狀態監測技術在棒材軋制線上的應用

韓瞧，徐長慶，郭景生

（遼寧冶金職業技術學院，遼寧本溪117000）

狀態監測技術在棒材軋制線上的應用

韓瞧，徐長慶，郭景生

（遼寧冶金職業技術學院，遼寧本溪117000）

在棒材軋制線上應用狀態監測與故障診斷技術，及時發現故障，精準確定故障位置、故障原因，給出科學合理的維修建議，避免設備發生重大事故，減少故障停機，降低維修費用，保證設備安全、經濟、可靠運行。

狀態監測；故障診斷；棒材軋制線率

0 概述

某鋼鐵企業的棒材生產線以連續式方式布置粗軋、中軋、精軋軋機。軋機主傳動采用全數字式PLC控制，粗、中軋采用微張力連軋，中軋、精軋中間有一側活套，精軋機組每架軋機之間均有立活套，形成無張無扭軋制。該生產線高速化、自動化、連續化程度較高，許多故障很難靠人的感官發現，而且有些設備精密復雜，不允許隨便解體檢查；因設備突發性事故造成的損失大，設備的維修成本占總生產成本的比例大。保證設備連續、可靠運行的關鍵就是設備故障的早期發現與排除，實施狀態監測是發現設備早期故障的有效措施，棒材生產線的狀態監測主要是監測軋機主傳動系統的電機、減速機。

1 狀態監測技術的應用

1.1 監測點布置

精軋軋機傳動主系統由電機、聯軸器、減速機、齒輪箱組成，主要監測部位是電機及減速機共計5個位置，在線布置7個振動測點，分別對電機、減速機軸承、齒輪及軸進行監測，監測點布置如圖1所示。

1.2 棒材軋制線精軋軋機傳動系統結構參數

在進行診斷分析之前對精軋軋機傳動系統各級齒輪及軸承的嚙合頻率、齒數、轉速等參數進行計算，以比對后期形成的頻譜圖所形成的各種頻率等參數。表1為電機轉速862 r/min時各軸轉頻及各級嚙合頻率。

1軸電機側和軋線側軸承型號23226，軋線側支撐軸承型號22228，2軸電機側軸承型號和軋線側軸承型號24040C，轉頻及特征參數見表2。

圖1 精軋機組傳動系統監測點布置示意圖

表1 軸轉頻和嚙合頻率Hz

表21 軸轉頻、2軸轉頻和軸承特征參數

1.3 數據采集

利用精密點檢儀器對測點位置進行數據采樣，根據以往經驗，分別設置3組測量定義，分別是加速度［8k加速度波形（2-5k）］；速度［4k速度波形（2-1k）］和位移［4k位移波形（2-1k）］，采集結果見表3。

1.4 數據分析

（1）總值趨勢分析。根據表3數據，軋機在空載工況下，減速機1軸電機側軸承3A處振幅明顯偏大，速度值6.79 mm/s,可能原因是軸承元件損傷，需要進一步的波譜分析。

（2）頻譜分析。頻譜（圖2）顯示，振動能量主要集中在減速機3A方向121.3 Hz，158.8 Hz，129.4 Hz，加速度幅值較小，減速機3H方向振動較小，無高頻能量。

3A振動大，主要能量158 Hz是1軸轉頻的11倍左右，可能是23226C（19），22228（19）的內圈特征頻率。121 Hz可能是外圈、2軸的嚙合頻率，需要提高分辨率，采集長波形區分121 Hz。

（3）時域波形顯示有顯著的低頻調制現象（4）長波形分析。長波形見圖3。

表3 設備數據采集列表

圖2 頻譜分析圖

圖3 長波形圖

將長波形進行包絡解調后，去掉不相干的信息及數據后，各個階段都顯示了精確穩定的頻率特征。

2 診斷結論

該精軋機組傳動系統減速機曾經出現過1軸2228軸承滾動體點蝕，更換1軸全部軸承。且由于2軸軸承間隙過大，因此有點蝕存在，更換過全部軸承。在進行狀態監測時，發現減速機輸入1軸軸向振動速度達6.79 mm/s，連續跟蹤采集數據振幅不穩定，空載時振動速度值大，軋鋼時振動速度值小。

2.1 數據分析結論

（1）158 Hz是軸承內圈信號，帶有邊帶的結構是轉頻14.375 Hz，磨損特征主要損傷是內圈。

（2）104 Hz是滾動體的2倍通過頻率，包絡解調顯示了非常清晰的無固定中心頻率的保持架邊帶結構：△f=-6.25 Hz；是保持架刮擦的特征。

（3）121 Hz是2級嚙合特征，邊帶是2軸轉頻，2軸齒輪嚙合不良。

2.2 原因分析與劣化模式

軸軸承內圈損傷，振幅不穩定和轉子的位置、軸承負荷區域有關，顯示了非定位軸承外圈不能自由滑動，是導致軸承故障的內因。軸承受到的軸向力是進出兩側的聯軸器磨損和嚙合的斜齒輪產生。單純的軸向力和不滑動的外圈結合起來會導致滾動體、內圈的單列剝落。軸承內圈損傷后，在負荷和非負荷工藝狀態下振動的差異很大，并且經過一段時間，軸承滾動體、外圈將損傷，最終損傷保持架。

2.3 設備故障分析

通過以上分析，確定該故障屬于軸向定位不良導致的軸承早期單側剝落的漸進性故障類型。

2.4 維修建議

檢查1軸軸承酌情更換，檢查兩個非定位軸承的外圈痕跡，外圈和座孔接觸痕跡，研磨，使得外圈可以自由滑動。檢查減速機和電機聯軸器的聯軸器情況，酌情更換。

3 診斷驗證

下線解體檢查發現1個軸承保持架斷裂，滾動體剝落較為嚴重，2軸的1個小齒輪斷齒，如圖4~圖6所示，與診斷分析完全吻合。

狀態監測在棒材軋制線故障診斷中的應用能及時發現故障，精準確定故障位置、故障原因，給出科學合理的維修建議，避免設備發生重大事故，減少故障停機，降低維修費用，保證設備安全、經濟、可靠運行。

圖4 軸承的保持架斷裂

圖5 滾動體剝落較為嚴重

圖6 2軸的小齒輪斷齒

［1］張鍵．機械故障診斷技術第2版[M]．北京：機械工業出版社，2014.

［2］楊國安．齒輪故障診斷實用技術第1版[M]．北京：中國石化出版社，2012.

〔編輯 李波〕

TG335.6

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10.16621/j.cnki.issn1001-0599.2017.01.41