设备状态监测与故障诊断技术的应用

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1、设备状态监测与故障诊断技术的应用摘要：高速线材厂轧机具有运转速度高、载荷变化频繁、所轧制轧件温度低的特点，设备的主要故障是主传动设备的轴承、齿轮失效故障，占了总设备故障时间的50%以上。传动设备的故障诊断，要通过在线监测，在获取机械大量信息的基础上，基于机器的故障机理，从中提取故障特征，进行周密的分析，然后进行诊断。通过设备状态监测与故障诊断技术的推广应用，达到预防为主的目的，有效的避免过维修和欠维修，既减少了设备故障又降低了维修费用，大大提高了作业率，为生产的顺利进行提供了可靠的保障。关键词：

2、高速线材厂；设备状态监测；故障诊断技术；齿轮故障；轴承故障1前言设备状态监测与故障诊断技术是一种了解和掌握设备在使用过程中的状态，确定其整体或局部正常或异常，早期发现故障及其原因，并能预报故障发展趋势的技术。通俗地讲，它是一种给设备“看病”的技术。本文联系高线厂预精轧机在实际工况条件下的状态监测，以及根据采集到的振动故障信号，对高线厂预精轧机进行故障诊断，并简单介绍一下设备状态监测与故障诊断技术在高速线材轧机上的应用。2设备简介韶钢高速线材厂设计年生产50万t，轧制规格φ5.0～φ20mm，成品

3、设计速度140m/s，保证速度115m/s。关键设备从意大利DANIELI进口，控制系统由TMEIC设计。全线由30架轧机组成，粗、中、预精轧采用平立交替布置，BGV、TMB采用DANIELI45度角顶交布置。是目前世界最先进的高速线材生产线之一。预精轧机组由4架φ285轧机组成，平立交替布置。机架间设有立活套。4架φ285轧机为悬臂辊环式结构，具有如下特点：（1）轧机为轧辊箱插入式机构。机架由轧辊箱和齿轮箱（锥箱）组成；（2）轧辊箱箱体带有法兰面板，用来与齿轮箱连接。箱体内装有偏心套机构用来调

4、整辊缝。偏心套内装有油膜轴承与轧辊轴，在悬臂的轧辊轴端用锥套固定辊环。水平机架与立式机架共用一种轧辊箱；（3）水平机架的齿轮箱内由输入轴和同步齿轮轴组成；（4）立式机架的齿轮箱内的传动系统比水平机架多了一对螺旋伞齿轮，用来改变传、动方向和调整速比，其余部分与水平机架相同；（5）辊缝的调节是旋转一根带左、右丝扣和螺母的丝杆，使两组偏心套相对旋转，两轧辊轴的间距随偏心套的旋转相对轧线对称移动而改变辊缝，并保持原有轧线及导卫的位置不变；（6）辊环通过锥套连接在悬臂的轧辊轴上，用专用的换辊工具更换辊环；

5、（7）全部齿轮均为硬齿面磨削齿轮，齿面修形，辊箱齿轮精度5级，螺伞齿轮为格里森齿型，精度5级。齿轮、齿轮轴、螺伞齿轮均为渗碳钢(20CrNi2Mo)。（8）轧机滚动轴承及油膜轴承全部采用进口轴承（摩根专用轴承）。预精轧机立式机架锥箱结构如图1所示,轴Ⅰ、轴Ⅱ是通过1、2两螺旋伞齿轮传动，轴Ⅱ、轴Ⅲ是通过3、4两斜齿轮传动。三条轴分别由不同型号的滚动轴承支撑（如图1中①～⑥）。锥箱内各齿轮轴承参数见表1、表2。表1预精轧机16#锥箱齿轮齿数齿轮序号1234齿数355333333状态监测如图2、3所

6、示，2006年5月30日和6月13日测得的频谱分析图是16＃立式轧机分别在转速为610rpm和666rpm的转速下测得的，两图有明显的差异。虽然两副频谱中显示的振动幅值都表2预精轧机16#锥箱轴承参数轴承序号滚动体数Z节径D（″）滚动体直径d（″）接触角α1186.49610.866102206.56790.8125293186.49610.8823804123.74020.826805113.44490.8437406102.26380.530图1预精轧立式机架锥箱结构没有进入ISO3495旋

7、转机械的振动烈度标准危险区域，但两次测得的结果一次基波振动副值逐渐增加,且两图中二、三、四、五次谐波都有明显的突起。证明锥箱内运转情况逐渐劣化，存在设备隐患。由于传感器安装位置上的差异，机械振动烈度未超出ISO3495标准并不能说明设备是正常的。因此状态监测需要每天进行记录，并要求将监测到的结果与历史记录比对，从中找出变化趋势，才能判断出真实的设备状态。啮合频率基频下边频上边频2倍频3倍频4倍频5倍频43210mm/secPeakMagLin0500100015002000HzLin图2劣化前期

8、频谱分析43210LinRMSmm/secMag啮合频率基频2倍频3倍频4倍频5倍频下边频上边频0500100015002000HzLin图3劣化中频谱分析4故障诊断高速线材轧机具有运转速度高、载荷变化频繁、所轧制轧件温度低的特点，设备的主要故障是主传动设备的轴承、齿轮失效故障，占了总设备故障时间的50%以上。传动设备的故障诊断，要通过在线监测，在获取机械大量信息的基础上，基于机器的故障机理，从中提取故障特征，进行周密的分析，才能进行诊断。4.1齿轮故障诊断由啮合刚度的周期变化形成的振动信号X（