王 瑞，夏姣姣，張韋杰，雷震堯

（1.北京首寶核力設(shè)備技術(shù)有限公司，河北唐山 063200；2.首鋼京唐鋼鐵聯(lián)合有限責(zé)任公司，河北唐山 063200）

1 便攜式振動數(shù)據(jù)采集分析設(shè)備的應(yīng)用

大型鋼廠設(shè)備中軸承是非常重要的零件，軸承損壞對設(shè)備有很大影響，可能引起停產(chǎn)事故。軸承作為轉(zhuǎn)子的重要支撐的部件，對于旋轉(zhuǎn)類機(jī)械，它的穩(wěn)定性和可靠性對整個機(jī)械設(shè)備影響很大。如何使用一款可以實(shí)時監(jiān)測的儀器，應(yīng)用在大中型設(shè)備上，減少旋轉(zhuǎn)機(jī)械設(shè)備事故的發(fā)生，應(yīng)用市場前景非常廣闊。

本文主要介紹便攜式信號采集與分析系統(tǒng)的實(shí)現(xiàn)，以及FFT 頻譜分析在振動監(jiān)測系統(tǒng)中的應(yīng)用。整個系統(tǒng)的分析過程分為在線振動監(jiān)測和離線振動監(jiān)測。系統(tǒng)和便攜振動采集分析儀器均采用模塊化設(shè)計(jì)，使用方便。硬件主要是傳感器安裝在生產(chǎn)車間的重要設(shè)備上，采集設(shè)備軸承運(yùn)行情況，以及軸承損壞程度與原因。離線振動采集主要由傳感器探頭、轉(zhuǎn)速計(jì)和便攜式振動分析采集儀構(gòu)成，主要是為實(shí)時和定期對關(guān)鍵的振動設(shè)備軸承零件進(jìn)行振動監(jiān)測，根據(jù)設(shè)備運(yùn)行情況，提供合理檢修方案。通過頻譜時域圖對軸承的運(yùn)行情況進(jìn)行監(jiān)測，設(shè)置報(bào)警值。

本文對FFT 頻譜分析在便攜振動信號采集與分析儀器上的作用進(jìn)行研究。對數(shù)據(jù)采集以及采集后的處理方式進(jìn)行分析。處理后的信號頻譜特征與波形，重點(diǎn)研究FFT 的原理，將這些運(yùn)用在便攜式振動數(shù)據(jù)采集與分析儀器上。然后將采集的數(shù)據(jù)導(dǎo)入在電腦上進(jìn)行全面分析，得出軸承故障原因。

2 離線振動檢測系統(tǒng)的功能和結(jié)構(gòu)

離線振動數(shù)據(jù)采集分析儀主要是通過傳感器的探頭安裝在軸承承載區(qū)域，獲得的時域圖通過FFT 運(yùn)算，得到頻譜圖分析軸承故障。根據(jù)探頭的種類不同可以測得位移、速度、加速度和加速度包絡(luò)。加速度用的是峰值，加速度關(guān)心的是某一微觀時刻達(dá)到的最大沖擊值。位移和加速度速度不一樣，考量的是一個空間相對位置的概念，關(guān)注的是遠(yuǎn)端到近端、低端到高端的一個相對空間差，如果測的不是振動量而是一個位置量，那么應(yīng)當(dāng)是測量工程平均值。了解各個技術(shù)參數(shù)才能分析頻譜圖、時域圖和包絡(luò)譜。這些參數(shù)將在頻譜上反映出軸承的運(yùn)行和受力情況，是否存在不平衡、不對中和機(jī)械松動等故障。

開始使用離線振動數(shù)據(jù)采集分析儀之前在軟件上設(shè)置好軸承缺陷頻率，設(shè)置好轉(zhuǎn)速線數(shù)和結(jié)束頻率。然后將設(shè)置好的參數(shù)導(dǎo)入進(jìn)振動數(shù)據(jù)采集分析儀。到車間現(xiàn)場對軋鋼的減速箱軸承、電機(jī)軸承和張力輥軸承等重點(diǎn)設(shè)備進(jìn)行振動數(shù)據(jù)采集，然后將采集好的數(shù)據(jù)通過儀器導(dǎo)入到電腦分析軟件進(jìn)行分析。將分析出的結(jié)果以及設(shè)備的運(yùn)轉(zhuǎn)情況和建議發(fā)到各車間負(fù)責(zé)人。

3 故障診斷與參考建議

車間生產(chǎn)的設(shè)備運(yùn)轉(zhuǎn)情況有些異常，使用離線振動數(shù)據(jù)采集分析儀對現(xiàn)場減速機(jī)進(jìn)行振動數(shù)據(jù)采集。采集完成后將采集的振動數(shù)據(jù)導(dǎo)入到計(jì)算機(jī)的分析軟件，通過之前的軸承缺陷頻率錄入，發(fā)現(xiàn)高速軸驅(qū)動側(cè)和操作側(cè)軸承外圈的問題（圖1）。

開箱檢查，發(fā)現(xiàn)軸承外圈出現(xiàn)搓衣板狀現(xiàn)象，初步判斷為電機(jī)運(yùn)轉(zhuǎn)時出現(xiàn)過電流現(xiàn)象，導(dǎo)致減速機(jī)出現(xiàn)問題。懷疑是電機(jī)通過聯(lián)軸器把電流傳到軸承上，導(dǎo)致軸承失效。采取的措施是在電機(jī)加上電刷。未在頻譜時域圖上發(fā)現(xiàn)異常轉(zhuǎn)速諧波和軸承缺陷頻率，設(shè)備運(yùn)轉(zhuǎn)正常。

利用計(jì)算機(jī)對設(shè)備進(jìn)行診斷的專家診斷系統(tǒng)，建立數(shù)據(jù)庫將采集好的振動數(shù)據(jù)錄入到里面。通過分析與之前機(jī)器軸承的頻譜圖、時域圖進(jìn)行對比，判斷軸承出現(xiàn)問題。出現(xiàn)問題后對設(shè)備的運(yùn)轉(zhuǎn)情況提出合理建議。

將這些故障情況錄入到數(shù)據(jù)庫，當(dāng)設(shè)備的頻譜時域圖出現(xiàn)類似故障時，可通過數(shù)據(jù)庫來進(jìn)行對比?？蓽p少因設(shè)備軸承故障引起的軋鋼設(shè)備停產(chǎn)，起到預(yù)防作用，減少因停產(chǎn)造成的損失。

圖1 酸軋產(chǎn)線張力輥減速箱故障軸承

4 結(jié)語

鋼鐵廠軋鋼設(shè)備機(jī)械振動離線監(jiān)測系統(tǒng)和故障診斷分析非常科學(xué)，可通過數(shù)據(jù)庫進(jìn)行對比，判斷機(jī)器的運(yùn)轉(zhuǎn)情況和故障發(fā)展趨勢，起到參考作用。離線振動數(shù)據(jù)分析采集儀可以方便地采集各個軋鋼設(shè)備的振動數(shù)據(jù)，使得工作人員隨時了解設(shè)備運(yùn)行情況，從而避免機(jī)械設(shè)備發(fā)生事故，給生產(chǎn)造成影響。