韓 雨

（萊蕪鋼鐵集團(tuán)萊蕪礦業(yè)有限公司，山東 濟(jì)南 271100）

選礦是現(xiàn)代礦業(yè)生產(chǎn)中最為關(guān)鍵的工作，而在選礦實(shí)際操作中，涉及設(shè)備類(lèi)型、數(shù)量眾多，且造價(jià)昂貴。在惡劣的作業(yè)環(huán)境中，很容易發(fā)生各類(lèi)故障，一旦未能及時(shí)進(jìn)行準(zhǔn)確診斷，一些小的故障就會(huì)進(jìn)一步擴(kuò)大，致使設(shè)備運(yùn)行中斷，不僅會(huì)產(chǎn)生大額維修費(fèi)用，還會(huì)為選礦生產(chǎn)帶來(lái)巨大經(jīng)濟(jì)損失。為探尋科學(xué)的選礦設(shè)備故障診斷方式方法，國(guó)內(nèi)眾多學(xué)者開(kāi)展了大量研究。李超（2019）等[1]從神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)技術(shù)層面對(duì)選礦設(shè)備診斷進(jìn)行了研究，發(fā)現(xiàn)，該診斷方法雖具備較好的適用性，但在故障部位方面，無(wú)法做出準(zhǔn)確判斷，為維護(hù)人員及時(shí)找出故障部位，快速解決故障問(wèn)題增加了難度。本研究結(jié)合眾學(xué)者研究成果參考，提出從振動(dòng)頻率方面對(duì)設(shè)備故障進(jìn)行精準(zhǔn)診斷，根據(jù)振動(dòng)頻率變化情況判別設(shè)備是否存在故障，故障點(diǎn)在何處，從而為設(shè)備維護(hù)人員及時(shí)了解設(shè)備狀態(tài)，快速消除設(shè)備故障，免除安全事故發(fā)生。球磨機(jī)、鼓風(fēng)機(jī)是選礦工藝中應(yīng)用較為廣泛，且故障診斷難度較大的兩類(lèi)設(shè)備，本文便以這兩種設(shè)備為對(duì)象，探究振動(dòng)診斷技術(shù)的實(shí)際應(yīng)用效果，現(xiàn)將研究結(jié)果匯報(bào)如下。

1 振動(dòng)診斷系統(tǒng)配置

從結(jié)構(gòu)上看，振動(dòng)診斷系統(tǒng)較為復(fù)雜，硬件、軟件系統(tǒng)配置眾多。硬件系統(tǒng)主要包括無(wú)線監(jiān)測(cè)器、無(wú)線監(jiān)測(cè)站、系統(tǒng)中心服務(wù)器、局域網(wǎng)與web客戶(hù)端；軟件系統(tǒng)主要包含web應(yīng)用軟件相關(guān)配置。

1.1 系統(tǒng)硬件配置

無(wú)線監(jiān)測(cè)器：無(wú)線監(jiān)測(cè)器是振動(dòng)診斷系統(tǒng)的核心硬件設(shè)備，其主要用途是對(duì)設(shè)備振動(dòng)頻率數(shù)據(jù)進(jìn)行收集整理與分析。從結(jié)構(gòu)上看，其核心構(gòu)件主要包含振動(dòng)加速度傳感器、溫度傳感器、信號(hào)采集處理電路等。

無(wú)線監(jiān)測(cè)站：當(dāng)無(wú)線監(jiān)測(cè)器將處理后的信息傳輸至無(wú)線監(jiān)測(cè)站后，即通過(guò)局域網(wǎng)傳送給系統(tǒng)中心服務(wù)器。

系統(tǒng)中心服務(wù)器：系統(tǒng)中心服務(wù)器是整個(gè)診斷系統(tǒng)的心臟，其主要功能包括數(shù)據(jù)信息接收、處理等。系統(tǒng)服務(wù)器主要應(yīng)用IBMx3650硬件平臺(tái)，具備雙核或四核計(jì)算能力及矢量校準(zhǔn)冷卻技術(shù)，可為數(shù)據(jù)中心電力與冷卻成本進(jìn)行有效控制。

企業(yè)局域網(wǎng)：企業(yè)局域網(wǎng)的主要功能是數(shù)據(jù)傳輸，包括各硬件單元采集到的數(shù)據(jù)信息及分析結(jié)果。

web客戶(hù)端：從結(jié)構(gòu)上看，web客戶(hù)端主要采用的是B/S結(jié)構(gòu)。這一結(jié)構(gòu)形式不僅實(shí)現(xiàn)了客戶(hù)端的統(tǒng)一，還能夠?qū)崿F(xiàn)數(shù)據(jù)庫(kù)各類(lèi)集中信息的交互[2]?？蛻?hù)只需登錄web客戶(hù)端，就可以對(duì)系統(tǒng)信息進(jìn)行遠(yuǎn)程訪問(wèn)。

1.2 系統(tǒng)軟件配置

振動(dòng)診斷系統(tǒng)軟件主要為web應(yīng)用軟件，從軟件構(gòu)成看，其主要配置為括操作系統(tǒng)；數(shù)據(jù)庫(kù)PgSQL；設(shè)備狀態(tài)監(jiān)測(cè)管理DX1000。通過(guò)相關(guān)軟件系統(tǒng)的組合應(yīng)用，實(shí)現(xiàn)被檢設(shè)備相關(guān)信息的處理與web發(fā)布，從而對(duì)設(shè)備故障做出準(zhǔn)確判斷。

2 振動(dòng)診斷技術(shù)概述

2.1 振動(dòng)診斷技術(shù)形式

振動(dòng)診斷技術(shù)是現(xiàn)階段工業(yè)設(shè)備故障診斷中應(yīng)用較為頻繁，且技術(shù)較為成熟的一種先進(jìn)診斷技術(shù)。隨著各行業(yè)間先進(jìn)技術(shù)的相互借鑒與傳播，該技術(shù)在選礦設(shè)備診斷中獲得了普遍應(yīng)用。在選礦設(shè)備故障診斷中，對(duì)于振動(dòng)診斷技術(shù)應(yīng)用方式較多，但無(wú)論采用何種技術(shù)形式，都需要緊密結(jié)合被檢測(cè)設(shè)備故障特點(diǎn)，有的放矢地獲取振動(dòng)信號(hào)，再運(yùn)用不同診斷技術(shù)進(jìn)行分析，從而達(dá)到設(shè)備故障類(lèi)型及故障部位準(zhǔn)確識(shí)別的目的[3]。然而，在振動(dòng)診斷技術(shù)應(yīng)用實(shí)踐中，因選礦設(shè)備類(lèi)型眾多，故障類(lèi)型也不盡相同，不同故障引起的振動(dòng)信號(hào)表現(xiàn)形式各式各樣，且很容易受到外界振動(dòng)信號(hào)的影響，因此，為保證故障部位判斷準(zhǔn)確性，必須要借助數(shù)據(jù)信號(hào)處理手段進(jìn)行全面的振動(dòng)信號(hào)頻譜分析，最終對(duì)故障類(lèi)型進(jìn)行準(zhǔn)確判斷，對(duì)故障點(diǎn)進(jìn)行準(zhǔn)確定位，以免故障再一次擴(kuò)大，引發(fā)設(shè)備損壞，所以說(shuō)，該診斷技術(shù)具備較高的便捷性與可靠性，可在工業(yè)設(shè)備故障診斷中廣泛應(yīng)用。

2.2 振動(dòng)診斷技術(shù)基本原理及分析方法

結(jié)合選礦設(shè)備故障診斷中振動(dòng)診斷技術(shù)應(yīng)用實(shí)踐來(lái)看，診斷系統(tǒng)所接收的信號(hào)為設(shè)備各部件發(fā)出的振動(dòng)信號(hào)疊加。如果設(shè)備某個(gè)單元發(fā)生故障，故障點(diǎn)所呈現(xiàn)出的疊加信號(hào)就會(huì)出現(xiàn)異常，信號(hào)信息異常復(fù)雜，經(jīng)系統(tǒng)對(duì)所有振動(dòng)信息進(jìn)行準(zhǔn)確的分析與處理，就能對(duì)設(shè)備正常振動(dòng)信號(hào)與異常振動(dòng)信號(hào)進(jìn)行準(zhǔn)確判斷，從而對(duì)設(shè)備云翔狀態(tài)做出準(zhǔn)確判斷[4]。這是因?yàn)樵O(shè)備狀態(tài)良好時(shí)，系統(tǒng)所接收的信號(hào)在任何時(shí)候都處于正常、穩(wěn)定狀態(tài)，一旦某個(gè)區(qū)域發(fā)生故障，如機(jī)件連接不對(duì)中、安裝不平衡、齒輪出現(xiàn)齒面磨損、疲勞剝落、嚙合不良等故障時(shí)，經(jīng)數(shù)據(jù)處理分析所得振動(dòng)信號(hào)就會(huì)出現(xiàn)異常，呈現(xiàn)出故障特征頻率，檢測(cè)人員就可結(jié)合工作經(jīng)驗(yàn)及理論計(jì)算結(jié)果與頻譜分析結(jié)果，準(zhǔn)確判斷故障類(lèi)型與發(fā)生部位。

當(dāng)前，選礦設(shè)備故障診斷中，常借助電壓加速傳感器進(jìn)行振動(dòng)信號(hào)收集。收集完相關(guān)振動(dòng)信號(hào)信息后，電壓加速傳感器便對(duì)各類(lèi)信息進(jìn)行預(yù)處理分析，并將其轉(zhuǎn)換為電信號(hào)，然后再由相關(guān)軟件系統(tǒng)進(jìn)行深度處理，從而獲得更為精確的振動(dòng)數(shù)值，而這些振動(dòng)數(shù)值變化規(guī)律就可以準(zhǔn)確反映出設(shè)備運(yùn)行狀態(tài)，從而為設(shè)備維修人員做出正確的故障診斷提供理論支撐[5]。因振動(dòng)信號(hào)處理分析手段較多，本文主要結(jié)合選礦設(shè)備故障診斷，故采用振動(dòng)值及頻譜圖進(jìn)行分析。

（1）振動(dòng)值。振動(dòng)值大小主要反映的是運(yùn)轉(zhuǎn)設(shè)備所產(chǎn)生的振動(dòng)信號(hào)強(qiáng)弱程度，是選礦設(shè)備故障診斷的重要基礎(chǔ)數(shù)據(jù)，因此成為檢修人員進(jìn)行設(shè)備故障診斷的主要一路。在選礦設(shè)備故障診斷中，檢修人員根據(jù)振動(dòng)值大小、變化情況可準(zhǔn)確判斷設(shè)備振動(dòng)狀態(tài)是否正常。

工業(yè)設(shè)備振動(dòng)值參考標(biāo)準(zhǔn)（ISO10826-3&10816-7）明確標(biāo)注轉(zhuǎn)動(dòng)設(shè)備轉(zhuǎn)速范圍120r/min～600r/min時(shí)，振動(dòng)值≤4.8mm/s；如果轉(zhuǎn)速超過(guò)600r/min時(shí)，對(duì)設(shè)備運(yùn)行實(shí)踐進(jìn)行限制；當(dāng)設(shè)備振動(dòng)值＞7.1mm/s，必須立即停機(jī)進(jìn)行檢修，以防止出現(xiàn)機(jī)損事故。

結(jié)合設(shè)備診斷實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)分析，設(shè)備振動(dòng)值會(huì)與多方面因素產(chǎn)生關(guān)聯(lián)，包括設(shè)備外圍條件、設(shè)備自身?xiàng)l件及檢測(cè)設(shè)備等，如果相關(guān)聯(lián)因素出現(xiàn)振動(dòng)異常傳遞，也會(huì)造成設(shè)備故障診斷識(shí)別不準(zhǔn)，必須經(jīng)頻譜分析技術(shù)進(jìn)行深度分析，從而為準(zhǔn)確判別故障類(lèi)型、故障部位提供有益參考[6]。

（2）頻譜分析。頻譜圖是設(shè)備上所安裝的加速傳感器在對(duì)相關(guān)振動(dòng)信號(hào)數(shù)據(jù)采集后，經(jīng)數(shù)據(jù)深度加工處理，得到頻域波形圖（橫坐標(biāo)為頻率，縱坐標(biāo)為加速度或振幅）。現(xiàn)實(shí)工作中，幅值譜是應(yīng)用最為普遍的頻譜。工作人員根據(jù)頻譜上波形高度判斷設(shè)備振動(dòng)頻率分量大小情況，可以說(shuō)幅值譜反映的是選礦設(shè)備各組件振動(dòng)頻率的組成與解構(gòu)，是檢修人員準(zhǔn)確識(shí)別故障類(lèi)型及故障發(fā)生部位的主要參考。

由于頻譜圖能夠真實(shí)反映選礦設(shè)備改聘故障沖擊產(chǎn)生的微弱幅值信號(hào)會(huì)與其他高幅值低頻信號(hào)疊加信息，所以，在該技術(shù)應(yīng)用早期，一般以高頻信號(hào)作為設(shè)備故障診斷的主要依據(jù)。實(shí)質(zhì)上，對(duì)頻譜進(jìn)行準(zhǔn)確分析就是結(jié)合了不同設(shè)備、不同類(lèi)型故障存在高頻段和低頻段兩種頻譜，這兩種頻譜便是對(duì)故障部位進(jìn)行初步判斷的主要依據(jù)。然而，在進(jìn)行頻譜分析時(shí)，因高頻段頻譜所呈現(xiàn)的譜峰較高，表示設(shè)備振動(dòng)水平最高，因此一般以頻率幅值較高的譜峰進(jìn)行頻率成分分析。

3 選礦設(shè)備故障診斷中振動(dòng)診斷技術(shù)應(yīng)用實(shí)踐

球磨機(jī)、鼓干風(fēng)機(jī)是選礦工藝中應(yīng)用最為普遍，且故障診斷難度較大的兩種設(shè)備，為判斷振動(dòng)診斷技術(shù)在選礦設(shè)備診斷中的實(shí)際應(yīng)用效果，本研究就以這兩種設(shè)備為對(duì)象展開(kāi)振動(dòng)診斷研究。

3.1 球磨機(jī)故障診斷中振動(dòng)診斷技術(shù)的具體應(yīng)用

本研究以某選礦企業(yè)2130球磨機(jī)為對(duì)象，通過(guò)試驗(yàn)研究其小齒輪沖擊信號(hào)產(chǎn)生的原因及故障具體部位。2130球磨機(jī)電機(jī)參數(shù)如表1所示。

表1 2130球磨機(jī)電機(jī)參數(shù)

球磨機(jī)機(jī)組測(cè)點(diǎn)布置如圖1所示。

圖1 2130球磨機(jī)測(cè)點(diǎn)布置圖

球磨機(jī)測(cè)點(diǎn)定義如表2所示。

表2 2130球磨機(jī)測(cè)點(diǎn)位置標(biāo)示

借助振動(dòng)診斷系統(tǒng)對(duì)球磨機(jī)進(jìn)行振動(dòng)診斷，結(jié)果顯示7#測(cè)點(diǎn)，軸向出現(xiàn)二級(jí)報(bào)警，然后利用軸向波形頻譜圖進(jìn)行測(cè)量，測(cè)量結(jié)果如圖2所示。

圖2 7#測(cè)點(diǎn)軸向加速度波形頻譜圖

7#測(cè)點(diǎn)軸向加速度波形頻譜圖上可以看到明顯的沖擊信號(hào)，結(jié)合經(jīng)驗(yàn)可判斷為隨著球磨機(jī)運(yùn)轉(zhuǎn)時(shí)間的延長(zhǎng)，齒輪齒面出現(xiàn)了局部點(diǎn)蝕、剝落、裂痕等損傷。而伴隨著磨損程度的進(jìn)一步加重，齒輪間的縫隙就會(huì)進(jìn)一步加大，所呈現(xiàn)出的沖擊信號(hào)就會(huì)越發(fā)明顯。由于該球磨機(jī)特征頻率是以設(shè)備旋轉(zhuǎn)頻率為間隔嚙合頻率及其倍頻調(diào)制而成，因此在其運(yùn)轉(zhuǎn)過(guò)程中，沖擊信號(hào)的強(qiáng)弱程度會(huì)隨著嚙合頻率的高倍頻或分?jǐn)?shù)諧波增減情況發(fā)生變化。球磨機(jī)小齒輪參數(shù)如表3所示。

表3 2130再磨機(jī)小齒輪參數(shù)

圖2軸向加速度波形頻譜圖中可見(jiàn)大量沖擊信號(hào)，起重最為突出的頻譜頻率為140Hz，對(duì)應(yīng)的是2倍嚙合頻率，說(shuō)明主導(dǎo)故障特征頻率為高倍嚙合頻率。即該頻率波動(dòng)明顯時(shí)，球磨機(jī)小齒輪出現(xiàn)嚴(yán)重磨損，且大小齒輪間縫隙較大、齒面出現(xiàn)不同程度損傷。檢修人員立即關(guān)停設(shè)備進(jìn)行小齒輪換面和磨修操作，振動(dòng)沖擊立即出現(xiàn)明顯減弱趨勢(shì)，說(shuō)明該診斷技術(shù)在球磨機(jī)故障診斷中，可快速找到故障類(lèi)型及故障部位，具備較高的應(yīng)用實(shí)用性。

3.2 鼓風(fēng)機(jī)故障診斷中振動(dòng)診斷技術(shù)的應(yīng)用

鼓風(fēng)機(jī)是大球除塵作業(yè)區(qū)的關(guān)鍵設(shè)備，某廠設(shè)備維護(hù)人員為保障大球除塵作業(yè)區(qū)2#鼓干風(fēng)機(jī)運(yùn)行可靠性與安全性，采用溫度與振動(dòng)檢測(cè)方式進(jìn)行故障診斷。

設(shè)備概況：

該鼓風(fēng)機(jī)電機(jī)與風(fēng)機(jī)額定工作轉(zhuǎn)速為1000r/min，設(shè)備上所有軸承均為滾動(dòng)軸承。為準(zhǔn)確診斷出設(shè)備故障點(diǎn)，維護(hù)人員對(duì)設(shè)備進(jìn)行精確測(cè)點(diǎn)布置（圖3）。振動(dòng)測(cè)試結(jié)果見(jiàn)表1。

圖3 設(shè)備簡(jiǎn)圖、測(cè)點(diǎn)布置示意圖

從表4中相關(guān)數(shù)值可以看出，鼓風(fēng)機(jī)1#測(cè)點(diǎn)水平方向振動(dòng)位移與速度幅值最大，加速度振幅較小。2#測(cè)點(diǎn)水平方向最大振動(dòng)速度為4.69mm/s，參照ISO2373振動(dòng)速度診斷標(biāo)準(zhǔn)，可初步判斷該設(shè)備電機(jī)出現(xiàn)長(zhǎng)周期故障隱患。為進(jìn)一步明確故障點(diǎn)及故障類(lèi)型，需從電機(jī)回轉(zhuǎn)頻率方面進(jìn)行判斷。電機(jī)回轉(zhuǎn)頻率f1=n1/60=1000/60=16.67Hz，而2#測(cè)點(diǎn)水平、軸向振動(dòng)速度頻譜圖來(lái)看，最突出振動(dòng)頻率為16.563Hz，與上述計(jì)算值接近，而圖譜上再無(wú)其他特征頻率，可判斷該設(shè)備可能是安裝時(shí)未能達(dá)到平衡性標(biāo)準(zhǔn)，需進(jìn)行拆卸重裝。

表4 鼓風(fēng)機(jī)振動(dòng)測(cè)試結(jié)果

如果安裝平衡后，仍有不平衡特征頻率，可判斷為橢圓形電機(jī)驅(qū)動(dòng)端軸心軌跡引起振動(dòng)特征，如暫時(shí)還未形成明顯故障，可縮短監(jiān)測(cè)周期，關(guān)注振動(dòng)變化趨勢(shì)，適時(shí)采取必要的維修手段，盡早消除不平衡隱患，保障電機(jī)運(yùn)行穩(wěn)定性[7]。

4 結(jié)語(yǔ)

伴隨著選礦行業(yè)的進(jìn)一步發(fā)展，選礦設(shè)備正由高度自動(dòng)化向高效性、高強(qiáng)度、高性能方向發(fā)展，基于此，及時(shí)發(fā)現(xiàn)選礦設(shè)備潛在故障，及時(shí)開(kāi)展精準(zhǔn)維修已成現(xiàn)在選礦企業(yè)的頭等大事。振動(dòng)診斷技術(shù)因具備操作便捷、診斷效率高、準(zhǔn)確率高等優(yōu)勢(shì)被廣泛應(yīng)用于現(xiàn)代化選礦設(shè)備故障診斷之中，并獲得了理想的額診斷效益[8]。本研究結(jié)合工作實(shí)踐，對(duì)振動(dòng)診斷技術(shù)在球磨機(jī)及鼓風(fēng)機(jī)故障診斷中的具體應(yīng)用，從振動(dòng)數(shù)據(jù)收集、頻譜分析等方面展開(kāi)試驗(yàn)研究，發(fā)現(xiàn)該診斷技術(shù)具備高效的實(shí)用性。通過(guò)該診斷技術(shù)的科學(xué)應(yīng)用，維修人員可參照設(shè)備振動(dòng)速度診斷標(biāo)準(zhǔn)對(duì)設(shè)備故障類(lèi)型、故障部位進(jìn)行準(zhǔn)確判斷，以便及時(shí)采取必要的維修手段進(jìn)行維修，消除故障隱患。對(duì)于企業(yè)而言，不僅保障了設(shè)備運(yùn)行持續(xù)性，還降低的小故障不斷變大引發(fā)機(jī)損事故，實(shí)現(xiàn)了投入成本的節(jié)約，有效促進(jìn)的企業(yè)生產(chǎn)效益的穩(wěn)步提升。

目前，在選礦設(shè)備故障診斷中對(duì)于振動(dòng)診斷技術(shù)的應(yīng)用還處于初步研究階段，未能達(dá)到預(yù)期的操作簡(jiǎn)便、診斷準(zhǔn)確率高要求，仍需進(jìn)一步探索研究，相信隨著研究力度的進(jìn)一步加大及該技術(shù)工藝的不斷完善，必將為選礦設(shè)備早期故障診斷及后期故障抑制提供更為精準(zhǔn)的數(shù)據(jù)支撐，為選礦企業(yè)實(shí)現(xiàn)高效、安全、可持續(xù)生產(chǎn)目標(biāo)作出卓越奉獻(xiàn)。