賈 昆，華 成，陳 超

（酒泉鋼鐵（集團(tuán)）有限責(zé)任公司，甘肅 嘉峪關(guān)735100）

1 前 言

隨著技術(shù)的發(fā)展，鋼鐵行業(yè)軋鋼生產(chǎn)線設(shè)備集群化、連續(xù)化特點(diǎn)明顯，設(shè)備的安全穩(wěn)定運(yùn)行成為企業(yè)連續(xù)生產(chǎn)得以實(shí)現(xiàn)的根本保證。從工業(yè)化大生產(chǎn)至今，設(shè)備維修大致經(jīng)歷了3 種方式：事后維修→預(yù)防維修→狀態(tài)維修或預(yù)知維修。落后的設(shè)備維修方式造成設(shè)備“欠維修”和“過維修”情況嚴(yán)重。一方面浪費(fèi)檢修人力，影響設(shè)備檢修周期制定的合理性（設(shè)備維修標(biāo)準(zhǔn)制定了檢查周期），增加了設(shè)備維護(hù)成本并降低了生產(chǎn)線效率；另一方面不必要的拆開檢查，影響了設(shè)備安裝精度，降低了設(shè)備壽命，增加了備件投入［1-4］。

狀態(tài)維修方式以設(shè)備的運(yùn)轉(zhuǎn)工況為依據(jù)，它的特征是利用先進(jìn)的振動(dòng)測試技術(shù)進(jìn)行設(shè)備狀態(tài)監(jiān)測和故障診斷。作為爐卷軋機(jī)生產(chǎn)線關(guān)鍵設(shè)備的卷取爐，主要實(shí)現(xiàn)帶鋼在精軋機(jī)往復(fù)軋制過程中的卷取加熱功能，該設(shè)備的故障直接影響整條生產(chǎn)線的正常生產(chǎn)。因此，對卷取爐核心部件（芯軸）進(jìn)行預(yù)測性振動(dòng)檢測，并采取合理措施預(yù)想消除事故隱患，對保障生產(chǎn)線正常生產(chǎn)是很有必要的。

2 振動(dòng)分析理論基礎(chǔ)

對于機(jī)械設(shè)備的周期性振動(dòng)，不論其振動(dòng)波形有多復(fù)雜，都可以用傅立葉級數(shù)表示為許多頻率成諧波關(guān)系的簡諧振動(dòng)組分。因此，在技術(shù)上可以通過傅里葉變換，找到故障對應(yīng)的振動(dòng)幅、頻特征。通常，對振動(dòng)信號分析包括時(shí)域分析和頻域分析，如圖1 所示。時(shí)域分析只能反映信號的幅值隨時(shí)間的變化情況，除單頻率分量的簡諧波外，很難明確揭示信號的頻率組成和各頻率分量大小。頻域分析是采用傅立葉變換將時(shí)域信號變換為頻域信號，從而幫助人們從另一個(gè)角度來了解信號的特征。信號的頻譜代表了信號在不同頻率分量處信號成分的大小，它能夠提供比時(shí)域信號波形更直觀，豐富的信息［5-7］。

圖1 時(shí)域分析與頻域分析的關(guān)系

3 卷取爐芯軸異常振動(dòng)分析

利用在線狀態(tài)監(jiān)測系統(tǒng)，發(fā)現(xiàn)入口芯軸電機(jī)負(fù)荷側(cè)軸承沖擊脈沖值出現(xiàn)上升趨勢，如圖2 所示。該電機(jī)軸承為2020年8月初年修時(shí)更換，年修結(jié)束運(yùn)行狀態(tài)穩(wěn)定。但從9 月15 日開始出現(xiàn)沖擊脈沖值逐漸上升的趨勢，9月18日—9月21日長時(shí)間停機(jī)后，運(yùn)行狀態(tài)繼續(xù)劣化，沖擊脈沖值均進(jìn)一步上升，且部分檢測值超出報(bào)警值。

圖2 入口芯軸負(fù)荷側(cè)軸承沖擊脈沖值趨勢圖

通過檢測記錄的分析發(fā)現(xiàn)，入口芯軸電機(jī)非負(fù)荷側(cè)及出口芯軸電機(jī)負(fù)荷側(cè)在年修后運(yùn)行狀態(tài)一直處于穩(wěn)定狀態(tài)，但入口芯軸電機(jī)負(fù)荷側(cè)存在異常問題。

為進(jìn)一步確定異常問題原因，利用檢修時(shí)間，對入口芯軸電機(jī)的運(yùn)行狀態(tài)進(jìn)行了進(jìn)一步檢測。為排除負(fù)載對數(shù)據(jù)的影響，設(shè)定固定轉(zhuǎn)速，在空載運(yùn)行狀態(tài)下進(jìn)行了檢測。

3.1 測點(diǎn)布置及參數(shù)計(jì)算

芯軸電機(jī)非負(fù)荷及負(fù)荷側(cè)各布置2 個(gè)測點(diǎn)進(jìn)行垂直、水平及軸向3 個(gè)方向的振動(dòng)測量。其中，電機(jī)轉(zhuǎn)速207 r/min，電機(jī)轉(zhuǎn)頻3.45 Hz，減速機(jī)減速比為4.875，卷筒轉(zhuǎn)速42 r/min，卷筒轉(zhuǎn)頻0.7 Hz。

3.2 頻譜分析

非負(fù)荷側(cè)。垂直方向頻譜圖主要存在兩個(gè)非同步頻率，分別為54.38、245.63 Hz。根據(jù)計(jì)算的特征頻率，經(jīng)初步分析認(rèn)為，54.38 Hz 頻率為減速機(jī)齒輪嚙合頻率，245.63 Hz 為電機(jī)軸承外圈的7倍頻；水平方向頻譜圖與垂直方向一樣，主要存在兩個(gè)非同步頻率，分別為54.38、245.63 Hz；軸向頻譜圖主要存在108.75、245.63 Hz 的非同步頻率，其中108.75 Hz 為減速機(jī)齒輪嚙合頻率（54.38 Hz）的2 倍頻。

負(fù)荷側(cè)。負(fù)荷側(cè)頻譜圖與非負(fù)荷側(cè)類似，各測量方向主要存在54.38、245.63 Hz兩個(gè)非同步頻率。

3.3 綜合分析

由于芯軸減速機(jī)頻譜圖中均以54.38 Hz 的頻率以及該頻率的倍頻成分為主，據(jù)此可知頻譜分析中的該頻率為齒輪的嚙合頻率。

芯軸電機(jī)各測點(diǎn)頻譜圖中以54.38、245.63 Hz兩個(gè)頻率成分為主。54.38 Hz 為減速機(jī)齒輪的嚙合頻率。而245.63 Hz 在減速機(jī)各測點(diǎn)均沒有出現(xiàn)，應(yīng)為電機(jī)上產(chǎn)生的頻率成分。經(jīng)計(jì)算分析認(rèn)為，該頻率應(yīng)為軸承外圈的7 倍頻，表明該電機(jī)軸承外圈已經(jīng)出現(xiàn)初期劣化損傷情況，應(yīng)繼續(xù)檢測跟蹤，同時(shí)決定對該軸承潤滑油取樣進(jìn)行油品檢測。

3.4 油品檢測分析

2020年9月對該軸承潤滑油進(jìn)行了取樣，從取樣油觀察，該油存在片狀黑色雜質(zhì)。隨即對取樣油品送檢進(jìn)行光譜分析，結(jié)果如表1所示。

表1 軸承潤滑油（美孚齒輪油600XP150）檢驗(yàn)結(jié)果 mg/kg

鎳（Ni）磷（P）鉛（Pb）硅（Si）錫（Sn）鈦（Ti）釩（V）鋅（Zn）0.87 108.42 1.05 6.14 1.35 0.18 0 76.04 0.27 159.53 1.96 8.48 0.33 151.32 0 7.36 0.30 161.42 0.45 7.89 0 0 0 0 0.17 97.75 0.10 87.02 0 0 0 98.3

通過以上油品光譜檢測結(jié)果對比分析，入口芯軸電機(jī)負(fù)荷側(cè)潤滑油中的Fe、Cr、K、Mg、Mn等元素明顯高于其他部位油品中的含量。而現(xiàn)場使用的FAG軸承鋼的材質(zhì)一般是低合金、高純凈度的淬透鉻鋼材。Fe、Cr、K、Mg、Mn 等元素是該軸承鋼的主要元素。從此次油品檢測結(jié)果對比分析來看，入口芯軸電機(jī)負(fù)荷側(cè)軸承已經(jīng)出現(xiàn)輕微劣化損傷。

4 處理措施及結(jié)果跟蹤

基于振動(dòng)頻譜及油品光譜分析，引起卷取爐入口芯軸振動(dòng)異常增大問題的原因是軸承潤滑油進(jìn)水引起的。因此，利用定修的機(jī)會(huì)，徹底排空了軸承室的油和水，加入了新的潤滑油，軸承沖擊脈沖值整體呈下降趨勢。如圖3所示，通過10月1日—10月7日的在線監(jiān)測結(jié)果，沖擊脈沖值整體呈下降趨勢，但與其他部位相比，仍處在不良運(yùn)行狀態(tài)。鑒于此跟蹤結(jié)果，決定在10月8日定修中再次更換該軸承潤滑油，并繼續(xù)跟蹤運(yùn)行狀態(tài)。

圖3 換油后軸承沖擊脈沖值趨勢

通過10 月8 日定修后的在線監(jiān)測結(jié)果（見圖4）來看，沖擊脈沖值呈現(xiàn)大幅下降趨勢，目前監(jiān)測結(jié)果已經(jīng)與入、出口電機(jī)其余部位的監(jiān)測結(jié)果基本一樣。

圖4 再次換油后軸承沖擊脈沖值趨勢

結(jié)合以上情況分析認(rèn)為，入口芯軸電機(jī)負(fù)荷側(cè)軸承沖擊脈沖值異常上升的原因主要為潤滑油中進(jìn)水，導(dǎo)致軸承潤滑不良，軸承外圈產(chǎn)生輕微劣化損傷所致。

5 結(jié) 語

通過兩次連續(xù)換油，異常振動(dòng)的設(shè)備故障隱患得到徹底解決，軸承運(yùn)行狀態(tài)穩(wěn)定，后期加強(qiáng)監(jiān)控，并將此故障處理案例納入軸承異常振動(dòng)故障庫。此案例具有普遍性，類似鋼鐵公司可以借鑒此次異常情況，反思在年修過程中更換軸承項(xiàng)目的各項(xiàng)作業(yè)流程中有可能導(dǎo)致水進(jìn)入軸承室的情況，制定好措施，防止此問題再次發(fā)生。