来， 而一旦振幅突然增大，则往往为时已晚，即不能防止突发性故障； ( 3 ) 读数式检测仪表本身并无分析功能，过于依赖于人的经验判断。 检测仪表配备软硬件分析装置 这种系统是上一种装置的改进与补充，所用的装置主要是频谱分析仪，有 的部分分析功能是用计算机软件来实现。如本特利公司的a d r e 3 及恩特克 ( e n t e k ) 公司的p m 等系统就是具有频谱分析、谱阵图、波特图、轴心轨迹图 等功能，故有帮助人们提高诊断准确性的优点，但也存在以下局限： 分析装置只是一种工具，不能自动判断，诊断决策仍依赖于领域专家； 不能连续地自动分析，容易丢失故障信息，不能预防突发性故障； 大型机械设备的结构复杂，故障与症兆并无一一对应的因果关系，易 出现误诊。 计算机辅助监测与诊断系统 这种系统主要结构是由传感器、接口装置及计算机组成，其中接口装置具有 电平转换、采样、存储等功能。它可以实时监测和自动诊断，对防止突发性故障 有利，但目前的水平主要是计算机辅助监测与诊断，还不能真正达到自动诊断的 水平。国内外都有这种系统的开发与应用，因为技术不够成熟加上大型机械设备 故障诊断的针对性很强，且领域专家知识仍然是故障诊断不可缺少的一部分，而 商品型诊断系统必须考虑通用性，所以商品型专家系统只能是提供一个柜架结构， 而知识库的内容离不开机组的实际运行状态和该领域的专家知识。 计算机辅助监测与诊断系统今后的发展方向主要是减少人工干预，提高自 动化及自适应能力的多层次的人工智能诊断系统。 下面是三类诊断监测技术的经济技术指标的综合比较： 9 第2 章萍钢安源公司高线精轧机组的特点 表2 3 三类诊断监测技术的比较 由上分析可知，目前流行的三种监测诊断技术各有优缺点。 萍乡钢铁有限公司的科技攻关方针要求是：“起点高，投资省，见效快”。为 贯彻这一方针的要求，决定采取第一类与第二类相结合，以简易、便携式仪器 获取设备状态信息为主，辅以人工对设备的检查结果，结合设备的原始信息及 维护、维修等信息构成设备状态信息的主要来源，对状态数据进行分析处理并 加以管理，称为设备状态管理的简易模式。同时，强调以管理手段保障技术措 施落实到位。其实，丰田利夫教授就曾指出在设备管理上最重要和最基本的就 是要判断这台设备“是正常还是异常”。如果执行到位的话，选择这种模式就应能 达到如此效果。 2 2 2 具体的实施方案 1 ) 建立高线精轧机组故障监测体系 根据安源公司轧钢厂实际情况，建立高线精轧机组“操作人员日常点检、维 修钳工巡检、状态监测人员专业点检与工程技术人员精密点检相结合”的运行状 态监测体系，如图2 5 。 2 ) 离线振动监测和状态诊断环节 故障监测和状态诊断是状态监测体系一个关键环节，其组成如图2 6 所示。 通过振动数据采集器建立离线振动监测和诊断系统，全面收集被监测设备数据 ( 含关键点的振动、轧制品种、规格、轧制速度等工艺参数、温度、润滑油的 清洁度含水量等) ；同时搜集相关高线精轧机设计制造厂与用户的有价值数据进 行参考。 1 0 第2 章萍钢安源公司高线精轧机组的特点 l 操作人员日常点检 发现问题能否处理? 能 ， 否 r 维修钳工巡检 监测并发现司题能否处j 能 r 1，否 i 状态监测金员专业点 发现问题能否处理 能。 r 盂 1 r p 黼撒 理完成 结论并处理 图2 5 振动监测与状态诊断管理流程图 便 携 式 微 机 图2 6 离线振动监测和诊断系统 1 1 第2 章萍钢安源公司高线精轧机组的特点 3 ) 状态诊断软件设计 选取北京振通的m c m 软件作为平台，通过计算寻找系统的各种特征频率： 对于相近频率点有针对性地选择高取样分辨率数据采集器进行数据采集；结合 设备解体检修，寻找外在数据特征与内在损伤的关联度；通过比对法、趋势法、 观察法进行数据分析寻找其中的规律性。 1 2 第3 章操作人员的日常点检与维修钳工的巡检 第3 章操作人员的日常点检与维修钳工的巡检 3 1 操作人员的日常点检 因为操作人员的技术素质非常有限，但他们主要工作时间在生产现场，对生 产设备接触最紧密。所以只要求他们能发现非常直观的设备运行异常情况，如 声音异常、电脑监控画面上显示的电流突然增大等等。 操作人员的日常点检是整个监测体系中针对设备隐患设下的第一道关卡，相 当于过滤系统中的粗过滤，防范那些非常明显的设备隐患。他们的判断往往是 定性的结论。因为他在生产现场的时间相对较多，碰到异常情况的机率相对较 大。一旦发现异常，他就可以汇报当班调度，让调度安排维修工前来诊断处理。 3 2 维修钳工的巡检 维修钳工的特点是对设备原理、性能、结构较熟悉，往往有一定的设备维 护经验技能，但往往由于日常备件修理工作较为繁重。可以要求让他们用听棒 听听设备运转时的声音来进行判断是否正常、按规定的周期检查轧辊箱辊轴的 轴向与径向辊缝及按规定周期更换辊箱的双唇动密封、用简易测振仪监测精轧 机组各机架锥箱辊箱的振动情况等等。 表3 1 精轧机组振动监测记录示例 高线精轧机组振动监测记录 a 线l # 监测人日期 轧制速度轧制规格 ( ；轴承y 轴承径向y 轴承轴向斜面箱体 a c cv e ld ish f aa c cv e ld i sh f aa c cv e ld i sh f aa c cv e ld i sh f a 注意值 5 045 05 04, 5 05 045 057 075 0 参考标准 危险值 7 071 0 01 07 071 0 01 07 071 0 01 01 0 01 01 0 01 0 上表是用e x c e l 做的振动监测电子表格。限于篇幅，表3 1 中仅列出a 线 精轧机组1 # 机架的振动监测记录，实际上此表包含有a 、b 双线各l o 个机架 的( 振动、声音及其它异常情况) 监测记录。此记录由钳工班长每日上传到萍 钢公司e r p 系统上实行资源共享。 1 3 第4 章状态管理人员的譬业点检 第4 章状态管理人员的专业点检 4 1 状态管理人员的主要职责 车问状态蠕测管理员的丰要职责足负责班组的数据采集的日常管理工作， 每天不定期埘各受控设备进行复测，以确保各班组振动数据的真实性，同时确 保受控设备不因班组人员的漏测而失控。可以看出，状态管理人员在体系中的 所起的作j = | j 是非常重要的。 4 2 状态管理人员的工具选择 4 2 1 常用振动传感器的特点及选择 i 、磁电速度传感器 接收形式：惯性式 变换形式：磁电效应 典型频率范围：i o h z - 1 0 0 0 h z 典型线【生范围：0 2 m m 典型灵敏度：2 0 m v m m s 测量非转动部件的绝对振动的速度。 不适于测量瞬态振动和很快的变速过程 低输出阻抗，抗干扰力强。 传感器质量较大，对小型对象有影响。 在传感器固有频率附近有较大的相移。 图4 1 典型的碰电迷度传感器 第4 章状态管理人员的孥业点检 ! 莲藕 ! 莺 “爵悃 它测量频带范围较宽 图43 典型的压电加速度传感器 第4 币状志管理人员的专业点检 晶体片 三角柱 质量块 一出线口 一底座 吲4 4 典型的压l u 加速度传礴器结构厦其特性 3 、涡流位移传感器 接收形式：相对式 变换形式：电涡流 典型频宰范围：0 2 0 k h z 典型线性范围：0 2 m m 典型灵敏度：80 v r a m ( 对蒙为钢) 不接触测量，特别适合测量转轴和其他小型对象的相对位移。 有零频率响应，可测静态位移和轴承油膜厚度。 相移很小。 灵敏度与被测对象的电导率和导磁率有关。 显然，它适宜永久安装在机器上轴瓦处测量转轴的相对位移值 预紧环 第4 章状态管理人员的专业点榆 图4 5 典型的涡流位移传感器及其特性 一般说来，加速度的测量范围可达1 0 0 0 h z 以上，当齿轮、滚动轴承、轴瓦 菩出现剥落、磨损等缺陷时，往往首先在高额段反映出来，因此通过检测加速 度可以有效发现设备早期故障。压电加速度计较适合测量精轧机组的振动。因 此，振动数据采集所用传感器选用压电加速度计，它是一种惯性式传感器，它 的输出电荷与被测加速度成正比。它具有体积小，重量轻，输出大，固有频率 高等突出优点。 第4 章状态管理人员的专业点检 4 2 2 振动数据采集器的选用 振动数据采集器 图4 6 振动数据采集器 4 3 数据管理软件平台 以北京盛迪振通m c m 软件为基础，搭建自己的应用平台。 m c m 应用软件的主要功能： v 维修数据库管理 v 趋势分析 v 设备状态评估 v 微机数采器通信 v 专家系统故障诊断 v 时域频域分析 v 打印报告 v 全新、3 2 位软件 v 屏幕尺寸自适应 v 车间可任意起名，车间数量最多可达9 9 个 v 全新的波形回收程序，可选自动或手动、批量或单一波形回收、自动命 名或人工命名。w i n d o w s 资源管理器风格，操作方便。 v 可在同数据库中管理振通9 0 0 全系列数采器数据和波形，便于大中型 企业分级数据管理 1 9 第4 章状态管理人员的专业点检 下面重点介绍m c m 软件的有关功能： ! = ：= ：”哩也上一 图4 7 选择数采嚣类型 图48 进入m c m 系统 第4 市状卷管理人员的专业点检 圈4 9 系统设有密码保护 “v f # 蜊，! 型i # j h 主l 一 圉4j 0 建止测量参数库 可直接修改车间名、设备名、测点名、报警限等 第4 章状态管理人员的专业点检 口趟! 型j 划垦嚼型删 ， 匿4 l l 修改测鼍参数库 修改基准谱之一： 圈41 2 修改某测点的基准谱线第l 步 2 l 第4 章状态管理 员的专业点检 修改基准谱之二： 擎圈暇萼粤窭_ _ i _ _ 畔 _ m 蚓4 13 修改某馒4 点的基准谱线第2 步 选择个任意的区域，以便复制或删除 圈4 】4 测量参数库的编辑功能 2 2 第4 章状态管理人员的专业点检 参数设置报告 选择测点，设置数采器 图4 15 打印参数设置报告 ；器噬 ：器 ：；： 兰 ：；# 图41 6 为数采器选择测点 堕! 翌鲨变里型星塑兰些皇丝 ：裟 1 ：絮 查看现场测量数据库 波形同收程序苜先列出数采器中的波形 肚m 洲 i _ jc s e n d i g i 二j 匕衄圈_ 图41 7 回收数采器现场采囊的波形 钟1 ht ! m4a 12 ”1 班 目p ! 蚓h t t t m 4 图4l8 查阅已同收的现场采集振动数据 2 4 n n n n n 劓 戮戮严一 第4 章状态管理人员的专业点检 需要时可添加、复制和修改实测数据库 图4 1 9 编辑实测数据库 现场实测频谱与设置的基准谱的比较： “* w g ! 主_ ； 箩”4 ； jj ； - ； ： 【一 i 一“m i ； j j 磐：_ | 蒺霪；! 尊i 瑚囊毒鞘 一；i 篚三 ； 鬈 t 第4 章状态管理人员的业点检 趋势分析 用鼠标单击测点趋势分析( 或用快捷键t ) ，出现f 图。趋势分析的目的在 于依据劣化趋势管理，早期发现异常，其次依据趋势管理数据外推，预测故障 发生时间，还可作为选定需作精密诊断对象的依据： ：一 2 。x z “x 群燃”一! ! 型烈一。_ 弛一御曲啊垲螋些蚺日目 o ! ! ! ! ! 一n ol ! 一 i 噩夔蔷；蕊互虿蓦i 盗i 五i * _ 图4 2 1 测点振值趋势分析 振值随时间变化的趋势分析： 可以选择不同参数( 加速度峰值、速度有效值、位移峰峰值、高频有效值) ， 不同开始日期。 开始日期不同会产生不同的残余寿命估计。 但是，这种把从时间领域的振动波形信号所取得的振动幅值进行分析在应 用上往往存在以下问题： ( 1 ) 当机械运行状态正常时，振动的幅值却因负荷与转速变化而变化； ( 2 ) 当机械运行状态正常时，振动的幅值还会因轧制规格与钢温及钢的品种 的变化而变化； 由于上述原因，应用趋势管理做早期检测和寿命预测将非常困难，在设置 报警标准上也会出现问题： 当判定标准设定过严时，会把正常误认为异常，从而出现误报警i 当判定标准殴定过松时，会把异常误认为正常，从而出现漏报警： 这主要是因为仅依赖振动幅值大小，它是一个有量纲参数。而设备状态即 第4 章状态管理人员的业点检 使正常，也会由于转速、负载、规格、品种、钢温等的变化而发生变化。因此 需不完全依靠振动i ，瓦值的大小，来判断设备的技术状态。当振动幅值出现变化 时，必须采用其它特征参数来辅助进行判断，以解决上述出现问题。 三维频谱趋势圈之一： 用鼠标单击三维频谱分析( 或用快捷键n ) ，出现选择数据： 、 1 一 。一! ! ，1 4 。一9 掣一1 4 a o o ! i ，立! n 曼! ! 一 图4 2 2 测点二维频谱趋势分析之第一步 用户可以选择车间名和测点名右边列出测量数据的记录，记录超过2 个可做该测点的j 维谱，此时按执行则显示三维谱。图42 3 显示的是测点圳i - 1 x 的三维谱趋势图： 图4 2 3 测点三维频谱趋势分析之第步 2 7 第4 章状态管理人员的专业点检 打印测量报告之一：编辑标题、页脚等内存 t 稚 t 一 ? _ 测点振值数据 ；目# ， 月g 磊石磊i 1 磊f l i 百f 丽广面丽f 百赢 n 目镕 嚼目 一r 1 ：篙，了蓐善l 。j 门十月，b 雨丁叫 回到 图42 4 编辑打印报告 打印测量报告预览： 测点振值数据 i 日m h 】j z6 j t 口g 26 it0 *ol d 日 ?b1】t 口0 一 1 6 1t0 口1 2 * 3 目2 口 ，j l - i ，jiz r n ra m t * z h 4 r i i j 可一 图4 2 5 打印报告预览 2 8 第4 章状态管理人员的专业点检 报告也可输出为其它文件： 圈42 6 打印报告输出为其它文件 图4 2 7 帮助功能 第4 章状态管理人员的专业点检 时域和频域分析： 用鼠标单击波形分析( 或用快捷键a i t + t ) 。用鼠标单击时域和频域分析( 或 用快捷键t ) ，出现屏幕如下图。图中上半部可显示各种频谱，下半部左侧给出 了1 0 2 4 点的实测波形，右侧列出了用户存放的波形。用户需要先选择波形文件 观察幅值谱，即用鼠标单击文件名( 如a a 3d a t ) 。在幅值谱区域中用鼠标左键 单击该区域某处，区域下面静标给出鼠标小箭头处的静标读数。移动鼠标，区 域下面游标给出鼠标箭头处的擗标读数，此时用t 、l 可移动游标，用卜、_ 町快速移动游标。用鼠标右键单击该区域某处，给出该处的细化谱( 功率谱和 对数谱也有细化谱) 。 4 2 8 幅值谱分析 观察其它类型频谱时，先从上右侧选择频谱类型( 用鼠标点自相关、时域 诊断、波形分析、幅值谱、功率谱、对数谱、倒频谱之一前面的小圆圈) ，再选 择波形文件。下面以时域诊断为例： 将鼠标移到该区域，用t 、l 键可以调整区间总数。 第4 章状态管理_ 凡员的专业点检 时域诊断 圈42 9 时域诊断 区问总数： 1 2 0 均方差值： 7 4 9 6 歪度指标： 峭度指标： 有效值： 瞄通墼璺 文件| 名一眦漶i 点b | 蜷彗寿l 盯。 信号筅型乏三五至三三三三三! ! ! 兰 翮肭训胁脯川m l 圳。差簏睡簪二磅；骊i 圉43 0 波形分析 用户也可把某一波形的一种频谱( 自相关、时域诊断、波形分析、幅值谱、 功率谱、对数谱、倒频谱之一) 存为参考( 先用鼠标将波形文件名点成兰色， 再点存为参考) ，下面以波形分析为例： 此时调其它波形的该种频谱( a a 2d 砒黑色) 时可与参考频谱( a a ld a t 兰色) 对比。下面给出游标处的读数( 当前一a a 2d a t ：参考a a ld a t ) 不进行对比时， 再删除参考。 用鼠标单击波形分析右侧的l 可以显示右面的波形。 图43 i 波形浏览分析的控制按钮 选择波形进行显不：用鼠标单击左一按钮，出现对话框，用户在对话框中 第4 章状态管理人员的奇业点检 输入波形文件的类型( 如+ d a t 气) ，波形显示区中列出该类型的被形文件和所 有目录。 退出波形浏览器；用鼠标单击左二按钮。 帮助信息：用鼠标单击右一按钮。 图43 3 修改波彤文件名 第5 章工程技术人员的精密点检 第5 章工程技术人员的精密点检 5 1 工程技术人员的主要职责 工程技术人员的精密点检职责主要是指工程技术人员根据状态监测管理人 员反映的问题进一步分析及诊断，确诊设备是否正常，分析问题出在何处，以 便采取具有针对性的维修策略，避免过修与失修。 5 2 计算各故障点的特征频率 5 2 1 轴承特征频率的计算 鉴于高线精轧机组目前出现的故障主要以滚动轴承损伤为主，所以重点监 测分析轴承故障：滚动轴承故障特征频率计算公式( 参见 4 p 6 8 ) 如下： 内圈有剥落 内圈通过频率f i = f 0 2 ( 1 + d * c o s l 3 ) 母z ( 5 1 ) 外圈有剥落 外圈通过频率f 0 = f 0 2 ( 1 - d * c o s l 3 ) 幸z ( 5 2 ) 滚动体剥落 滚动体通过频率f b = d * f 0 d 1 - ( d d ) z 木c o s 2 1 3 】 ( 5 3 ) 保持架有故障保持架通过频率f c = f o 2 ( 1 d * c o s p ) * m ( 5 4 ) f 轴承回转频率( ) ，f 0 - - n 6 0 ，n 为内圈转速( r p m ) ； 瑚珠个数 仁滚珠直径 d 一轴承滚道节径 雌触角 m 一断裂数 幸注：不论元件上剥落坑有多少，频率不变。 5 2 2 齿轮特征频率计算 ( 1 ) 齿轮啮合频率计算：设两轴转速分别为f l 、最，两齿轮齿数分别为z l 、 3 3 第5 章工程技术人员的精密点检 z 2 ，则：啮合频率 = f lz l = f 2z 2 ( 5 5 ) ( 2 ) 由边频间距代表的调制频率可以是： 各轴转速( 输入轴、输出轴、中间轴) 外部转速或负荷的波动频率 波动啮合频率【等于( 啮合频率) ( f l 与的最小公倍数) 】 ( 3 ) 若同时存在两种以上的故障，则各故障频率之和或之差也可成为调制 频率，这称为“中间调制”。 ( 4 ) 常见的频率调制来自转速波动，常见的幅值调制来自齿轮偏心或不均 匀磨损。密集在啮合频率周围的边频来自节圆偏心，很宽的边频来自断齿。 5 3 诊断实例 1 发现问题 值班巡检人员反映2 0 0 9 年9 月3 日晚上，测得b 线精轧第5 架5 7 y 振动 异常( 5 挣机架传动示意图如图5 。i 所示) 。于是，9 月4 日本人对此点进行波形 采集。采集时高线正以8 2 米秒的轧制速度轧制爹6 5 光面盘条。采集数据如下( 见 图5 2 ，图5 3 ) ： 角 凰 图5 15 # 传动箱传动示意图 3 4 第5 章t 程技术人员的精密点检 国5 2耩轧5 - - 7 y 振动速度频谱圈 攮事l 擅 0 0 霜栝：1 ”bao 9 葶捧1 2 6 50 b8 02 们oh z 圈5 3精轧5 7 y 振动加速度包络频谱图 从振动速度频谱图上看，前十大频率的峰值并不特别大，加速度频谱图上 的前十大峰值也不十分突出。故判断存在前期故障隐患，只需加强监测频次。 监测问题的发展变化趋势 2 、问题的发展变化 i i u z i h 昕 觚i 摇事l 值 圈5 4