李 嘯

河鋼承鋼棒線廠目前有兩條棒材生產(chǎn)線，一條高速線材產(chǎn)線，在生產(chǎn)過程中，軋鋼機械設(shè)備的工作強度較大，屬于大型旋轉(zhuǎn)設(shè)備，另外由于設(shè)備自身的生產(chǎn)模式較為復(fù)雜，很容易在運行過程中出現(xiàn)各種故障，而振動故障是目前河鋼承鋼棒材軋鋼機械中最為常見的故障之一，對設(shè)備的平穩(wěn)使用存在較大影響。因此就應(yīng)當(dāng)對軋鋼機械設(shè)備振動故障的原因進行全面分析，做好設(shè)備的維護與管理，根據(jù)不同的故障類型確定相應(yīng)的判斷標(biāo)準(zhǔn)，及時消除振動源，做好維修與養(yǎng)護工作，使得管道系統(tǒng)得以全面優(yōu)化，進而制定出對應(yīng)的解決措施，提高軋鋼設(shè)備的生產(chǎn)效率，增加機械設(shè)備應(yīng)用的壽命期限，為企業(yè)可持續(xù)發(fā)展提供有利條件。

1 承鋼棒線廠軋鋼機械設(shè)備振動故障概述

1.1 軋鋼機械設(shè)備振動含義

軋鋼機械設(shè)備振動就是指某一物理量或者固體，在運動過程中始終保持統(tǒng)一運動變化趨勢，而軋鋼零部件也會持續(xù)進行重復(fù)運動，也就是機械振動。隨著機械設(shè)備的不停運轉(zhuǎn)，零部件的磨損情況會明顯加劇，進而難以保障機械設(shè)備的穩(wěn)定運轉(zhuǎn)，隨著機械的老化對機械造成的傷害也在隨之增大，使得軋鋼機械設(shè)備的使用壽命縮短。振動方向如圖1 所示。

圖1 振動方向圖

1.2 軋鋼機械設(shè)備振動帶來的危害

軋鋼機械設(shè)備在進行生產(chǎn)過程中，本就會產(chǎn)生一定損害，如果軋鋼機械設(shè)備不停地進行工作與生產(chǎn)，則會導(dǎo)致振動過于頻繁，難以保障機械設(shè)備的正常生產(chǎn)與作業(yè)，所生產(chǎn)出的鋼材質(zhì)量也難以得到保障。比如機械設(shè)備的主要振動故障部分為精密儀器，也就是指精密儀器所提供的數(shù)據(jù)不準(zhǔn)確，這時就會導(dǎo)致鋼材質(zhì)量降低，表面較為粗糙，屬于不合格的產(chǎn)品。除此之外，在機械振動過程中，零部件出現(xiàn)磨損的情況加劇，進而使得整個機械設(shè)備也遭到破壞，設(shè)備生命周期縮短。從而設(shè)備在運行過程中也會產(chǎn)生噪聲污染，工作人員的聽力與身體健康會受到相應(yīng)影響，這也會制約企業(yè)的可持續(xù)發(fā)展。

2 承鋼棒線廠軋鋼機械設(shè)備振動故障分類

根據(jù)技術(shù)人員對現(xiàn)場問題的匯總發(fā)現(xiàn)，引發(fā)承鋼棒線廠軋鋼機械設(shè)備出現(xiàn)振動故障的原因較為復(fù)雜，而每一振動故障都具有自己的特點，結(jié)合不同故障的性質(zhì)以及振動方式之間的差異，可以將其分為以下幾種類型：

2.1 轉(zhuǎn)子振動異常

軋鋼機械設(shè)備在運行過程中，合理安裝轉(zhuǎn)子直接影響設(shè)備的運行效果，同時也影響著設(shè)備運行的環(huán)境溫度與負(fù)荷。在安裝轉(zhuǎn)子過程中，如果操作人員并未按照步驟逐步安裝，或者在安裝過程中出現(xiàn)失誤，那么則會導(dǎo)致設(shè)備的環(huán)境溫度出現(xiàn)浮動，進而導(dǎo)致轉(zhuǎn)子出現(xiàn)異常振動，轉(zhuǎn)子出現(xiàn)松動，同時也會導(dǎo)致轉(zhuǎn)軸松動情況的發(fā)生，而無論是哪種情況都會直接影響轉(zhuǎn)子的使用，也會導(dǎo)致軸承受到損壞。軋鋼機械設(shè)備轉(zhuǎn)子在裝配過程中經(jīng)常出現(xiàn)不對中偏差。軸不對中偏差是由于相鄰軸承座不同心而導(dǎo)致軸中心線偏斜所引起的。軸不對中偏差可能出現(xiàn)這種情況：平行度偏差、角度偏差和同時存在平行度、角度偏差。對中不量得轉(zhuǎn)子運行將導(dǎo)致軸承負(fù)荷不均衡，使發(fā)動機振動加劇，關(guān)鍵件過早失效。在發(fā)動機運轉(zhuǎn)過程中，由于轉(zhuǎn)子不平衡、轉(zhuǎn)動件與靜止件的徑向間隙小、軸承座同軸度不良等，均能發(fā)生轉(zhuǎn)動件與靜止件碰磨，并導(dǎo)致振動劇增。發(fā)動機轉(zhuǎn)子、靜止部件碰磨的振動具有以下特征。機匣振動響應(yīng)會出現(xiàn)轉(zhuǎn)子旋轉(zhuǎn)頻率的次諧波、高次諧波和組合諧波成分；振動隨時間而變化，當(dāng)碰磨接觸面積增大或接觸位置增加時，機匣振動響應(yīng)幅值劇增；雙轉(zhuǎn)子發(fā)動機，其轉(zhuǎn)子、靜止件發(fā)生碰磨時，系統(tǒng)發(fā)生次諧波和組合諧波頻率的振動?？偠灾?，如果轉(zhuǎn)子出現(xiàn)損壞，相應(yīng)的頻率也會產(chǎn)生變化，設(shè)備則會出現(xiàn)振動故障。

2.2 電機振動故障

導(dǎo)致電機出現(xiàn)振動故障的主要原因是轉(zhuǎn)子，在安裝轉(zhuǎn)子過程中，如果工作人員并未注意轉(zhuǎn)子的對稱性，使得最后的轉(zhuǎn)子安裝存在不對稱情況，那么電子與轉(zhuǎn)子之間所形成的電壓則會十分不穩(wěn)定，而設(shè)備在這種情況下也難以保障穩(wěn)定運行。軋鋼機械設(shè)備在此種運行狀況下會導(dǎo)致摩擦現(xiàn)象越來越嚴(yán)重，長此以往就會出現(xiàn)設(shè)備松動，進而導(dǎo)致異常，引發(fā)軋鋼機械設(shè)備振動故障。

2.3 齒輪振動故障

重型工業(yè)設(shè)備離不開軋鋼機械設(shè)備的支持，這也就意味著在工業(yè)生產(chǎn)過程中設(shè)備的運行壓力較大，其中齒輪機械作為設(shè)備中的重要組成部分，如果并未定期進行保養(yǎng)，在長時間的使用下，軋鋼機械設(shè)備所產(chǎn)生的壓力難以被齒輪機械設(shè)備承受。這主要是由于齒輪所產(chǎn)生的振動幅度大于齒輪自身的負(fù)載能力，而齒輪表面則會在短時間內(nèi)出現(xiàn)磨損，使其使用壽命逐漸降低，如果齒輪振動幅度不斷加大，那么則會引發(fā)嚴(yán)重的齒輪斷裂問題，出現(xiàn)故障，軋鋼機械設(shè)備也就會隨之引發(fā)診斷故障，無法有序運行。

2.4 滾動軸承故障

在軋鋼機械設(shè)備中，滾動軸承也是其主要組成部分之一，一旦外圈與內(nèi)圈設(shè)計頻率與實際通過頻率之間存在較大差異，那么則會直接引發(fā)設(shè)備出現(xiàn)振動故障。當(dāng)滾動軸承工作時，滾動元件和滾道之間存在點接觸或線接觸。在交變載荷的作用下，表面之間存在很大的循環(huán)接觸應(yīng)力，這很容易在表面形成疲勞源。疲勞源產(chǎn)生微裂紋。由于其高硬度和脆性，微裂紋難以深入發(fā)展。導(dǎo)致以小顆粒剝落并且在表面上形成點蝕。在嚴(yán)重的情況下，表面剝落形成凹坑，如果軸承繼續(xù)運轉(zhuǎn)，將形成大面積的剝落。疲勞點蝕會在運行過程中產(chǎn)生沖擊負(fù)荷，從而增加設(shè)備的振動和噪音。

3 引發(fā)棒線廠軋鋼機械設(shè)備故障的主要原因

3.1 軋鋼機械設(shè)備振動故障

軋鋼機械設(shè)備振動常見的故障分為轉(zhuǎn)子不平衡、滾動軸承故障、基座松動以及轉(zhuǎn)子為對準(zhǔn)等等，而這些常見的機械設(shè)備故障，通過使用振動監(jiān)測技術(shù)能夠準(zhǔn)確檢測出來。轉(zhuǎn)子不平衡是機械設(shè)備中最為常見的故障，而導(dǎo)致轉(zhuǎn)子不平衡的因素較為復(fù)雜，比如安裝不良、軸彎曲變形、長期運行以及配合松動。而轉(zhuǎn)子不對中則是指轉(zhuǎn)子的中心或者軸承中心。在系統(tǒng)運行中，轉(zhuǎn)子的軸未對準(zhǔn)是典型的旋轉(zhuǎn)機械設(shè)備故障?；谐霈F(xiàn)松動的情況與不平衡之間有著密切關(guān)系，并主要以非線性振動特性為主；基座松動會導(dǎo)致振動的方向變化明顯，尤其是垂直方向

的振動更強。其中摩擦振動頻率范圍最廣的為非線性振動，除了振動頻率以外，還包括諧波分量，如2 倍、3 倍1/3 和1/2。

3.2 設(shè)備精度保持性

隨著軋鋼機械設(shè)備的投入使用，設(shè)備的精準(zhǔn)度也難以得到保障，在時間的影響下，設(shè)備逐漸出現(xiàn)損壞，在初期運行中軋鋼設(shè)備最為安全穩(wěn)定，隨著振動頻率出現(xiàn)變化，軋鋼的精準(zhǔn)度也會產(chǎn)生影響，部分零部件出現(xiàn)磨損，軸承出現(xiàn)細(xì)微的變動難以及時發(fā)現(xiàn)，所以應(yīng)當(dāng)及時采取相應(yīng)的監(jiān)測手段，對設(shè)備的運行狀態(tài)進行監(jiān)測。除此之外，軋鋼設(shè)備在運行過程中對環(huán)境也存在一定的要求，高溫高壓都會直接影響軋鋼設(shè)備的穩(wěn)定運行，如果設(shè)備的負(fù)載能力過高，則會直接影響軋鋼機械設(shè)備的運轉(zhuǎn)效果，工作人員在監(jiān)測設(shè)備運轉(zhuǎn)情況時，一旦出現(xiàn)疏忽則會導(dǎo)致各項小問題的發(fā)生，比如設(shè)備零件磨損問題，進而直接影響軋鋼機械設(shè)備的使用。此時軋鋼機械設(shè)備的轉(zhuǎn)動與定位發(fā)生改變，所承受的振動力也發(fā)生改變，進而導(dǎo)致所生產(chǎn)的鋼材不符合標(biāo)準(zhǔn)。

3.3 零件磨損

軋鋼機械設(shè)備在使用過程中很容易出現(xiàn)磨損情況，而導(dǎo)致磨損的原因大不相同，其中振動力會隨著設(shè)備的實際情況出現(xiàn)改變，進而影響最終鋼材生產(chǎn)的質(zhì)量。如果機械設(shè)備的重要零部件出現(xiàn)各項問題，磨損嚴(yán)重則會導(dǎo)致設(shè)備難以穩(wěn)定運行，隨著振動力的改變，軸承與齒輪之間的配合也會受到影響，進而導(dǎo)致軋鋼機械設(shè)備出現(xiàn)故障。對于軋鋼機械設(shè)備而言，軸承是其中心零部件，如果設(shè)備所承受的負(fù)載力過大或者運行環(huán)境不符，都會導(dǎo)致軸承工作受到影響，實際位置出現(xiàn)偏移，在軸承運轉(zhuǎn)過程中精準(zhǔn)度缺失，與設(shè)定值之間嚴(yán)重不符。除此之外，隨著磨損的加大，齒輪在運行過程中，減速器會發(fā)生改變，內(nèi)部嚙合轉(zhuǎn)動齒輪的精準(zhǔn)度也會降低，使得軋鋼設(shè)備的設(shè)定值出現(xiàn)偏移，進而穩(wěn)定性不斷降低，所生產(chǎn)的鋼材質(zhì)量難以保障，出現(xiàn)材料返工等多個問題。

4 承鋼棒線廠軋鋼機械設(shè)備振動監(jiān)測系統(tǒng)構(gòu)建

軋鋼機械設(shè)備在生產(chǎn)過程中，振動監(jiān)測系統(tǒng)的主要使用對象為軋鋼的重點設(shè)備，如主傳動減速機、切頭飛減速機等等。通過對設(shè)備的全面檢測，能夠及時檢測出軋鋼設(shè)備的實際運行情況，進而診斷每一故障采取精準(zhǔn)的解決方法。

4.1 合理選擇系統(tǒng)傳感器

監(jiān)控系統(tǒng)在傳遞信號時，主要是利用加速傳感器，軋鋼機械設(shè)備在運行過程中頻率范圍較寬而轉(zhuǎn)速較低，如果不精準(zhǔn)選擇加速傳感器，則難以辨別部分故障，這時就需要合理選擇系統(tǒng)傳感器，進而保障監(jiān)控系統(tǒng)的全面應(yīng)用。比如針對軸承磨損問題，如果選擇振動加速傳感器難以檢測出其實際問題，因此針對此種情況一般選擇渦流傳感器，此傳感器能夠精準(zhǔn)掌握磨損所產(chǎn)生的間隙變化，進而動態(tài)監(jiān)測出振動故障。除此之外，在選擇傳感器過程中，可以將加速傳感器與位移傳感器結(jié)合,進而擴大傳感器的覆蓋范圍，及時辨別機械設(shè)備可能存在的故障，并找出故障的真正原因。而在使用傳感器時，則應(yīng)當(dāng)結(jié)合軋鋼機械設(shè)備的實際結(jié)構(gòu)，在每一覆蓋范圍內(nèi)都應(yīng)合理安裝傳感器，在正常情況下，軋鋼機械設(shè)備擁有200 個傳感器，并根據(jù)類型安裝在系統(tǒng)結(jié)構(gòu)之中，準(zhǔn)確傳送故障信號。

4.2 合理配置系統(tǒng)硬件

系統(tǒng)硬件的選擇主要包括數(shù)據(jù)服務(wù)器、數(shù)據(jù)采集箱以及工程師站，具體配置如圖2 所示。通過對系統(tǒng)結(jié)構(gòu)監(jiān)測圖的綜合分析，可以發(fā)現(xiàn)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)，主要分為分布化、網(wǎng)絡(luò)化以及模塊化結(jié)構(gòu)，在每一數(shù)據(jù)采集箱都應(yīng)當(dāng)配置相應(yīng)的傳感器，而在實際設(shè)備使用中，每一采集箱也會擁有標(biāo)準(zhǔn)機柜，實現(xiàn)對現(xiàn)場的信號進行整合與調(diào)試。

圖2 軋鋼機械系統(tǒng)構(gòu)成圖

4.3 狀態(tài)檢測

在機械設(shè)備運行過程中，可以通過數(shù)字與曲線的方式，利用繪圖工具與圖庫實時監(jiān)測其畫面，確保工作人員能夠直觀的掌握設(shè)備的實際運行情況。一旦機械設(shè)備出現(xiàn)異常，系統(tǒng)會自動進行報警，同時也會針對故障生成故障狀態(tài)表格，工作人員能夠?qū)崿F(xiàn)對故障的全面診斷與分析，掌握設(shè)備的實際運行狀態(tài)。

5 軋鋼機械設(shè)備振動故障診斷方法

5.1 故障診斷流程

軋鋼機械設(shè)備會出現(xiàn)幾種不同的振動模式，而導(dǎo)致振動故障的因素也較為復(fù)雜，同時也會影響設(shè)備的磨損程度，導(dǎo)致機械的穩(wěn)定性受到破壞，因此在實際運行軋鋼機械設(shè)備時，要實施檢查每一零部件的運行情況，及時找到機械設(shè)備振動出現(xiàn)故障的主要因素，確定故障位置，尋找最佳解決辦法，進而保障軋鋼機械設(shè)備的穩(wěn)定運行。而在診斷故障流程時，工作人員應(yīng)當(dāng)明確具體診斷方式，按照診斷流程找出最終結(jié)果。首先維修人員可以根據(jù)故障診斷書，找出設(shè)備型號，隨后根據(jù)軋鋼機械設(shè)備的診斷標(biāo)準(zhǔn)，確定各項診斷數(shù)據(jù)以及診斷目標(biāo)。最后結(jié)合物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)尋找引發(fā)故障的主要因素，并制定詳細(xì)的解決方案，生成數(shù)據(jù)報告。

5.2 數(shù)據(jù)采集分析

在診斷軋鋼機械設(shè)備振動故障時，數(shù)據(jù)的采集與分析是其關(guān)鍵步驟，數(shù)據(jù)在故障檢測中具有重要意義，是確認(rèn)維修方式的主要來源。隨著我國科技水平的不斷提升，數(shù)字化信息技術(shù)的應(yīng)用更加全面，通過與物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的全面融合，能夠?qū)?shù)據(jù)進行加工與分析，通過對系統(tǒng)信號的全面分析，找出故障頻率，根據(jù)故障頻率進行適當(dāng)調(diào)整，而后再對轉(zhuǎn)速數(shù)據(jù)、事故數(shù)據(jù)等多項信息進行全面采集，找出故障位置以及故障原因。通過精細(xì)化處理，全面診斷軋鋼機械設(shè)備的具體故障，而工作人員也能夠利用物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)分析相關(guān)數(shù)據(jù)，進而提高軋鋼機械設(shè)備的故障檢出率。而工作人員也盡量采取細(xì)致的方式做好維護工作，結(jié)合高科技技術(shù)安裝感應(yīng)器，通過對數(shù)據(jù)的實時監(jiān)控，了解設(shè)備的運行狀態(tài)。在物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的支持下，數(shù)據(jù)的采集與分析更加科學(xué)合理，工作人員通過對監(jiān)測數(shù)據(jù)的全面使用，能夠?qū)崿F(xiàn)在平臺上的全面分析，進而找出問題的實際因素，為軋鋼機械設(shè)備的穩(wěn)定運行提供可靠支持。

5.3 故障結(jié)果導(dǎo)出

工業(yè)材料的最終質(zhì)量與軋鋼機械設(shè)備之間存在密切關(guān)聯(lián)，振動故障的相關(guān)解決方法也決定著軋鋼機械設(shè)備的運行狀態(tài)，因此在實際工作過程中要加強對軋鋼設(shè)備的全面保護，而工作人員也應(yīng)當(dāng)按照相關(guān)管理規(guī)定，定期檢測設(shè)備的實際運行情況，及時辨識可能存在的振動故障，在高科技技術(shù)的支持下，實現(xiàn)對數(shù)據(jù)的全面分析與檢測，防患于未然。當(dāng)檢測出軋鋼機械設(shè)備的相關(guān)數(shù)據(jù)后，工作人員則要仔細(xì)分析相關(guān)數(shù)據(jù)內(nèi)容，及時排除可能存在的故障，以此確保設(shè)備的穩(wěn)定運行，找到故障源頭。并通過多次分析與檢測，實現(xiàn)對數(shù)據(jù)的詳細(xì)記錄，而后形成報告，導(dǎo)出故障結(jié)果，在日后生產(chǎn)過程中，及時避免設(shè)備可能出現(xiàn)的故障問題，進而增強工作的嚴(yán)謹(jǐn)度，使得工業(yè)生產(chǎn)更加高效，促進企業(yè)可持續(xù)發(fā)展。

6 結(jié)語

總而言之，引發(fā)軋鋼機械設(shè)備出現(xiàn)振動故障的因素較為復(fù)雜，在分析各項故障因素時，首先應(yīng)當(dāng)根據(jù)不同振動性質(zhì)對其進行分類，然后對各個故障進行具體診斷，確定相應(yīng)的診斷標(biāo)準(zhǔn)，結(jié)合監(jiān)測系統(tǒng)，對檢測到的數(shù)據(jù)進行全面診斷與分析，保障軋鋼機械設(shè)備的運行效率。