轧钢机论文中英文资料外文翻译文献

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基于振动监测的设备故障诊断技术

在大型轧钢机械上的应用

摘要对基于振动的设备故障诊断技术做了较全面和深入的介绍,通过实例介绍了该诊断技术在轧钢机械领域的应用。指出该诊断技术可同时对一个测点进行复杂的时域、频域、相关域、统计域等分析,具有一定的趋势预测分析能力。

关键词轧钢机械; 振动监测; 故障诊断

1前言

轧钢机械属于大型的旋转机械,是轧钢厂的关键设备。转轴组件是轧机的核心部分,它包括旋转轴、齿轮传动件、联轴器、滑动和滚动轴承等。人们通过长期观察和实践,发现旋转机械的绝大多数前期故障都会表现出异常的振动,因此掌握机械振动的一般规律就能从振动信号中识别出常见的设备故障。通过对振动信号波形进行简单的时域、频域以及小波分析可对振动进行一般的识别,振动的可识别性是对机械故障进行振动噪声测试分析的技术前提。因此,采用在设备诊断技术领域较成熟的振动分析技术作为技术的突破口对轧钢机进行日常振动状态监测,就能在设备运行中或基本不拆卸全部设备的情况下,掌握轧机运行状态,判定产生故障的部位和原因,并预测未来的技术状态,从而可在早期有效地发现,以及在后期及时地抑制故障,保障生产的可持续发展。

2信号识别与获取

任何机器设备在运行中都会产生振动,机器的振动信号中包含了丰富的机器运行的状态信息。当设备发生异常或故障时,振动将会发生变化,一般表现为振幅加大。由不同类型、性质、原因和部位产生的故障所激发的振动具有不同的特征,这些特征表现为频率成分、幅值大小、相位差别、波形形状和能量分布状况等。振动信号的性质和特征

不仅与故障有关,还与系统的固有特性有关,具体表现为同一故障发生的部位不同、故障激励传递通道(即传递函数)不同,其振动特征和响应亦会有较大的差别。总之,设备的振动是由故障激励和系统特性所共同决定的,但很多情况下,振动特征和故障类型之间并不是一一对应的关系,不能简单地对号入座,这就给振动的识别带来一定的困难。因此,振动的识别对于设备诊断技术的完善是至关重要的。轧钢机械工作时轧件是非连续地被轧制的,其转速并不恒定、功率更是从空载到满负荷间周期地波动。从原动机到轧辊间有庞大的传动和减速机构,可能出现的故障类型很多,因此检测设备、测点、点检方式和点检时间的选择对诊断的准确与否起关键作用。为保证所测数据具有可比性,在测定数据时应遵循以下几点原则: ①每次测量要在同一测点进行,否则由于激振源到测点的传递函数不同,而使测量的结果相差很大。②保持每次测量时机器的工况相同。③保持测量的参数相同,一般来说,频率在10～100Hz的振动应以位移作为数采器的输出参数,频率在100～1 000Hz的振动应以速度作为数采器的输出参数,频率在1000Hz以上的振动应以加速度作为数采器的输出参数。④使用的仪器相同和测量的方法(如传感器及其固定方式)相同。在测振过程中,测点的选择同样影响监测结果,其选择原则是:

(1) 测点应选择在振动信号传递的通道上而且路线最短的位置,尽量减少中间传递介质。

(2) 测点应选在信号反应比较敏感的部位,如轴承座、机座等。

(3) 测点应选择在便于多方位测量的位置。一般测振动要选定三个方向(水平X、垂直Y、轴向A)来评定,特别对低频振动,更要强调其方向性(高频振动对方向不敏感) 。

(4) 对于大型机械设备,受传递函数的影响,应多点检测。

3轧钢机械等旋转机械的常见故障及

其诊断方法

旋转机械的常见故障,按转子类型和振动性质的不同,可分为:转子不平衡、转子不对中、基座或装配松动、转子与定子摩擦、感应电机振动、滚动轴承故障、齿轮机构的振动等。利用振动监测技术对这些常见机械故障可进行较为准确的诊断。

3. 1转子不平衡

不平衡是旋转机械中最常见的一种故障。引起不平衡的原因较多,如安装不良造成偏心、配合松动、轴弯曲变形、加工制造误差以及长期运行中产生不均匀磨损等。我们从离心力的计算公式易知,不平衡振动对转速的变化是最敏感的。转子不平衡的振动

特征是:刚性转子在启动时振幅随转速的增大而增大,柔性转子在启动时振幅是先增大而后减小。在频率特征方面,不平衡振动的频率成分单一而明朗,主要表现为转子的基频;在相位方面,水平和垂直方向的振动相差90œ,且通常水平方向的振动比垂直方向的大、径向振动比轴向振动要大。

3. 2转子不对中

转子不对中是指转子中心与轴承中心不对中,或多转子系统中各转子的轴线不对中,也是旋转机械的一类多发性的典型故障。不对中有三种类型,即平行不对中、角度不对中、综合不对中。其产生的原因有:转子及支座安装不良、轴承支座不均匀膨胀引起变形、地基变形以及热不对中等。转子不对中的振动特征是:当转子不对中时将产生一种附加弯矩,形成附加激励,故轴向振动往往是存在不对中的一种征兆。在振动频率特征方面,平行不对中主要激起2倍转频,角度不对中则表现为同频振动突出,它们的共同点是以旋转频率的2 倍频或4 倍频为主,尚伴有高次倍频。在相位特征方面,平行不对中时,转子两端径向振动相位相差180œ;角度不对中时,联轴器两端轴向振动相位相差180œ,而径向相位相同。

3. 3基座或装配松动

松动常和不平衡相伴生,表现为非线形的振动特征。地脚松动引起的振动方向特征很明显,表现在垂直方向的振动很强烈。由零件配合松动引起的振动,其方向特征不明显。在振幅方面,松动引起的振动随负荷的增加而增大,但对转速表现出无规律的变化,忽大忽小,呈跳跃式变化。在振动频率特征方面,除基频成分外,基频的奇数倍频突出(常高于基频的幅值) ,伴有3倍、5倍、7倍及0. 3～0. 5倍的谐波成分,频谱结构成梳状。

3. 4转子与定子摩擦

此类摩擦属干摩擦,大多表现为径向摩擦。摩擦振动属于非线性振动,频带范围很宽,除基频外,还有2倍、3倍以及1 /3、1 /2 等谐波成分。在时域波形上,常表现为削波状态,“截头余弦”形状的波形是摩擦故障特有的重要标志。在某些特殊情况下,摩擦还可能激起系统的固有频率振动。

3. 5感应电机振动故障特征

电动机是一种典型的旋转机械,在机械故障的表现方面具有旋转机械的共同特点,如存在转子不平衡、不对中、松动、摩擦等故障类型。感应电机的振动故障的一大特点