軋鋼機械振動故障的診斷

摘要：

在軋鋼機械的實際工作過程中，機械振動故障是十分常見的故障類型，這些故障或多或少的影響著企業的生產效益。在這些故障中，有很大—部分是由于振動而產生的，要對這類故障進行診斷，必須把握以下三個要點：其一，要確定用什么標準來進行判斷：其二，要全面、精確的收集表征故障的數據；其三，在相關數據的基礎上對故障進行科學合理的分析和處理。

軋鋼機械是在高負荷、復雜受力的條件下工作的，和其他故障比較起來，振動故障發生的幾率高，危害大。機械振動既會縮短軋鋼機械的使用年限，又嚴重影響著機械的工作效率。目前，相關企業和技術人員對軋鋼機械振動故障的研究還是比較廣泛和深入的，這些研究形成了一種共識，那就是對于故障的診斷都是按照一定的標準來進行的。

1.判斷軋鋼機械振動故障的標準

一般來說，評判振動故障可以分采用以下三種標準：其一是相對故障判斷標準，其二是故障類比評判標準，其三是故障定量評判標準。導致振動故障發生的誘因是千變萬化的，如果僅僅根據物理表象來對故障進行判斷，很難做到判斷的準確性。實際經驗告訴我們，工作環境、軸承類型、檢測裝置的位置等的諸多不同都會在一定程度上對機械產生影響從而導致振動故障的產生，這就給診斷標準的構建帶來很大難度，這就要求我們以傳統標準為依托，緊密結合最新的研究成果和實際情況，讓故障診斷標準更趨科學和完善。

2.表征軋鋼機械振動故障的數據

軋鋼機械在其工作過程中，振動現象一般會產生在軸承運轉及齒輪嚙合處。各連接處產生的信號會以多種方式傳播，在其傳播的過程中軋鋼機械轉速、負荷以及工作狀態等的突變都會直接影響到振動傳遞的結果。因而，對信號噪音進行排除在分析振動情況和采集故障數據時必須要考慮到振動故障分析的工作中，但是這項工作十分復雜，即便是十分熟悉系統的專業技師，如果沒有大量的經驗積累也是很難完成任務的。其次，要是達到故障判斷的準確性還必須精心采集、科學分析故障的常規頻譜。另外，還必須對產生振動故障的有關數據進行合理而準確的分析和計算，從而找出存在于不同振動故障之間的聯系和差別。

可以從以下兩個角度出發，對不同振動故障的數據進行科學分析。一是從時域角度出發對數據進行分析，在分析過程中把峰值、歪度及平均值等數據作為重點。二是從頻域角度出發，主要對以下兩部分頻域特征數據進行分析：其一是故障齒輪的軸頻和咬合頻率數據變化，其二是均方頻率、中心頻率和方根頻率等具有重要統計特征的頻率。這些數據處理具有一定難度，必須借助數學的一些相關算法方可順利完成。其中FFT算法使用越來越廣泛，它是離散傅立葉變換的快速算法，可以將一個信號變換到頻域，它采用公式Fn=（n-1）*Fs/N來對某點頻率進行計算。離開了這些特征數據，對軋鋼機械振動故障的判斷就無從下手，同時錯誤的或者不準確的數據也會導致判斷缺乏準確性和指導性，因此必須采取各種各樣的方法對數據采集過程中出現的噪聲干擾進行有效排除，盡可能多的取得能準確表征振動的數據，惟其如此，對不同狀態下故障的對比研究才能進行下去，導致振動產生的根本原因才能被發現。

3.分析處理故障特征數據

對軋鋼機械振動故障的在線監測可以通過傳感器來實現。比較常見的傳感器有位移傳感器、速度傳感器和加速度傳感器等，它們在不同的振動頻率波段使用，使用時將相應的傳感器安裝在待測試部分。比如要對軋鋼機械的軸承部分的振動特征數據進行采集，就必須首先將加速傳感器安裝在滾動軸承位置。必須指出的是，在實際操作過程中采用上述方法采集數據的效果往往不夠理想，究其原因主要是加速傳感器產生的頻率范圍太廣，很難全面記錄和辨別軋鋼機械產生的振動，特別是機械在低速轉動持續時間較長的情況下，傳感器就更難對其產生的低頻振動進行捕捉。為了更好的捕捉軋鋼機械的低頻振動，可以用位移傳感器取代加速傳感器，位移傳感器對低頻振動比較敏感，測量結果也將更趨準確和完善。科學分析軋鋼機械的振動特點，具有非常重要的作用，主要表現在以下三個方面：首先，能夠動態掌握軸承的運轉、磨損情況。眾所周知，磨損會改變徑向間隙，從而導致傳感器縫隙間的電壓發生改變，它是一種最為常見的失效方式。加速度傳感器很難對這種磨損導致的變化進行分辨。動態的對檢測探頭和轉軸間空隙內電壓的變化情況進行監測，可以獲取在磨損作用下軸承圓度的變化情況，有利于故障判斷的準確性和有效性。對于一部分表面帶毛刺的軸具，系統會自動采用適當的過濾技術對干擾進行有效排除。在特殊情況下個別沖擊會導致轉軸晃動而導致所測數據的波動，所以一般將間隙電壓的平均值作判斷的依據。

第二，動態觀測軸承轉速。特征頻率本質上就是故障頻率，由于用來分析的故障信號是隨機的，不可能和理論頻率完全吻合。這種情況下我們需要對特征頻率進行限制，一般把選定時間段內的最大振幅作為限制的標準。如果在對轉速進行測量的過程中有較大誤差出現，那么就很難準確的將故障的特征頻率測出來，再加上在此期間轉速突然發生變化的話，那情況將變得更壞。安裝渦流傳感器，可以實現同時進行不同通道的數據采集，并能保證頻率計算的準確性。另一方面，因為有了人工的參與，在利用渦流傳感器進行測試的過程中，軸承振動的周期性可以得到很好的保證，所以以此為基礎的轉速計算和特征頻率觀測就更趨正確。

第三，研究振動特征頻率如果對輸出徑與輸入徑振動情況的測量能夠同時進行，就能夠根據具體的振動相位和強弱進行處理。一般地，齒輪的振動頻率低于軸承的振動頻率，且振動特點各異。軸承振動的穩定性不如齒輪，而齒輪的振動形式又不如軸承豐富。這就要求我們把加速傳感器和位移傳感器很好的結合起來使用，這樣才能不斷拓寬頻率收集的范圍，使得振動故障的發現更加及時、數據分析更加準確、解決問題更加快捷。

4.結束語

總之，對機械振動故障的判斷是比較復雜的一項工作，僅靠傳統手段很難達到科學、準確的目的，其判斷結果也會缺乏指導性。必須采用現代手段與傳統手段相結合的方式，第一時間把導致振動故障產生的根本原因找出來。查找軋鋼機械振動故障原因首先要采集機械振動的機械數據，并在此基礎上進行認真的研究和分析，從而歸納出一整套行之有效的故障診斷體系，并運用到工作在不同狀態下的軋鋼機械振動故障分析中。