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1、设备状态监测与故障诊断技术的应用摘要：高速速线材厂轧轧机具有运运转速度高高、载荷变变化频繁、所所轧制轧件件温度低的的特点，设设备的主要要故障是主主传动设备备的轴承、齿齿轮失效故故障，占了了总设备故故障时间的的50%以以上。传动动设备的故故障诊断，要要通过在线线监测，在在获取机械械大量信息息的基础上上，基于机机器的故障障机理，从从中提取故故障特征，进进行周密的的分析，然然后进行诊诊断。通过过设备状态态监测与故故障诊断技技术的推广广应用，达达到预防为为主的目的的，有效的的避免过维维修和欠维维修，既减减少了设备备故障又降降低了维修修费用，大大大提高了了作业率，为为生产的顺顺利进行提提供了可靠靠的保障
2、。关键词：高高速线材厂厂；设备状状态监测；故障诊断断技术；齿齿轮故障；轴承故障障 1 前言设备状态监监测与故障障诊断技术术是一种了了解和掌握握设备在使使用过程中中的状态，确确定其整体体或局部正正常或异常常，早期发发现故障及及其原因，并并能预报故故障发展趋趋势的技术术。通俗地地讲，它是是一种给设设备“看病”的技术。本本文联系高高线厂预精精轧机在实实际工况条条件下的状状态监测，以以及根据采采集到的振振动故障信信号，对高高线厂预精精轧机进行行故障诊断断，并简单单介绍一下下设备状态态监测与故故障诊断技技术在高速速线材轧机机上的应用用。2 设备简简介韶钢高速线线材厂设计计年生产550万t，轧轧制规格5.
3、020mmm，成品设设计速度1140m/s，保证证速度1115m/ss。关键设设备从意大大利DANNIELII进口，控控制系统由由TMEIIC设计。全全线由300架轧机组组成，粗、中中、预精轧轧采用平立立交替布置置，BGVV、TMBB采用DAANIELLI45度度角顶交布布置。是目目前世界最最先进的高高速线材生生产线之一一。预精轧机组组由4架285轧机机组成，平平立交替布布置。机架架间设有立立活套。44架285轧机机为悬臂辊辊环式结构构，具有如如下特点：（1）轧机机为轧辊箱箱插入式机机构。机架架由轧辊箱箱和齿轮箱箱（锥箱）组组成；（2）轧辊辊箱箱体带带有法兰面面板，用来来与齿轮箱箱连接。箱箱体
4、内装有有偏心套机机构用来调调整辊缝。偏偏心套内装装有油膜轴轴承与轧辊辊轴，在悬悬臂的轧辊辊轴端用锥锥套固定辊辊环。水平平机架与立立式机架共共用一种轧轧辊箱；（3）水平平机架的齿齿轮箱内由由输入轴和和同步齿轮轮轴组成；（4） 立立式机架的的齿轮箱内内的传动系系统比水平平机架多了了一对螺旋旋伞齿轮，用用来改变传传、动方向向和调整速速比，其余余部分与水水平机架相相同；（5）辊缝缝的调节是是旋转一根根带左、右右丝扣和螺螺母的丝杆杆，使两组组偏心套相相对旋转，两两轧辊轴的的间距随偏偏心套的旋旋转相对轧轧线对称移移动而改变变辊缝，并并保持原有有轧线及导导卫的位置置不变；（6）辊环环通过锥套套连接在悬悬臂的
5、轧辊辊轴上，用用专用的换换辊工具更更换辊环；（7）全部部齿轮均为为硬齿面磨磨削齿轮，齿齿面修形，辊辊箱齿轮精精度5 级，螺螺伞齿轮为为格里森齿齿型，精度度5级。齿轮轮、齿轮轴轴、螺伞齿齿轮均为渗渗碳钢(220CrNNi2Moo)。（8）轧机机滚动轴承承及油膜轴轴承全部采采用进口轴轴承（摩根根专用轴承承）。预精轧机立立式机架锥锥箱结构如如图1所示示,轴、轴是通过11、2两螺螺旋伞齿轮轮传动，轴轴、轴是通过33、4两斜斜齿轮传动动。三条轴轴分别由不不同型号的的滚动轴承承支撑（如如图1中）。锥箱箱内各齿轮轮轴承参数数见表1、表表2。表1 预预精轧机116#锥箱箱齿轮齿数数齿轮序号1234齿数3553
6、33333 状态监监测如图2、33所示，22006年年5月300日和6月133日测得的的频谱分析析图是166立式轧轧机分别在在转速为6610rppm和6666rpmm的转速下下测得的，两两图有明显显的差异。虽虽然两副频频谱中显示示的振动幅幅值都表2 预精轧机机16#锥锥箱轴承参参数轴承序号滚动体数ZZ节径D（）滚动体直径径d（）接触角1186.496610.8666102206.567790.81225293186.496610.88223804123.740020.8266805113.444490.84337406102.263380.530图1 预预精轧立式式机架锥箱箱结构没有进入IIS
7、O34495旋转转机械的振振动烈度标标准危险区区域，但两两次测得的的结果一次次基波振动动副值逐渐渐增加,且且两图中二二、三、四四、五次谐谐波都有明明显的突起起。证明锥锥箱内运转转情况逐渐渐劣化，存存在设备隐隐患。由于于传感器安安装位置上上的差异，机机械振动烈烈度未超出出ISO33495标标准并不能能说明设备备是正常的的。因此状状态监测需需要每天进进行记录，并并要求将监监测到的结结果与历史史记录比对对，从中找找出变化趋趋势，才能能判断出真真实的设备备状态。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/secPeakMagLin0 500 10000 11500 20000Hz
8、Linn图2 劣劣化前期频频谱分析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0 500 10000 11500 20000Hz Lin图3 劣劣化中频谱谱分析4 故障诊诊断高速线材轧轧机具有运运转速度高高、载荷变变化频繁、所所轧制轧件件温度低的的特点，设设备的主要要故障是主主传动设备备的轴承、齿齿轮失效故故障，占了了总设备故故障时间的的50%以上上。传动设设备的故障障诊断，要要通过在线线监测，在在获取机械械大量信息息的基础上上，基于机机器的故障障机理，从从中提取故故障特征，进进行周密的的分析，才才能进行诊诊断。4.1 齿齿轮故障诊诊断由啮合刚度度的
9、周期变变化形成的的振动信号号X（t）无无论齿轮处处于正常或或异常状态态下，这一一振动成分分总是存在在的。只是是两种状态态下振动的的水平是有有差异的。当当齿轮的制制造与安装装误差、剥剥落、裂纹纹等故障产产生时，齿齿轮的啮合合刚度降低低，从而产产生更为强强烈的振动动。这样，测测得的振动动信号X（tt）畸变加加剧，在频频谱图上，啮啮合频率处处的谱值会会增加得更更大。同时时，这些故故障会直接接成为振动动的激励源源，使齿轮轮振动信号号中含有轴轴的回转频频率及其倍倍频，而故故障齿轮的的振动信号号往往表现现为回转频频率对啮合合频率及其其倍频的调调制，调制制频率即为为齿轮轴的的回转频率率frn/660。在频频
10、谱图上形形成以啮合合频率为中中心、两个个等间隔分分布的边频频带。由于于调频和调调幅的共同同作用，最最后形成的的频谱表现现为以啮合合频率及其其各次谐波波为中心的的一系列边边频带群，边边频带反映映故障源信信息，边频频带的间隔隔反映了故故障源的频频率，幅值值的变化表表示了故障障的程度。由此可见，在在已知齿轮轮齿数及转转速的情况况下测取齿齿轮的振动动信号，并并做频谱分分析，判断断啮合频率率及高次谐谐波频率处处的谱幅是是否异常，边边频谱幅是是否异常，即即可诊断齿齿轮有无故故障。4.1.11 齿轮常常见故障齿轮本身的的故障有以以下几种：一是造误差差：偏心，周周节误差和和齿形误差差；二是装装配不良：不同轴，
11、不不对中，齿齿轮副的轴轴线不平行行；三是齿齿轮的损伤伤：断裂、磨磨料磨损、胶胶合撕伤、疲疲劳剥落等等。4.1.22 齿轮的的啮合频率率和固有频频率啮合频率：fzn1/60Z1n2/60Z2（1）式中，n11 、n2为传动齿齿轮、被动动齿轮的转转速（rppm）；ZZ1 、Z2为传动齿齿轮、被动动齿轮的齿齿数。12Km固有频率：f （2）式中，m为为齿轮副的的等效质量量；K为齿轮副副的等效弹弹簧常数（等等效刚度）。齿轮在啮合合过程中产产生的振动动，为齿轮轮承受冲击击载荷时发发生的自由由振动，无无论在正常常和异常状状态下都有有固有频率率产生。4.1.33 频谱分分析根据锥箱齿齿轮的齿数数，按（11）
12、式可计计算出166#轧机锥锥箱内各级级齿轮的啮啮合频率（见见表3）。表3 预预精轧机116#锥箱箱内各级齿齿轮啮合频频率输入轴转速速n （rrpm）轴啮啮合频率（HHz）啮合合频率（HHz）610355.663221.443666388.227241.776对应图2、图图3中振动动幅值明显显突出位置置的基波频频率3555Hz、3387.55Hz与表表3中计算算后得到的的啮合频率率进行比较较可以发现现，理论计计算所得的的轴啮合频频率与实际际测得的基基波振动信信号频率几几乎完全可可以对应上上，并且已已经出现了了故障特征征频率的22、3、44、5倍频频。这说明明16轧机机振动的原原因可能来来自于轴伞
13、齿轮轮的啮合不不良，或是是齿轮存在在某种情况况的失效。4.2 滚滚动轴承故故障诊断4.2.11 滚动轴轴承失效形形式滚动轴承是是是机械设设备中最容容易损坏的的元件之一一，据不完完全统计，旋旋转机械的的故障约有有30%是是因滚动轴轴承引起的的。根据工工况条件和和工作环境境不同，滚滚动轴承的的损坏情况况及其原因因是十分复复杂的，一一个出现故故障的轴承承可能同时时存在多种种损坏现象象，而其中中每一种现现象都可能能是由多种种不同的原原因引起的的；同一个个原因也可可能引起多多种不同的的损坏现象象。滚动轴轴承最常见见的故障是是疲劳点蚀蚀及保持架架失去平衡衡。4.2.22 滚动动轴承特征征频率的计计算(外圈
14、圈固定，内内圈转动)内圈旋转频频率：frr=N/660 （33）内圈滚道上上一个剥落落点的故障障频率：ffi1/2Z（1d/Dcos）fr （4）外圈滚道上上一个剥落落点的故障障频率：ffo1/2Z（1d/Dcos）fr （55）滚动体上一一个剥落点点的故障频频率：fbbD/22d1（dd/D）22cos22fr （6）保持架不平平衡的故障障频率：ffc1/2(1dd/Dcos) frr （7）内圈滚道不不圆的故障障频率：ffr，2ffr，3ffr，,nfrr。 （8）式中，D为为轴承节径径；d为滚滚动体直径径；为接触角角；Z为滚滚动体个数数；N为内内圈转速（外外圈固定）。输入轴转速速n （r
15、rpm）轴承序号fifofbFc6101103.55879.21174.8114.42112.55390.56681.1224.52368.22252.82252.0112.95449.26631.42228.9332.65543.92230.05526.5442.75639.96627.14429.2552.716661113.00986.48881.6884.812122.88698.87788.5774.94374.48857.67756.7883.22453.78834.30031.5882.89547.95532.80028.9772.99643.64429.62231.9442.9
16、6对应图2、图图3中振动动幅值明显显突出位置置的基波频频率3555Hz、3387.55Hz与表表4中计算算后得到的的表4 经经计算得各各轴承在两两不同转速速下的故障障特征频率率轴承故障频频率进行比比较可以发发现，理论论计算所得得各轴承故故障频率与与实际测得得的基波振振动信号频频率相差较较远。这说说明从理论论上讲16轧机机振动的原原因不可能能来自于轴轴承。5 现场实实际检查结结果停机检修发发现实际情情况与诊断断结果基本本一致。轴伞齿轮轮的啮合不不良，接触触面不足550%。传传动齿有一一处点蚀现现象，其它它齿轮正常常。更换齿齿轮后，开开机运行，再再次测量锥锥箱振动，已已恢复正常常状态。6 结束语语
17、通过设备状状态监测与与故障诊断断技术在高高线线材轧轧机上的应应用，帮助助点检维护护人员确定定传动系统统中零部件确切切的失效位位置及其故故障发展趋趋势，预计计被监测部部件的预期期寿命。点检维护护人员针对对具体情况况作出决策策，安排巡巡回监测、监监护运行或或立即停机机检修，在在确保安全全的前提下下，避免不不必要的停停机，延长长设备的运运行周期。这这种防患于于未然的处处理方法使使得设备故故障在未发发生前得到到恰当处理理，变事后后维修为预预防维修，大大大节省了了维修时间间和维修成成本，为生生产作业的的顺利进行行夯实了基基础。参考文献1董宏宏,王碧琴琴,轧机齿齿轮箱异常常振动分析析及故障诊诊断J. 59961.自控与监监测,20005（44）2盛兆兆顺,尹琦琦岭.设备备状态监测测与故障诊诊断技术应应用M.北京:化学工业业出版社,20033新疆农业大大学机械交交通学院状态监测与与故障诊断断课程论文文 题目： 设备状状态监测与与故障诊断断技术的应应用 姓名： 邹明龙 班级： 机制0884班 学号: 08337314451 指导老师： 亢银银霞 20111年122月27日日