轧钢机械的振动监测与故障诊断分析

impedance

　　【关键词】轧钢机械;振动监测;故障诊断

　　轧钢机械是轧钢厂中至关重要的机械设备，是一种大型的旋转机械。人们在长期的实践与观察中发现，轧钢机械在发生故障之前会有异常的振动表现出来。因此，为了及时发现轧钢机械的运行故障先兆，避免意外事故的发生，需要对轧钢机械的重点部位，如旋转轴、齿轮传动件、联轴器、滑动和滚动轴承等进行动态振动监测和故障诊断，以便准确地掌握故障发生的原因，从而更好地维护和检修轧钢机械设备，提高轧钢机械设备的使用率，确保轧钢机械安全、可靠运行。

　　1.轧钢机械的振动监测

　　1.1测点的选择

　　由于轧钢机械在运行时其转速处于不恒定状态中，功率则在空载与满负荷周期间不断地波动，因而可能出现的故障类型也相对较多。因此检测设备、点检时间、点检方式及测点的选择对于故障诊断的正确性有着至关重要的作用。为了确保监测数据具有一定的可比性，在测定数据时需要遵循以下的原则进行操作：第一，每次测量机器的工况需保持一致，且所使用的测量仪器及测量方法都应保持一致。第二，每次需在同一点测点进行测量，这样不会由于激振源到测点的传递函数不同，而造成测量的结果存在很大的差距。第三，测量的参数应保持一致，通常而言，频率超过1000Hz的振动，其数据采集器的输出参数应以加速度为主，频率在100-1000Hz范围内的振动，其数据采集器的输出参数应以速度为主，而频率在10-100Hz范围内的振动，其数据采集器的输出参数应以位移为主。
　　在监测振动的过程中，轧钢机械的监测结果受测点的影响，因此在选择测点时应把握以下原则：第一，测点宜选择在信号反应相对敏感的部位，如机座，轴承座等部位。第二，测点宜选择在路线最短的振动信号传递的通道上，以避免中间传递介质的出现。第三，应强调测点的方向性，测点宜选在有利于多方位测量的位置上。通常情况下，振动监测的测点宜选择在水平X、垂直Y、轴向A 三个方向上进行测定，尤其对于一些频率较低的振动，更需要强调测点的方向性。第四，对于轧钢机械这样的大型机械设备，容易受传递函数的影响，因此在测振过程中还需进行多点检测。

　　1.2监测的具体方法

　　本文主要通过智能轴承检测仪或巡检仪对轧钢机械设备重点部位进行检测，具体方法如下所示：第一，选择最佳的测点，并保持测点固定不变，在监测前事先将检测仪器擦拭干净。第二，多点检测并将所测数据逐一记录下来。第三，认真绘制振动曲线图，轧钢机械设备的名称，位置，编号，测量日期，测理，注释等都应一一标注振动曲线图中，同时对各个测点的振动变化进行全面跟踪。第四，当振动值发生异常变化，或呈不断升高趋势时，说明该测点的运行状况出现变化，可能会有故障发生。

　　1.3监测周期的选择

　　通常情况下，通过轧钢机械设备表面受损伤程度扩散得较为缓慢，因此，可根据以下方法来选择监测周期：第一，当轴承运行处于不稳定状态时，如读数持续上升时，应加大对轴振动值的测量。第二，轴承监测周期每个月不得少于一次。
　　第三，加大对重点部位的轴承频率的监测，如加大关键设备的频率监测和重负荷轴承频率监测，其频率监测周期每周不得少于2次。第四，密切监视轴承的受损情况，一旦受损应及时进行更换。对于那些运行状态不正常，可疑的轴承，应保证有额外的监测时间可提供，这样有利于随时掌握轧钢机械设备的运行状况。

　　2.轧钢机械的常见故障诊断及分析

　　2.1转子不平衡

　　转子不平衡是轧钢机械中一种较为普遍的故障。轴弯曲变形、不均匀磨损、配合松动及安装不到位导致偏心等，是造成转子不平衡的主要原因。转子不平衡的振动特征主要表现为：在刚性转子启动过程中，其振幅会随着转速的增大而不断增大，柔性转子则在启动的过程中其振动会因转速的增大而不断减少。转子不平衡的振动频率特征主要体现在转子的基频上，其相位特征表现为：垂直方向的振动与水平方向的振动之间相差90b,并且垂直方向的振动要远小于水平方向的振动，轴向振动远小于径向振动。

　　2.2装配或基座松动

　　松动属于非线形的振动特征，常与不平衡相伴相生。引起振动方向最为明显的要数地脚松动了，地脚松动主要在垂直方向的振动最为强烈。因零件配合松动所造成的振动，没有较为明显的方向特征。装配或基座松动的振动特征为：松动产生的振动会因随负荷的不断增加而不断增大，但其转速却没有明显的规律变化，呈跳跃式变化，时而大，时而小。而其振动频率特征则表现为：存在基频成分，但基频的奇数倍频往往要高于基频的幅值，同时伴有的谐波成分常以0.3倍、0.5倍、3倍、5倍、7倍的倍频出现，且频谱结构呈梳状。

　　2.3转子不对中

　　转子不对中是轧钢机械中发生最多的一类典型性故障。主要指轴承中心与转子中心不对中或者转子系统中各转子的轴线呈不对中状态。转子不对中主要有角度不对中、平行不对中及综合不对称三种形式。转子及支座安装不到位、地基变形、轴承支座不均匀膨胀而造成的变形等是引起转子不对中最主要的原因。其振动特征：当转子出现不对中故障时，容易形成一种附加弯矩，而这种附加弯矩会产生附加激励,因而其轴向振动是最先产生的一种不对中先兆。而其振动频率特征则表现为：角度不对中会使同频振动较为突出，平行不对中会形成2倍转频，这两种不对中的共同点主要表现为旋转频率以2倍频或4倍频为主,并伴有高次倍频出现。相位特征主要表现为：处于角度不对中时，联轴器两端的径向相位基本相同，轴向振动相位之差为180b。处于平行不对中时，转子两端的轴向振动相位相同，径向振动相位之差是180b。
　　总体来说，从垂直方向的径向测量可以看出轧钢机械设备结构有衰弱;从水平方向的径向测量可以看出轧钢机械的平衡状态;轴线方向的振动通常是由不对中、轴弯曲、装配耦合不佳等原因所引起的。从水平、径向、轴向三个方向的测量读数中，可以将故障出现的部位与原因直接分析出来。
　　因此，根据振动监测技术我们可总结出一些规则：
　　第一，轧钢机械监测的振动若以径向为主，可能是由风扇叶片损伤、轴承游隙过大或平衡重量丢失等原因引起。
　　第二，若以轴向为主，可能是地脚螺丝松动引起的轴向位移与联轴节不对中等所致。
　　第三，若以轴向和径向为主。可能是基础松动、轴弯曲断裂、支撑结构变化等原因所致。
　　第四，以径向和轴向为主，可能是螺栓松动、齿轮受损伤、支撑受损，支脚弯曲等原因所致。
　　第五，振动监测必须根据监测周期而定，及时记录振动监测数据，并加以分析，以便更好地了解轧钢机械的实时工作状态。同时在进行振动监测前，应将测点擦拭干净，并掌握好正确的测量方向，注意测点与监测状态的一致性。
　　第六，若发现监测的振动值不断上升，变化异常时，应每小时进行一次监测，若振动值远远高于10mm/s时，应马上停机进行检修，避免零件受到损坏。
　　第七，轧钢机械关键部位的振动值若不超过4.5mm/s，则表明轧钢机械运行正常，若振动值不超过1.8mm/s，则说明轧钢机械运行良好，若振动值超过7.1mm/s，则说明轧钢机械运行出现异常，若振动值超过11.28mm/s，则说明轧钢机械受到严重损伤，应立即停机检修。　[科]


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