李永傑 徐蘭（lán）俠 李堯 胡（hú）天宇（yǔ） 楊建輝
（河鋼集團唐鋼公（gōng）司）
摘 要：本文對軋鋼設備在振動監測及故障診斷項目中遇到的低速重（chóng）載、負載變（biàn）化、速度變化、現場（chǎng）信號幹（gàn）擾等問題（tí）進行了（le）詳細分析，提出振動監測人（rén）員不（bú）僅需要提高監測（cè）設備硬件性能滿足（zú）現場環境需求（qiú），還要及時收（shōu）集（jí）必需的現場工（gōng）藝信息來對設備運（yùn）行狀態（tài）做出評估。針對軋鋼設（shè）備管理（lǐ）提出建立生（shēng）產（chǎn）信息一振動監測（cè）一設備維修三位一體的設備管理體係。
關（guān）鍵詞：軋鋼設備（bèi）管理；振（zhèn）動監測；故障診斷
近十年來，國內鋼鐵業（yè），受（shòu）經濟危機影響，效益大幅下（xià）滑，另（lìng）一方（fāng）麵，老產線設備麵臨嚴重磨損、老化問題。在（zài）巨大（dà）的生存壓（yā）力下，鋼鐵業越來越重視設備（bèi）狀態監測和故障診斷（duàn）技術在設備管理（lǐ）中的作（zuò）用。設備狀（zhuàng）態監測及故障診斷技術（shù）獲得突飛猛進式（shì）的發展也給（gěi）企業帶來可觀的經濟（jì）效（xiào）益。目前，各大型鋼鐵企業也開始重（chóng）視（shì）振動監測和故障診斷係統，進（jìn）行設備的狀（zhuàng）態監測及故障診（zhěn）斷。
1 振動監測背景介紹
現代化工業生產不斷向（xiàng）大型化、高速化、智能化發展，連續生產時間越來越（yuè）長。機械裝（zhuāng）備故障停機會造成重大經濟損失，甚至導致機（jī）毀人亡的重大事（shì）故[1]。傳統的（de）設備點檢效果很大程（chéng）度上依賴（lài）點（diǎn）檢員的個人經驗，並且“眼（yǎn）看、耳聽、手摸（mō）”的點檢方式很難（nán）發（fā）現早期設備（bèi）故障，致使早期故障逐漸惡化，甚至引發故障停機。在現代生產對設備依賴程度越來越高的時代背（bèi）景下，石化、冶金、電力等過程工（gōng）業，迫切需要一種（zhǒng）能夠發現早期故障並對設備狀態（tài）做（zuò）出評估的技術一設備狀態監測及故障診斷技術。設備狀態監測及故障診斷通過對運轉設備的振動信息進行采集、處理、分析，對故障進行早期（qī）診斷、預測，在機器沒有重大損（sǔn）傷之前查明故（gù）障原因並適時采（cǎi）取預防、修複和改進對策，Z終達到提高經濟效益的目的[2]。
2 軋鋼設備（bèi）開展振動監測的意義
軋鋼生產設備負載高，耗能大，產（chǎn）線大型（xíng）設備多。隨（suí）著設備（bèi）運行時（shí）間的延長，設備容易出現軸承磨損，基礎剛性下降，對（duì）中不良，電機籠條鬆（sōng）動等各種（zhǒng）機械問題[3]。如果不能及時（shí）發現處理這些問題（tí），將會使設備（bèi）運行效率降低（dī），同時加劇其他零件的損壞，Z終發展成（chéng）故障或事故，造成重大的經濟損失。對乳鋼設備開展（zhǎn）狀態監測（cè）並將其納入到設備的全生命周期（qī）管理（lǐ），對軋鋼生產具有以下幾方麵重要的意義（yì）：
1)實現安全生（shēng）產。機（jī）組設備振動情況直接（jiē）反映設備運行狀態。無論是標準化還是國內或行業標準化組織，針對不同設備都製定了以振動速度有效值大小來判定設備運行狀態是否良好的標準，如ISO_10816、GB10068—2000[3]。軋鋼設備能耗高，設備密集，危險源種類多、數量豐富（fù），設備（bèi）的（de）安（ān）全運行（háng）狀態對確保安全生產至關重要。
2)實現節能降耗。軋鋼設備具有高耗能的特點，而機（jī）組振（zhèn）動幅（fú）度增大，往往意味（wèi）著某（mǒu）些部件處於非正常運行狀態，如不對中、斷齒、軸（zhóu）彎曲等問題，不僅（jǐn）降低了傳動效率，而（ér）且加劇了零件磨（mó）損和設備損（sǔn）壞。
3)實現質量控製。應用振動監測，對（duì）設備購置、安裝（zhuāng）、檢修等作業環節進行（háng）“健康（kāng）體檢”，根據國（guó）家或振動標準進行質量驗收，保證設備在投（tóu）人生產（chǎn）時處於良好的運行狀態，這樣Z大限度地加強設備全生命周期的質量管理，為企業帶來經濟效（xiào）益。
4)實現科學檢修。對設（shè）備進行振動監測，參考相關和國家標（biāo）準規定（dìng）的振動參數，判定設備運行狀態。對於（yú）振動超標的設（shè）備，分析振動（dòng）超標的原因、部（bù）位、性（xìng）質，解決維修人員關心的“是否需要立刻修”、“修（xiū）哪裏”、“如何修”等問題。在維修工作完成後（hòu），用（yòng）振動數據評價檢修質量是否達到要求。通過振動監測來減（jiǎn）少過維（wéi）修、欠維修、反（fǎn）複（fù）停修的發生，提高檢修效率和質量。
3 對軋（zhá）鋼（gāng）設備進行振動分析（xī）麵臨的多重（chóng）困難
軋鋼工藝（yì）和設（shè）備比較複雜，對於熱軋帶鋼生產設備，進行振動狀（zhuàng）態監測的設備有：粗軋機（jī）、精乳機、卷（juàn）箱、卷曲機、除磷泵、空氣（qì）引風機、煤氣引風機等產線相關設備（bèi）。冷（lěng）軋（zhá）帶鋼生產（chǎn）設（shè）備進行振動（dòng）狀態監測的設備有：開卷機、活套、光整機、軋機、張（zhāng）力輥、卷曲機，快冷風（fēng）機、排煙風機等設備。這些設備常見的故障類型有：軸承磨損（sǔn）、齒麵磨損、斷齒、聯軸器對中不良、風機不（bú）平衡、地腳鬆動等。在對這些設備進行故障診斷時，常會遇到許多困難，使分析師難以準確判斷故障源。軋鋼設備進行故（gù）障診斷的多方麵困難主要體現在以下幾點：
1)低速重載對振（zhèn）動監測提出了更高的要求。軋鋼生（shēng）產中軋製工藝設備故障頻率通常（cháng）在0.5-5Hz之間，普通的加速（sù）度傳（chuán）感器難以測量到準確的低頻振動信息。以鍍鋅生產線（xiàn）光整機為例，電機轉速660rpm，齒輪箱為兩級減速，I級齒輪齧（niè）合齒數比20/98，II級齒輪齧合齒數比17/57，中間軸轉速134.64rpm即2.244Hz，三軸輸出轉（zhuǎn）速為40.26rpm即（jí）0.671Hz。對在線振動監測常用（yòng）的標準型加速度傳感器而言，輸（shū）入軸可以正常測量，中間軸可以勉強測量，而輸出軸的（de）測量數據將出現非常嚴重的失（shī）真，致使分析人（rén）員無法（fǎ）進行振動分析。所以，對於輸出軸的振動監測需要采用高精度的低頻加速度傳感器。另外，為了分辨（biàn）輸出軸的（de）軸承故（gù）障頻率和轉動頻率，需要更高的（de）分辨率，采集更（gèng）多的（de）采樣（yàng）點。這就對數據（jù）存儲、數據（jù）運算（suàn）、數（shù）據傳輸提出了更（gèng）高的要求。因（yīn）此，對軋鋼設備（bèi）進行振動監測，需（xū）要在傳感器（qì）、數據（jù）存儲、數據運算、數據（jù）傳輸多方麵綜合考慮。
2)工藝變速使采集（jí）信號的頻率成分更加複雜。許多（duō）軋鋼生產設備需要在使用時（shí）進行變速，引（yǐn）入多（duō）變的頻率成分，對設備狀態評估十分不利。圖(1)為對卷曲機進行振動信息采集時測（cè）得的卷曲機電機轉速（sù），可（kě）見（jiàn）在整個工作過程（chéng）速度一直變（biàn）化，所以振動分析需要考（kǎo）慮升降（jiàng）速帶來的影響。除此之外，乳製（zhì）不同品種鋼帶，軋（zhá）鋼設備（bèi）的工作（zuò）轉速也不同。對於基於時間（jiān）的設備狀（zhuàng）態監測來說（shuō），複（fù）雜多變的負載條件，不（bú）利於分析（xī）師對設備不同（tóng）時間振動信息進行（háng）對比。
3)離線數據采集受到複雜的現場環境的製約。很多軋鋼生產線規（guī）劃、施工（gōng）時並沒有（yǒu）考慮到（dào）離線采（cǎi）集振動信（xìn）息的安全站（zhàn）位點。現場部分設備安裝在狹小的空間中，或者（zhě）沒有安全防護裝置保護現場振動數（shù）據采集人員進行數據（jù）采集。工作人員必須在危險的環境中進（jìn）行數據采集，有少（shǎo）數測點無法進行安（ān）全有效的離線信息采集。
4)設（shè）備間的相互影響，對振動分析造成幹（gàn）擾（rǎo）。軋（zhá）鋼設備具有很高的軋製負載，並且設備安裝密集，某一（yī）台設備的振動會通過平台傳遞到相鄰設備(軋鋼生產線的平台常為鋼結構支撐平（píng）台)。在對所檢設備進（jìn）行狀態判斷時，往往出現無法辨別（bié）的頻率成（chéng）分。另外，大功（gōng）率設備的供電線路對信號線的（de）幹擾，也會使信號異常（cháng）波（bō）動。
4 對軋鋼設備（bèi）的進行振動監測的（de）建議
軋鋼生產線工況複雜，為了提高設備狀（zhuàng）態評估和故障診斷的準確性，在綜合考慮設備振動監測方便有效（xiào）、施工（gōng）成（chéng）本合理的基（jī）礎上，提出以下幾點（diǎn）建議：
1)針對軋（zhá）鋼生產線中低速重載設備進行監測，選取高靈敏（mǐn）度的低頻加速度傳（chuán）感器，增加采樣點數，達（dá）到能夠清楚分辨低頻段（duàn）故障的目（mù）的。同時，提高設備的傳輸、存（cún）儲、計算能力，為係統的正常運行提供保障（zhàng）。
2)建立工藝生產與設備狀態監測的聯係途徑。生產離不（bú）開設（shè）備，設備服務於生產，設備狀態與生產息息（xī）相關。設備（bèi）狀（zhuàng）態監測的過程中，生產的（de）提速、減速，所生產帶（dài）鋼的品種變化都會引起振動（dòng）信號的劇烈變化（huà）。在狀態監測和故障診斷過程中這些變化信息是非常重要的，所以生產方與設備監測方要建立起通暢（chàng）的（de）聯係途徑，以便及時分析變化（huà）劇烈的信號。
3)在設備的設計安裝過程中考慮到振動監測的安全位置。通過在運轉設備上添加（jiā）防（fáng）護欄，增設數據采集平台等方式（shì），來增加可采振動數據點的數量。在成本（běn）允許時，可以提高在（zài）線監測點數量，減少離線監測點來達（dá）到振動監測目的。
4)減少現場幹擾，合理辨識振動信息。在設備設計安裝階段考慮設備的（de）隔振減振;鋪設振動信號（hào）傳送線時避開大功率設備動力電纜，加強屏蔽；在進行故障診（zhěn）斷時對現場環（huán）境進行查看，進（jìn）行整體性診斷，例如（rú）熱軋軋機距離近負（fù）載高，相互間的（de）影響明顯。同時，需要提高振動故障（zhàng）診斷人員素質，對各個影響因素進行合理辨識（shí）。
5 結束語
目前，在嚴酷的市場環境（jìng）下軋（zhá）鋼企業（yè）需要通過振動監測及故障診斷技術來管理軋鋼設備，保證良（liáng）好的設備運行狀態，提高設備全生命（mìng）周期管理水（shuǐ）平，達到提（tí）高企業經（jīng）濟效（xiào）益的目的。本（běn）文（wén）詳細分析（xī）了在對軋鋼設備進行振動監（jiān）測時（shí），需要麵對的低速（sù）重（chóng）載、變負荷、變速度、現場幹擾等複雜工況對振動檢測及（jí）分析所帶來的影響。振動監測人員不僅需要提高監測設備硬件性能滿足現（xiàn）場環境需求，還要及時收集必需的現場工藝信息來（lái）對設備運行狀（zhuàng）態做出評估。因此，將來需要（yào）在軋鋼企業建立生產信息一（yī）振動監測一設備維修三位一體的設備管理體係，提高對設備（bèi）狀（zhuàng）態評估的準確性及時對超標設備進（jìn）行精準維修，充分發揮振動監測及故障診斷的市場價值。
來源（yuán）：《冶金設備（bèi）》2017(s2)
