李風(fēng)娟

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

礦石作為現(xiàn)代工業(yè)生產(chǎn)的重要原材料，選礦的環(huán)節(jié)可以有效地提高礦石的質(zhì)量，因?yàn)檫x礦廠的設(shè)備價(jià)格昂貴并且種類固定，一旦發(fā)生了故障后難以確定其問題所在，給正常的生產(chǎn)活動(dòng)造成了影響。而使用振動(dòng)監(jiān)測(cè)對(duì)設(shè)備的頻率變化進(jìn)行檢測(cè)，可以判斷出設(shè)備的故障位置，制定出科學(xué)的維修方案，避免事故的發(fā)生。

1 振動(dòng)監(jiān)測(cè)系統(tǒng)的構(gòu)成

1.1 系統(tǒng)硬件配置

使用無線監(jiān)測(cè)器來對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行采集，其中包含內(nèi)嵌振動(dòng)加速度傳感器、溫度傳感器、信號(hào)采集處理電路。然后將采集的數(shù)據(jù)通過2.4GHz頻段無線傳輸?shù)綗o線監(jiān)測(cè)站。無線監(jiān)測(cè)站負(fù)責(zé)收集指定管轄區(qū)域內(nèi)所有無線檢測(cè)器采集的數(shù)據(jù)，并通過局域網(wǎng)上傳至系統(tǒng)中心服務(wù)器。中心服務(wù)器接收到數(shù)據(jù)后，對(duì)其進(jìn)行一定的處理，系統(tǒng)服務(wù)器采用IBMx3650硬件平臺(tái)。該服務(wù)器對(duì)處理器性能進(jìn)行了優(yōu)化，能夠提供雙核或四核計(jì)算能力，高級(jí)電源管理及矢量校準(zhǔn)冷卻技術(shù)可以幫助降低數(shù)據(jù)中心的電力和冷卻成本。

1.2 系統(tǒng)軟件配置

振動(dòng)監(jiān)測(cè)的系統(tǒng)軟件是基于.NET與B/S結(jié)構(gòu)開發(fā)的web應(yīng)用軟件。軟件配置：操作系統(tǒng)WindowsServer2003；數(shù)據(jù)庫(kù)MYSQL；設(shè)備狀態(tài)監(jiān)測(cè)管理DX1000。核心為設(shè)備監(jiān)測(cè)管理軟件，該軟件主要功能為設(shè)備組態(tài)、設(shè)備診斷、采集參數(shù)設(shè)置、采集數(shù)據(jù)處理、數(shù)據(jù)處理及對(duì)外web發(fā)布等。

2 振動(dòng)監(jiān)測(cè)關(guān)鍵步驟

對(duì)選礦設(shè)備進(jìn)行振動(dòng)監(jiān)測(cè)的時(shí)候，首先要對(duì)設(shè)備正常運(yùn)轉(zhuǎn)的振動(dòng)數(shù)據(jù)進(jìn)行記錄，保證發(fā)現(xiàn)了問題以后有振動(dòng)對(duì)比數(shù)據(jù)，并且要對(duì)振動(dòng)進(jìn)行實(shí)時(shí)的觀測(cè)，將振動(dòng)數(shù)據(jù)記錄帶數(shù)據(jù)庫(kù)中，滿足對(duì)數(shù)據(jù)的長(zhǎng)線觀察，最后通過各種數(shù)據(jù)的對(duì)比來判斷設(shè)備的運(yùn)轉(zhuǎn)情況，并且分析設(shè)備在現(xiàn)在的運(yùn)轉(zhuǎn)趨勢(shì)下會(huì)不會(huì)出現(xiàn)問題，是否需要及時(shí)地進(jìn)行調(diào)整。讓設(shè)備能夠長(zhǎng)時(shí)間地保持正常工作，對(duì)已經(jīng)出現(xiàn)的故障和預(yù)測(cè)的故障部件進(jìn)行及時(shí)的維修，對(duì)其進(jìn)行針對(duì)性的處理。

2.1 確定振動(dòng)參數(shù)

為了保證監(jiān)測(cè)震蕩數(shù)據(jù)的準(zhǔn)確性，需要通過多點(diǎn)采集的方式來進(jìn)行數(shù)據(jù)整合，其中包含對(duì)位移、速度、質(zhì)點(diǎn)加速度等數(shù)據(jù)的記錄，通過記錄裝置將這些數(shù)據(jù)采集下來，保證振動(dòng)參數(shù)的可靠性。一般來說，當(dāng)振動(dòng)頻率在10～1000Hz，低于此范圍時(shí)，速度控制更方便，通常用于視覺位移測(cè)量，更精確的加速度測(cè)量高于這個(gè)范圍。此外，還應(yīng)注意齒輪、滾動(dòng)軸承等關(guān)節(jié)部位，這些地方的加速度變化更加得明顯，在運(yùn)作的過程中更容易受到磨損，所以要進(jìn)行重點(diǎn)的檢測(cè)。

2.2 確定監(jiān)測(cè)點(diǎn)

在監(jiān)測(cè)的時(shí)候，要選擇一個(gè)有效的檢測(cè)點(diǎn)才能夠保證數(shù)據(jù)的準(zhǔn)確性，一般在采集的過程中，會(huì)選擇距離振動(dòng)點(diǎn)或者器械脆弱點(diǎn)跟進(jìn)的位置，并且監(jiān)測(cè)點(diǎn)距離振動(dòng)源越近采集的數(shù)據(jù)就越準(zhǔn)確，一般來說，最好的采集點(diǎn)都是在軸承的附近，監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)不會(huì)受到其他零部件振動(dòng)的影響，采集的數(shù)據(jù)也更加穩(wěn)定，以大型球磨機(jī)為離子，在采集數(shù)據(jù)的時(shí)候，一般選擇圓周和輪廓作為數(shù)據(jù)采集點(diǎn)。

2.3 確定監(jiān)測(cè)周期

剛剛獲得的數(shù)據(jù)有著更高的利用價(jià)值，但是長(zhǎng)時(shí)間的監(jiān)測(cè)效率低下，會(huì)浪費(fèi)大量的資源，另一方面，磨損過程往往比較緩慢，短時(shí)間內(nèi)不會(huì)出現(xiàn)過大的磨損，因此我們需要確定最合適的監(jiān)測(cè)周期。通常，當(dāng)設(shè)備運(yùn)行平穩(wěn)時(shí)，測(cè)試周期可設(shè)置為兩周或更長(zhǎng)時(shí)間，但在運(yùn)行狀態(tài)不穩(wěn)定的情況下，監(jiān)測(cè)的周期需要適當(dāng)?shù)目s短。一般在剛剛維修后，或者數(shù)據(jù)已經(jīng)出現(xiàn)了一定異常后，都需要縮短監(jiān)測(cè)的周期。

2.4 收集和處理振動(dòng)數(shù)據(jù)

在完成了收集數(shù)據(jù)的各種準(zhǔn)備后，就可以開始對(duì)各種數(shù)據(jù)的采集，員工在采集的過程中需要對(duì)多種采集數(shù)據(jù)進(jìn)行預(yù)處理，通過簡(jiǎn)單的分析先大概判斷設(shè)備的運(yùn)行情況是否穩(wěn)定，之后再通過更加細(xì)致的振動(dòng)分析來確認(rèn)機(jī)械的工作情況，其中包括時(shí)域分析、頻譜分析等。因?yàn)椴煌姆治龇椒ǘ加兄鄳?yīng)的側(cè)重點(diǎn)，所以在分析的時(shí)候，要結(jié)合多種分析方法得出的結(jié)論來判斷機(jī)械的運(yùn)行情況，常見的故障有連接脫落、對(duì)中不穩(wěn)、松動(dòng)、軸承失效、碰撞等問題，在振動(dòng)數(shù)據(jù)上都會(huì)有所體現(xiàn)，通過對(duì)不同分析方法的結(jié)合，更好地方便后期的維修處理。

3 振動(dòng)信號(hào)分析

通過振動(dòng)監(jiān)測(cè)技術(shù)對(duì)選礦設(shè)備進(jìn)行信號(hào)監(jiān)測(cè)，采集的原始信號(hào)一般都是呈現(xiàn)時(shí)域波形。如果是沒有出現(xiàn)故障的情況下，波動(dòng)的振幅比較小，波動(dòng)整體較為穩(wěn)定。當(dāng)選礦設(shè)備出了故障后，收集的振動(dòng)信號(hào)會(huì)呈現(xiàn)出很明顯的波動(dòng)，通過對(duì)波動(dòng)形態(tài)的分析，可以初步地判斷故障的原因，所以要對(duì)出現(xiàn)的故障振動(dòng)進(jìn)行記錄，以便后續(xù)出現(xiàn)故障后可以根據(jù)對(duì)振動(dòng)模式的對(duì)比分析快速找出選礦設(shè)備在運(yùn)行中出現(xiàn)的問題，通過提前準(zhǔn)備問題預(yù)案，短時(shí)間內(nèi)處理發(fā)生的問題。

3.1 信號(hào)頻域分析

因?yàn)闄C(jī)器的類型有著很大的區(qū)別，所以在出現(xiàn)了故障后，產(chǎn)生的振動(dòng)頻率會(huì)因?yàn)闄C(jī)器的類型與故障不同而產(chǎn)生較大的區(qū)別，所以可以通過對(duì)震動(dòng)信號(hào)頻率、振幅等信息進(jìn)行分析，初步地推斷出機(jī)器在運(yùn)行中出現(xiàn)不良震動(dòng)的原因，方便后續(xù)的修理維護(hù)。其中頻譜分析是一種很關(guān)鍵的振動(dòng)信號(hào)分析方法，通著這種信號(hào)分析方可以對(duì)不同的部件振動(dòng)進(jìn)行分析，將不同的振動(dòng)模式對(duì)應(yīng)在不同的故障部件上，通過對(duì)振動(dòng)的各種數(shù)據(jù)進(jìn)行分析，排查出具體是哪個(gè)部件在運(yùn)行的過程中出了問題，推測(cè)出其故障的程度。但是，在實(shí)際的應(yīng)用中，因?yàn)橐坏┏霈F(xiàn)了故障的情況，往往是多個(gè)故障并行，導(dǎo)致振動(dòng)頻率混雜，并且與故障零件相連的固件也會(huì)因?yàn)槌霈F(xiàn)的問題一起振動(dòng)，這樣通過振動(dòng)來判斷零件的故障就有著很高的難度，為了讓最后的判斷能夠得到正確的結(jié)果，需要將該機(jī)械在運(yùn)行過程中所出現(xiàn)的所有故障振動(dòng)模式進(jìn)行比對(duì)，找出真正的故障原因。

3.2 信號(hào)階次分析

為了保證能夠更加準(zhǔn)確地判斷振動(dòng)信號(hào)，得出正確的故障問題，需要對(duì)多種故障的振動(dòng)信號(hào)進(jìn)行采樣，將這些數(shù)據(jù)統(tǒng)一收集到一起，根據(jù)模擬的故障問題與振動(dòng)綁定，然后經(jīng)過對(duì)振動(dòng)信號(hào)的特點(diǎn)進(jìn)行比對(duì)，找出不同故障信號(hào)的特點(diǎn)并進(jìn)行記錄，幫助后續(xù)的故障排查，因?yàn)檫x礦設(shè)備在運(yùn)作的過程中大多有著很高的運(yùn)轉(zhuǎn)速度，所以使用階次分析工具對(duì)進(jìn)行振動(dòng)信號(hào)的采樣，得到更穩(wěn)定準(zhǔn)確的振動(dòng)數(shù)據(jù)。

使用周期采樣的方法來進(jìn)行數(shù)據(jù)的采集，通過在運(yùn)轉(zhuǎn)的周期之內(nèi)選擇幾個(gè)固定的時(shí)間點(diǎn)作為采樣點(diǎn)，保證采集的數(shù)據(jù)準(zhǔn)確度，然后使用階次分析工具對(duì)其進(jìn)行數(shù)據(jù)的采樣，如果采集到的數(shù)據(jù)包含了該點(diǎn)，那么就可以直接將該點(diǎn)的數(shù)據(jù)保留下來。如果采集到的數(shù)據(jù)并沒有包含采樣點(diǎn)，那么要根據(jù)采集的時(shí)刻對(duì)其進(jìn)行數(shù)據(jù)分析，彌補(bǔ)數(shù)據(jù)在采集上出現(xiàn)的缺陷。

因?yàn)樵S多的設(shè)備在一起工作的時(shí)候會(huì)互相產(chǎn)生影響，其運(yùn)轉(zhuǎn)的速度也會(huì)因?yàn)榛ハ嗟挠绊懏a(chǎn)生一定的改變，為了讓此類設(shè)備的頻率能夠符合分析的特殊要求，讓最后的分析數(shù)據(jù)有著更高的真實(shí)性與準(zhǔn)確性，那么可以選用周期采樣技術(shù)，通過繪制的方法把轉(zhuǎn)速的階次以橫坐標(biāo)做成頻譜圖，這個(gè)方法的好處在于可以清晰地把轉(zhuǎn)速的階次表示在頻率的軸上，階次的頻率位置始終保持不變，給對(duì)比分析帶來了很大的便利，提高了對(duì)震動(dòng)信號(hào)的分析準(zhǔn)確性與科學(xué)性。

3.3 趨勢(shì)分析

通過對(duì)振動(dòng)的分析不僅可以排除掉設(shè)備出現(xiàn)的故障，還可以對(duì)設(shè)備的使用壽命進(jìn)行一定的預(yù)測(cè)，對(duì)即將出現(xiàn)的一些問題進(jìn)行提前的防范。振動(dòng)分析故障的診斷是通過對(duì)振動(dòng)狀態(tài)的長(zhǎng)期觀測(cè)，發(fā)現(xiàn)其運(yùn)作狀態(tài)不斷劣化的曲線來對(duì)其使用壽命進(jìn)行預(yù)測(cè)。在預(yù)測(cè)的時(shí)候，首先要調(diào)查好各個(gè)設(shè)備的運(yùn)轉(zhuǎn)特性，經(jīng)過長(zhǎng)時(shí)間的使用后振動(dòng)會(huì)產(chǎn)生怎樣的變化，當(dāng)振動(dòng)曲線到達(dá)什么樣的水平后設(shè)備將不能夠繼續(xù)使用。將礦場(chǎng)的若干重大設(shè)備作為振動(dòng)趨勢(shì)分析的獨(dú)享，通過對(duì)各個(gè)設(shè)備不懂的特性與振動(dòng)頻譜的狀態(tài)進(jìn)行多次的抽樣，將抽樣結(jié)果進(jìn)行整理分析之后，建立起設(shè)備振動(dòng)檢測(cè)數(shù)據(jù)檔案。在檔案中將設(shè)備的編號(hào)、檢測(cè)位置、檢測(cè)時(shí)間、運(yùn)作狀態(tài)、不同轉(zhuǎn)速和不同檔位下的振動(dòng)頻譜特征進(jìn)行有效的記錄，并對(duì)其進(jìn)行頻譜的分析。在設(shè)備出現(xiàn)問題后，可以直接利用設(shè)備振動(dòng)檢測(cè)數(shù)據(jù)檔案中記錄的數(shù)據(jù)對(duì)其進(jìn)行比對(duì)分析，將正常的數(shù)據(jù)作為分析基礎(chǔ)，找出設(shè)備的那個(gè)部位因?yàn)槌霈F(xiàn)了故障而產(chǎn)生了異常的振動(dòng)，并且在振動(dòng)檢測(cè)數(shù)據(jù)檔案中記錄下不同故障的處理辦法，快速地采取方案對(duì)其進(jìn)行有效的維修。

4 應(yīng)用實(shí)例

轉(zhuǎn)子不平衡、軸心位移大以及軸承嚴(yán)重磨損等故障問題發(fā)生時(shí)，均會(huì)引起運(yùn)行中的選礦設(shè)備出現(xiàn)異常振動(dòng)，隨著故障問題嚴(yán)重程度，其振動(dòng)變化愈加劇烈。通過對(duì)運(yùn)行中的選礦設(shè)備進(jìn)行振動(dòng)監(jiān)測(cè)，分析與對(duì)照振動(dòng)變化情況，可幫助現(xiàn)場(chǎng)作業(yè)人員盡早發(fā)現(xiàn)選礦設(shè)備故障隱患，及時(shí)進(jìn)行處理，確保選礦設(shè)備安全、穩(wěn)定運(yùn)行。

4.1 鼓風(fēng)機(jī)設(shè)備振動(dòng)監(jiān)測(cè)

鼓風(fēng)機(jī)作為開展選礦作業(yè)的重要設(shè)備之一，其中運(yùn)行條件、日常維護(hù)以及安裝規(guī)范等因素均會(huì)導(dǎo)致運(yùn)行過程中的鼓風(fēng)機(jī)出現(xiàn)故障問題，且故障類型多樣，若無法及時(shí)解決設(shè)備故障問題，不僅會(huì)引發(fā)嚴(yán)重設(shè)備事故，造成不必要的人員傷亡，也會(huì)阻礙選礦作業(yè)順利開展。一般情況下，大部分選礦設(shè)備在運(yùn)行過程中發(fā)生故障或者運(yùn)行前已經(jīng)存在故障，在運(yùn)行時(shí)會(huì)有著明顯的振動(dòng)現(xiàn)象，技術(shù)人員可利用這一特性，對(duì)處于運(yùn)行狀態(tài)下的選礦設(shè)備進(jìn)振動(dòng)監(jiān)測(cè)，詳細(xì)記錄振動(dòng)監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)，對(duì)比正常選礦設(shè)備運(yùn)行狀態(tài)，以此來判斷選礦設(shè)備是否存在故障問題?；诖?，以鼓風(fēng)機(jī)設(shè)備振動(dòng)監(jiān)測(cè)為例，通過監(jiān)測(cè)該設(shè)備實(shí)際振動(dòng)情況，對(duì)其故障進(jìn)行診斷，具體操作如下：

（1）鼓風(fēng)機(jī)由電動(dòng)機(jī)、風(fēng)機(jī)等其他幾個(gè)關(guān)鍵部件構(gòu)成，其中電動(dòng)機(jī)與風(fēng)機(jī)是支撐鼓風(fēng)機(jī)正常運(yùn)行及效能發(fā)揮的重要構(gòu)件，二者正常工作轉(zhuǎn)速均為每分鐘1000轉(zhuǎn)。為了精準(zhǔn)掌握鼓風(fēng)機(jī)設(shè)備運(yùn)行狀態(tài)，并提升設(shè)備運(yùn)行穩(wěn)定性與安全性，在此基礎(chǔ)上制定振動(dòng)監(jiān)測(cè)計(jì)劃。

（2）基于振動(dòng)監(jiān)測(cè)計(jì)劃，對(duì)鼓風(fēng)機(jī)設(shè)備開展振動(dòng)測(cè)試，通過分析振動(dòng)監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)，發(fā)現(xiàn)該設(shè)備在運(yùn)行時(shí)，其電機(jī)會(huì)沿著水平方向振動(dòng)和位移，且振動(dòng)速度較快，而加速度振幅卻相對(duì)較小。對(duì)照規(guī)定的振動(dòng)速度標(biāo)準(zhǔn)，可基本確定鼓風(fēng)機(jī)的電機(jī)存在故障隱患，該故障隱患已經(jīng)存在較常的時(shí)間。

結(jié)合頻譜上所顯示的電機(jī)驅(qū)動(dòng)端水平與垂直方向的振動(dòng)速度信息，對(duì)電機(jī)回轉(zhuǎn)頻率進(jìn)行計(jì)算，計(jì)算公式為：，監(jiān)測(cè)點(diǎn)所對(duì)應(yīng)頻譜顯示的其他方向振動(dòng)速度為16.5625Hz，兩組數(shù)據(jù)相對(duì)接近；其中電機(jī)軸承故障特征頻率并未在頻譜上表現(xiàn)出來。當(dāng)設(shè)備存在故障隱患時(shí)，頻譜上所顯示的振動(dòng)頻率與正常設(shè)備運(yùn)行時(shí)的振動(dòng)頻率有著明顯差異，特別是電機(jī)發(fā)生不平衡故障問題。

（3）在明確電機(jī)振動(dòng)位移方向的前提下，并結(jié)合頻譜上顯示的信息與電機(jī)驅(qū)動(dòng)端軸心軌跡特點(diǎn)，判斷電機(jī)有不平衡故障隱患存在。針對(duì)電機(jī)不平衡故障問題，技術(shù)人員可更改原有設(shè)備振動(dòng)監(jiān)測(cè)周期，實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)設(shè)備振動(dòng)頻率變化，一旦發(fā)現(xiàn)振動(dòng)異常，對(duì)其立即進(jìn)行檢修，以此來達(dá)到規(guī)避電機(jī)不平衡故障現(xiàn)象出現(xiàn)。另外，當(dāng)電機(jī)設(shè)備長(zhǎng)期在不平衡故障隱患的條件下運(yùn)行，極易加劇設(shè)備劣化，并會(huì)引發(fā)其他故障發(fā)生，因此，應(yīng)提升對(duì)設(shè)備振動(dòng)監(jiān)測(cè)重視程度，做好日常檢修與維護(hù)工作，降低故障隱患發(fā)生概率，從根本上保障設(shè)備運(yùn)行安全，為選礦作業(yè)高效率開展提供強(qiáng)力支撐。

4.2 球磨機(jī)設(shè)備振動(dòng)監(jiān)測(cè)

正常運(yùn)行狀態(tài)下的球磨機(jī)轉(zhuǎn)速為200轉(zhuǎn)/分鐘，功率為6000kW，處于長(zhǎng)期運(yùn)行狀態(tài)的球磨機(jī)，自身振動(dòng)頻率和速度均會(huì)產(chǎn)生一定變化。對(duì)球磨機(jī)開展振動(dòng)監(jiān)測(cè)，通過監(jiān)測(cè)該設(shè)備實(shí)際振動(dòng)情況，對(duì)其故障進(jìn)行診斷，具體操作如下：

（1）選擇齒輪振動(dòng)速度值高的設(shè)備作為判斷球磨機(jī)齒輪是否處于正常狀態(tài)的輔助測(cè)試工具。球磨機(jī)的電機(jī)及齒輪軸的轉(zhuǎn)速均為200轉(zhuǎn)/分鐘，計(jì)算轉(zhuǎn)動(dòng)頻率，計(jì)算公式為：，齒輪間隔為69.93Hz。頻譜中所顯示的頻率信息與球磨機(jī)齒輪的頻率二者數(shù)據(jù)相近，其中小齒輪的轉(zhuǎn)動(dòng)頻率存在異常情況，通過分析與對(duì)照球磨機(jī)齒輪時(shí)鐘頻率數(shù)據(jù)，發(fā)現(xiàn)存在微小諧波現(xiàn)象。因此，判斷球磨機(jī)的小齒輪存在一定程度的磨損問題，磨損過于嚴(yán)重是導(dǎo)致球磨機(jī)齒輪振動(dòng)劇烈的主要因素。

（2）針對(duì)球磨機(jī)的小齒輪磨損問題，除了日常振動(dòng)監(jiān)測(cè)，也要詳細(xì)記錄球磨機(jī)齒輪劇烈振動(dòng)頻率，小齒輪振動(dòng)頻率越高、速度值越大，說明內(nèi)部磨損越嚴(yán)重。需要及時(shí)更換磨損嚴(yán)重的小齒輪，同時(shí)做好相應(yīng)潤(rùn)滑處理，減少設(shè)備故障發(fā)生。

5 結(jié)語(yǔ)

綜上所述，振動(dòng)監(jiān)測(cè)技術(shù)是一種高效的故障診斷方法，在選礦設(shè)備上使用可以有效地提高對(duì)故障的檢測(cè)力度。并且還可以判斷出設(shè)備的故障位置和故障程度，減少維修所使用的時(shí)間與資源。目前，振動(dòng)診斷技術(shù)還在發(fā)展的過程中，還需要對(duì)各方面的技術(shù)進(jìn)行進(jìn)一步的研究，才能為企業(yè)的生產(chǎn)提供更多的幫助。