本鋼2300mm熱軋定寬機(jī)選型安裝及振動(dòng)監(jiān)測(cè)

摘 要：本鋼熱連軋廠于2008年投產(chǎn)一條年生產(chǎn)能力為515萬(wàn)噸的2300mm熱軋生產(chǎn)線，為目前國(guó)內(nèi)最寬幅的常規(guī)熱軋機(jī)組。2300mm生產(chǎn)線在粗軋區(qū)域配置了目前技術(shù)上世界領(lǐng)先的板坯調(diào)寬設(shè)備---定寬機(jī)，該設(shè)備的投入大幅提高了粗軋工序的板坯調(diào)寬能力和尺寸精度，提高了上游工序連鑄坯的產(chǎn)量。本文以此為出發(fā)點(diǎn)，將振動(dòng)基礎(chǔ)理論與國(guó)內(nèi)成型的振動(dòng)檢測(cè)設(shè)備及分析平臺(tái)的相結(jié)合，提出對(duì)定寬機(jī)主傳動(dòng)減速機(jī)實(shí)現(xiàn)振動(dòng)在線監(jiān)測(cè)的觀點(diǎn)。將理論與實(shí)踐相結(jié)合，具有可操作性和現(xiàn)實(shí)意義。同時(shí)，此思路可拓展至絕大部分工藝、工況比較復(fù)雜的重要設(shè)備的實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)與故障分析的需要，為及時(shí)、準(zhǔn)確地把握設(shè)備狀態(tài)提供了全面的機(jī)組狀態(tài)信號(hào)，可預(yù)防設(shè)備的突發(fā)性事故，減少生產(chǎn)線的非計(jì)劃停機(jī)。

關(guān)鍵詞：定寬機(jī)；振動(dòng)；在線監(jiān)測(cè)

1 緒論

本鋼2300熱軋項(xiàng)目是本鋼實(shí)現(xiàn)品種全、質(zhì)量高千萬(wàn)噸級(jí)精品板材基地的重點(diǎn)工程。該項(xiàng)目2006年12月開(kāi)工建設(shè)，占地面積180000m2，裝機(jī)設(shè)備總重量約37，887t，電氣設(shè)備總?cè)萘?48MW。該項(xiàng)目于2008年11月建成投產(chǎn)，本鋼2300生產(chǎn)線無(wú)論從控制精度、產(chǎn)品范圍，還是成本控制、安評(píng)環(huán)評(píng)等方面，都已成為目前常規(guī)熱軋機(jī)組在國(guó)內(nèi)的樣板廠，這得益于2300生產(chǎn)線的先進(jìn)工藝設(shè)備選型，而其中粗軋前不可或缺的、且采用世界領(lǐng)先技術(shù)的寬度調(diào)整設(shè)備-----定寬機(jī)的應(yīng)用，則更是此條先進(jìn)熱軋生產(chǎn)線的技術(shù)亮點(diǎn)。

定寬機(jī)是目前世界上最先進(jìn)的熱軋板坯寬度調(diào)整裝置，定寬機(jī)的使用將有如下至關(guān)重要的技術(shù)優(yōu)勢(shì)：1）可減少對(duì)來(lái)料板坯的規(guī)格限制，因?yàn)槎▽挋C(jī)的每道次最大減寬量可達(dá)300mm以上。2）因減少了對(duì)來(lái)料板坯的規(guī)格限制，所以可提高上游連鑄機(jī)的產(chǎn)量。3）相對(duì)于常規(guī)立輥軋機(jī)而言，定寬壓力機(jī)軋制所產(chǎn)生邊部變形（狗骨）較小，從而提高板坯的減寬效率。4）由于經(jīng)定寬壓力機(jī)軋制的板坯頭尾變形小，因此可減少切損，從而提高帶鋼的產(chǎn)品收得率。

2 定寬機(jī)主傳動(dòng)安裝和調(diào)試

2.1 定寬機(jī)在使用中存在的問(wèn)題

結(jié)合前述，可見(jiàn)西馬克技術(shù)的定寬機(jī)相對(duì)于石川島技術(shù)的定寬機(jī)，是有一定的優(yōu)勢(shì)的，因此，本鋼2300生產(chǎn)線選用的是采用西馬克技術(shù)的定寬機(jī)。這種定寬機(jī)結(jié)構(gòu)相對(duì)簡(jiǎn)單，布置形式相對(duì)合理，從2300生產(chǎn)線投產(chǎn)以來(lái)，在產(chǎn)品寬度的可靠控制上，的確起到了不可或缺的重要作用。同時(shí)，此定寬機(jī)投入使用的故障率也很低。

盡管如此，本鋼2300線的定寬機(jī)也出現(xiàn)了一個(gè)在選型、設(shè)計(jì)、制造和施工期間都沒(méi)有能夠預(yù)見(jiàn)到的設(shè)備隱患-----定寬機(jī)的主傳動(dòng)減速機(jī)的安裝水平度在使用中出現(xiàn)了變化。

定寬機(jī)的兩臺(tái)主傳動(dòng)減速機(jī)，每臺(tái)重約72噸，分別安裝在兩塊獨(dú)立的、高度約為6米的混凝土基礎(chǔ)上。此混凝土基礎(chǔ)因定寬機(jī)設(shè)備布置的需要，被設(shè)計(jì)為倒“L”形的懸臂結(jié)構(gòu)，定寬機(jī)主傳動(dòng)減速機(jī)安裝于其上，且減速機(jī)輸出軸端也是懸臂布置。為確保減速機(jī)的安裝水平，此減速機(jī)在出廠前，在裝配和調(diào)整結(jié)束后，須將兩臺(tái)減速機(jī)整體吊裝至檢測(cè)平臺(tái)，將減速機(jī)以傳動(dòng)中心線為基準(zhǔn)進(jìn)行調(diào)平，調(diào)平后，在減速機(jī)上箱體平面的四個(gè)角（兩臺(tái)減速機(jī)共八個(gè)角）進(jìn)行打磨，以其中一個(gè)角的打磨面為基準(zhǔn)“0”，再用水平儀觀測(cè)其余七個(gè)打磨面的標(biāo)高，將觀測(cè)結(jié)果用鋼號(hào)打印在減速機(jī)上箱體的打磨面上。這么做的目的是為了便于減速機(jī)在安裝時(shí)，其安裝水平度的可靠控制。

采用以上減速機(jī)的安裝水平度檢查和驗(yàn)收方法，本鋼2300線定寬機(jī)在2009年完成定寬機(jī)的安裝和調(diào)試，并正式投入使用。因定寬機(jī)的軋制力高達(dá)22000KN，最大側(cè)壓能力達(dá)到350mm，使得定寬機(jī)投入時(shí)的振動(dòng)及噪音都大于常規(guī)立輥軋機(jī)，這其實(shí)也是正常的。但因定寬機(jī)主傳動(dòng)減速機(jī)的這種特殊的懸臂安裝方式，及國(guó)內(nèi)同行業(yè)對(duì)定寬機(jī)設(shè)備本身的使用維護(hù)還缺乏成熟的經(jīng)驗(yàn)，使得我們對(duì)定寬機(jī)相關(guān)設(shè)備的劣化傾向難以可靠掌控。源于上述西馬克關(guān)于此減速機(jī)安裝水平度的設(shè)計(jì)和驗(yàn)收標(biāo)準(zhǔn)，我們有理由懷疑定寬機(jī)主減速機(jī)的安裝水平度如果出現(xiàn)偏離，將會(huì)導(dǎo)致更大的傳動(dòng)噪音和振動(dòng)。基于此，我們對(duì)定寬機(jī)主傳動(dòng)減速機(jī)在投入后的水平度進(jìn)行了觀測(cè)，發(fā)現(xiàn)其實(shí)際水平度的確已較投產(chǎn)時(shí)發(fā)生偏離。我們對(duì)此采用白鋼墊片對(duì)減速機(jī)水平進(jìn)行重新調(diào)整，并定期觀測(cè)。原先我們認(rèn)為這是混凝土基礎(chǔ)的自然沉降造成的，但通過(guò)多次觀測(cè)、調(diào)整、再觀測(cè)、再調(diào)整發(fā)現(xiàn)，其實(shí)并非如此簡(jiǎn)單。通過(guò)統(tǒng)計(jì)不難發(fā)現(xiàn)，其減速機(jī)安裝水平度的變化是沒(méi)有規(guī)律的。以測(cè)點(diǎn)位置⑥為例，由統(tǒng)計(jì)可以看出，位置⑥的10次實(shí)測(cè)值，均不在符合驗(yàn)收標(biāo)準(zhǔn)的0.22-0.42mm區(qū)間內(nèi)，且其水平值的變化并無(wú)規(guī)律，并非由單一的基礎(chǔ)沉降所導(dǎo)致，甚至其水平標(biāo)高曾“升高”的狀態(tài)。

2.2 水平度變化的影響

即使在第一次安裝時(shí)，將定寬機(jī)主傳動(dòng)減速機(jī)安裝水平全部符合要求，但是經(jīng)過(guò)一段時(shí)間使用，測(cè)試結(jié)果表明，定寬機(jī)主傳動(dòng)減速機(jī)上測(cè)點(diǎn)位置發(fā)生明顯無(wú)規(guī)律的改變。因定寬機(jī)主傳動(dòng)減速機(jī)安裝水平的這種非線性變化，會(huì)不可避免地導(dǎo)致其在傳動(dòng)過(guò)程中出現(xiàn)較大的振動(dòng)，由此會(huì)對(duì)主傳動(dòng)減速機(jī)相關(guān)軸承、齒輪副產(chǎn)生不利影響。當(dāng)定寬機(jī)主傳動(dòng)減速機(jī)安裝水平度變化超過(guò)允許范圍，或振動(dòng)比較嚴(yán)重時(shí)，需要停機(jī)進(jìn)行水平調(diào)整，調(diào)整過(guò)程往往需要24-48小時(shí)，這種非計(jì)劃停機(jī)會(huì)造成巨大損失。

基于上述原因，需要對(duì)振動(dòng)進(jìn)行有效監(jiān)測(cè)和控制。由于振動(dòng)產(chǎn)生的原因較復(fù)雜，設(shè)計(jì)、制造、安裝等環(huán)節(jié)都有可能存在，且因定寬機(jī)使用投入使用的需要，這些環(huán)節(jié)不可逆。這樣一來(lái)，對(duì)定寬機(jī)主傳動(dòng)減速機(jī)的振動(dòng)如能實(shí)現(xiàn)在線監(jiān)測(cè)，讓振動(dòng)的實(shí)際情況得到實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)，不失為一個(gè)避免因長(zhǎng)期振動(dòng)而導(dǎo)致設(shè)備故障發(fā)生的好辦法，本文對(duì)此將做詳細(xì)論述。

3 定寬機(jī)振動(dòng)的在線監(jiān)測(cè)方案

3.1 方案概述

為了保證定寬機(jī)的安全、穩(wěn)定及長(zhǎng)周期運(yùn)行，更加科學(xué)地進(jìn)行設(shè)備運(yùn)行、檢修及維護(hù)，必須對(duì)其采用在線監(jiān)測(cè)的方式實(shí)現(xiàn)設(shè)備狀態(tài)受控。振動(dòng)在線監(jiān)測(cè)系統(tǒng)實(shí)施將定寬機(jī)全面的納入狀態(tài)監(jiān)測(cè)范圍，對(duì)設(shè)備安全運(yùn)行及科學(xué)維修提供決策支持，幫助優(yōu)化設(shè)備的運(yùn)行，使得設(shè)備管理水平再上一個(gè)新的臺(tái)階。

3.2 定寬機(jī)在線振動(dòng)監(jiān)測(cè)實(shí)施方案

對(duì)于定寬機(jī)這種低速重載的專用設(shè)備，可采用RH2000型在線監(jiān)測(cè)站進(jìn)行監(jiān)測(cè)。

RH2000可實(shí)現(xiàn)對(duì)設(shè)備振動(dòng)信號(hào)的多通道同步監(jiān)測(cè)及轉(zhuǎn)速、溫度、電流等各種工藝量信號(hào)的實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)。可將實(shí)時(shí)采集的數(shù)據(jù)通過(guò)工廠內(nèi)部以太網(wǎng)傳輸并存儲(chǔ)在服務(wù)器的數(shù)據(jù)庫(kù)中。

以上在線振動(dòng)監(jiān)測(cè)實(shí)施方案只是硬件上的需求，為完成對(duì)振動(dòng)數(shù)據(jù)的統(tǒng)計(jì)和分析，還需配置有可完成以上功能需求的軟件系統(tǒng)。對(duì)此，可采用Advanced EAM作為此綜合監(jiān)測(cè)方案的統(tǒng)一平臺(tái)，并具有以下功能特色：

（1）結(jié)構(gòu)，方便系統(tǒng)的使用、維護(hù)

系統(tǒng)采用B/S架構(gòu)，B/S結(jié)構(gòu)即瀏覽器/服務(wù)器結(jié)構(gòu)，瀏覽器為Internet網(wǎng)或局域網(wǎng)中的任何一臺(tái)計(jì)算機(jī)，該計(jì)算機(jī)不需安裝任何專用軟件；用戶只需通過(guò)IE方式訪問(wèn)服務(wù)器IP或域名，打開(kāi)服務(wù)器網(wǎng)頁(yè)，即可登錄該系統(tǒng)。

采用B/S結(jié)構(gòu)的優(yōu)點(diǎn)首先是使用方便，可以使得管理人員和專業(yè)分析人員對(duì)設(shè)備狀態(tài)的了解和分析做到“隨時(shí)隨地”；其次是維護(hù)方便，系統(tǒng)的維護(hù)和升級(jí)全部在服務(wù)器端進(jìn)行，專業(yè)分析人員和管理人員不必?fù)?dān)心自己的計(jì)算機(jī)重新安裝或系統(tǒng)升級(jí)。

（2）自動(dòng)報(bào)警

系統(tǒng)能夠根據(jù)預(yù)先設(shè)定自動(dòng)識(shí)別設(shè)備狀態(tài)，進(jìn)行相應(yīng)等級(jí)的自動(dòng)報(bào)警，并支持對(duì)報(bào)警點(diǎn)和報(bào)警原因的查詢。這些預(yù)先設(shè)定是指對(duì)振動(dòng)的各種時(shí)域和頻域指標(biāo)以及其它工藝量（包括轉(zhuǎn)速、溫度、電流等）的統(tǒng)計(jì)報(bào)警設(shè)定，因此，狀態(tài)識(shí)別是在充分、完整的設(shè)備狀態(tài)信息基礎(chǔ)上實(shí)現(xiàn)的。系統(tǒng)還可將報(bào)警信號(hào)接入控制室，進(jìn)行聲光報(bào)警，免除了人工查看數(shù)據(jù)的被動(dòng)工作。

（3）設(shè)備狀態(tài)實(shí)時(shí)顯示與分析

系統(tǒng)提供多種分析工具，支持對(duì)采集數(shù)據(jù)的實(shí)時(shí)顯示與分析，包括時(shí)域波形、頻譜圖、軸心軌跡、瀑布圖、包絡(luò)解調(diào)等。系統(tǒng)的軸承數(shù)據(jù)庫(kù)支持對(duì)所有采集數(shù)據(jù)的自動(dòng)頻率識(shí)別與標(biāo)注。

（4）自動(dòng)的報(bào)告生成功能

能將各種分析界面、特征頻率列表、設(shè)備總值列表、主要峰值列表、檢修計(jì)劃、備件計(jì)劃等生成到Word文檔中，便于用戶撰寫分析報(bào)告，為設(shè)備檢修提供詳實(shí)的數(shù)據(jù)支持，也降低了工作量。

（5）易于實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)程診斷

系統(tǒng)采用B/S結(jié)構(gòu)，使得監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)不再局限于一臺(tái)電腦，而是可以在網(wǎng)絡(luò)中的任意一臺(tái)計(jì)算機(jī)上實(shí)時(shí)顯示和分析，并可以實(shí)現(xiàn)設(shè)備的遠(yuǎn)程診斷，從而大大提高綜合監(jiān)測(cè)系統(tǒng)監(jiān)測(cè)和診斷的效率。

（6）開(kāi)放性的數(shù)據(jù)平臺(tái)

Advanced EAM為各種設(shè)備信息化系統(tǒng)提供標(biāo)準(zhǔn)數(shù)據(jù)接口，可接入其他廠家設(shè)備、備件的數(shù)據(jù)。可跟其他管理系統(tǒng)如CMMS、ERP、EAM、DCS等無(wú)縫集成實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)共享，為ERP和EAM系統(tǒng)中的設(shè)備管理子系統(tǒng)提供數(shù)據(jù)支撐，以更加科學(xué)的進(jìn)行維修計(jì)劃制定和備品備件管理。

4 定寬機(jī)振動(dòng)在線監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)分析

4.1 定寬機(jī)運(yùn)行負(fù)載態(tài)波譜主要特征

頻譜主要特征：主要能量集中在4000Hz以內(nèi)，主要頻率構(gòu)成成份54.75Hz，兩組間隔都為54.75Hz，一組變頻載波頻率的整數(shù)倍3072Hz為中心，另外一組是電氣特征通過(guò)頻率的整數(shù)倍。其它部分也是如此。在其中一組電氣特征放大圖像上可以見(jiàn)到清晰的負(fù)載頻率—錘頭擠壓板坯的周期0.645Hz。

4.2 定寬機(jī)減速機(jī)振動(dòng)信號(hào)分析（以傳動(dòng)側(cè)為例）

長(zhǎng)波形顯示負(fù)載態(tài)，波形特征宏觀上顯著周期性，載荷在初期較小（由工藝決定），隨著軋制進(jìn)行，略微增加，局部有隨機(jī)性的較大的沖擊毛刺。初期負(fù)載特征是轉(zhuǎn)頻的，0.63Hz。中后期波形有每回轉(zhuǎn)兩次重復(fù)性特征。空載振動(dòng)能量較小。

5 結(jié)論

本鋼2300mm生產(chǎn)線配置的目前技術(shù)上世界領(lǐng)先的板坯調(diào)寬設(shè)備---定寬機(jī)，可以大幅提高粗軋工序的板坯調(diào)寬能力和尺寸精度，提高了上游工序連鑄坯的產(chǎn)量。但是由于該設(shè)備安裝型式的特殊性和使用過(guò)程的復(fù)雜性，使其在軋制狀態(tài)下產(chǎn)生了較大振動(dòng)。本文通過(guò)對(duì)定寬機(jī)安裝過(guò)程和調(diào)試測(cè)試的分析，根據(jù)振動(dòng)分析理論基礎(chǔ)，構(gòu)建了定寬機(jī)設(shè)備特別是主傳動(dòng)減速機(jī)運(yùn)行振動(dòng)在線監(jiān)測(cè)系統(tǒng)，完成了硬件和軟件系統(tǒng)的調(diào)試。通過(guò)振動(dòng)測(cè)試信號(hào)的分析，定寬機(jī)在軋制過(guò)程中，信號(hào)特征穩(wěn)定，無(wú)顯著的軸承特征和齒輪嚙合問(wèn)題。由此可見(jiàn)，本鋼2300mm熱軋機(jī)組定寬機(jī)定寬機(jī)安裝水平的微量變化，現(xiàn)階段對(duì)定寬機(jī)主傳動(dòng)減速機(jī)各部軸承、齒輪副的影響甚微，只需持續(xù)應(yīng)用在線監(jiān)測(cè)技術(shù)，通過(guò)對(duì)振動(dòng)信號(hào)的專業(yè)化分析來(lái)掌控振動(dòng)的劣化傾向。

綜上所述，本文得到如下結(jié)論：（1）本鋼2300mm熱軋機(jī)組定寬機(jī)安裝水平的微量變化對(duì)主傳動(dòng)軸承和齒輪副的不良影響甚微。（2）本鋼2300mm熱軋機(jī)組定寬機(jī)的在線監(jiān)測(cè)技術(shù)完全可以拓展至其它工藝工況復(fù)雜的機(jī)械設(shè)備上應(yīng)用。（3）機(jī)械振動(dòng)的基礎(chǔ)理論通過(guò)與專用傳感器的數(shù)據(jù)采集、集成化的數(shù)據(jù)分析相結(jié)合，現(xiàn)已可以應(yīng)用于各種復(fù)雜機(jī)械設(shè)備工況，并完成相關(guān)振動(dòng)分析和診斷。（4）隨著將此在線振動(dòng)監(jiān)測(cè)技術(shù)在非標(biāo)設(shè)備上的普及應(yīng)用，并隨著其振動(dòng)狀態(tài)的定點(diǎn)采集和數(shù)據(jù)積累，此在線振動(dòng)監(jiān)測(cè)的數(shù)學(xué)分析模型也將逐步完善。（5）隨著分析模型的完善，日后的在線監(jiān)測(cè)技術(shù)將更有針對(duì)性，分析的結(jié)論將更加直觀，更加準(zhǔn)確，并可作為設(shè)備運(yùn)行狀態(tài)管控所不可或缺的專業(yè)化工具。

作者簡(jiǎn)介

宋舒（1974-），男，江蘇江陰人，1997年8月畢業(yè)于東北大學(xué)，本科，并獲得冶金機(jī)械設(shè)備專業(yè)學(xué)士學(xué)位，在職學(xué)習(xí)獲得大連理工大學(xué)碩士學(xué)位，現(xiàn)就職于本鋼板材股份有限公司戰(zhàn)略規(guī)劃部，工程師，從事項(xiàng)目管理工作。