基于無線振動監(jiān)測技術(shù)在選礦球磨機中的應(yīng)用

馬永亮

（江西銅業(yè)股份公司 城門山銅礦，江西 九江 332100）

1 前言

球磨機是選礦工藝中應(yīng)用非常廣泛且十分重要的設(shè)備。這樣的關(guān)鍵設(shè)備一旦發(fā)生故障后，常常因為對故障的估計不足，沒有制定出好的維修策略，往往會給生產(chǎn)帶來嚴重的影響，使企業(yè)蒙受較大的經(jīng)濟損失。因此，如何能在設(shè)備故障的早期就能及時發(fā)現(xiàn)、通過跟蹤故障的發(fā)展變化過程，并科學(xué)的制定出維修策略，避免事故的發(fā)生是企業(yè)所要解決的一個難題。

當(dāng)機械設(shè)備內(nèi)部發(fā)生異常時，往往會出現(xiàn)振動的大小及其性質(zhì)的變化。所以，根據(jù)對振動信號的測量和分析，可以實現(xiàn)在不停機、解體的條件下對設(shè)備劣化程度和故障原因的有效判斷[1]。同時，基于無線監(jiān)測技術(shù)具有現(xiàn)場施工免布線和后期易維護的優(yōu)點，可解決選礦球磨機生產(chǎn)環(huán)境復(fù)雜多樣以及粗放的維修作業(yè)方式等不利情況。故選用無線振動監(jiān)測技術(shù)來對選礦球磨機的運行狀態(tài)進行監(jiān)測。通過安裝在設(shè)備上（軸承等關(guān)鍵部位）的無線監(jiān)測器對設(shè)備的振動、溫度數(shù)據(jù)與監(jiān)測器自身工作狀態(tài)信息的自動采集。無線監(jiān)測站將其下所有監(jiān)測器的測量信息通過企業(yè)局域網(wǎng)匯總到機房的系統(tǒng)服務(wù)器內(nèi)，經(jīng)過設(shè)備管理軟件的分析、處理、發(fā)布、保存，使企業(yè)的設(shè)備管理者能夠準確的了解設(shè)備現(xiàn)狀和預(yù)測運行趨勢。

2 系統(tǒng)構(gòu)成

球磨機監(jiān)測系統(tǒng)由硬件和軟件兩大部分構(gòu)成。系統(tǒng)組成如圖1所示。其中，硬件系統(tǒng)由無線監(jiān)測器DX501、無線監(jiān)測站DX550、系統(tǒng)服務(wù)器、企業(yè)局域網(wǎng)和WEB客戶端構(gòu)成。系統(tǒng)軟件是基于.Net開發(fā)的DX1000道信設(shè)備狀態(tài)監(jiān)測管理系統(tǒng)軟件。

圖1 球磨機監(jiān)測系統(tǒng)組成

2.1 硬件的主要配置

2.1.1 無線監(jiān)測器DX501

無線監(jiān)測器內(nèi)嵌振動加速度傳感器和溫度傳感器以及信號采集處理電路，采集參數(shù)可通過無線監(jiān)測站下達到無線監(jiān)測器內(nèi)，其和無線監(jiān)測站通訊采用2.4GHz頻段進行無線數(shù)據(jù)傳輸[2]。

2.1.2 無線監(jiān)測站DX550

在一個區(qū)域內(nèi)（例如：一個工段或一個車間）設(shè)置一臺監(jiān)測站，并將所轄區(qū)域內(nèi)的各個無線監(jiān)測器測量的數(shù)據(jù)通過局域網(wǎng)傳輸至系統(tǒng)中心服務(wù)器。

2.1.3 系統(tǒng)服務(wù)器

選用IBM x3650硬件平臺作為系統(tǒng)服務(wù)器。

2.1.4 企業(yè)局域網(wǎng)絡(luò)

企業(yè)局域網(wǎng)絡(luò)作為數(shù)據(jù)信息的高速公路，承擔(dān)系統(tǒng)各硬件單元間采集數(shù)據(jù)和分析結(jié)果的傳輸任務(wù)。

2.1.5 WEB客戶端（工程師分析站）

系統(tǒng)采用B/S結(jié)構(gòu)，WEB客戶端可以輕松遠程訪問系統(tǒng)信息。

2.2 系統(tǒng)軟件

球磨機監(jiān)測系統(tǒng)軟件采用基于.Net平臺和B/S結(jié)構(gòu)開發(fā)的Web應(yīng)用系統(tǒng)軟件，軟件配置采用Windows server 2003（操作系統(tǒng)）+PGSQL（數(shù)據(jù)庫）+DX1000（設(shè)備狀態(tài)監(jiān)測管理）。其中DX1000設(shè)備狀態(tài)管理軟件作為核心，具有設(shè)備組態(tài)、采集參數(shù)設(shè)置、采集數(shù)據(jù)處理、數(shù)據(jù)存儲、設(shè)備診斷工具、對外WEB發(fā)布等功能。

3 應(yīng)用實例

以一臺2130再磨機的小齒輪沖擊信號的產(chǎn)生原因分析和指導(dǎo)檢修為案例進行闡述。該再磨機的電機型號為：YR355M-6，983r/min，功率 220KW；減速機型號：ZD60-9-Ⅰ，傳動比 5；磨機型號：φ2.1×3.0，小齒輪轉(zhuǎn)速 196.6r/min，小齒輪21個齒，大齒輪172個齒，小齒輪軸承為雙列向心球面滾子軸承（3630）（GB286-64）。2130再磨機的機組圖及測點布置如圖2所示，測點定義見表1。系統(tǒng)監(jiān)測顯示7#、8#測點軸向二級報警，7#測點軸向波形頻譜圖測量結(jié)果如圖3所示，8#測點軸向測量結(jié)果如圖4所示。

圖2 2130再磨機測點布置圖

表1 2130再磨機測點定義

當(dāng)齒輪齒面有點蝕、剝落、裂痕等局部損傷，尤其是齒輪嚴重磨損和齒隙增大時，故障齒輪的振動信號在波形圖中可以明顯看到有沖擊信號，特征頻率往往表現(xiàn)以旋轉(zhuǎn)頻率為間隔嚙合頻率及其倍頻的調(diào)制，并隨著故障的嚴重嚙合頻率的高倍頻或分數(shù)諧波愈來愈突出[34]。該球磨機小齒輪轉(zhuǎn)動周期T=60000/196.6=305ms，轉(zhuǎn)動頻率 fr=196.6/60=3.28Hz，大、小齒輪嚙合頻率fc=21*fr=68.81Hz。從7#、8#測點波形圖上明顯看到大量的沖擊信號，頻譜圖上十分突出的頻率成分分別約為140Hz和280Hz，它們是2倍嚙合頻率、4倍嚙合頻率。嚙合頻率的高倍頻為主導(dǎo)的故障特征頻率存在，這說明小齒輪磨損相當(dāng)嚴重、大小齒輪間隙太大并且齒面有損傷。停機對小齒輪檢查發(fā)現(xiàn)齒形磨損嚴重、嚙合間隙較大，經(jīng)過對小齒輪換面、磨修、間隙調(diào)整后振動沖擊信號明顯降低。

圖3 7#測點軸向加速度波形、頻譜圖

圖4 8#測點軸向加速度波形、頻譜圖

4 結(jié)論

本文介紹的球磨機組振動監(jiān)測系統(tǒng)采用鄭州道信公司的DX1000設(shè)備管理系統(tǒng)和無線監(jiān)測技術(shù)，該系統(tǒng)具有監(jiān)測技術(shù)先進和使用維護方便等特點。通過在江銅集團城門山銅礦選礦廠一年來的應(yīng)用實踐證明，對選礦球磨機的設(shè)備管理和開展預(yù)防性維修都起了積極地作用和實際的指導(dǎo)意義。

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[2]呂濤、周燕媚、鄭啟亮、張仁杰，基于2．4G的檢測數(shù)據(jù)無線傳輸模塊設(shè)計[J].北京：儀器儀表學(xué)報，2006，S3：2062

[3]屈梁生、何正嘉.機械故障診斷學(xué)[M].上海：上海科學(xué)技術(shù)出版社，1986

[4]楊國安.機械設(shè)備故障診斷實用技術(shù)[M].北京：中國石化出版社，2007