高线减定径振动状态监测系统

高线减定径振动状态监测系统

【摘要】对高速线材减定径的数据采集系统进行介绍，着重对减定径机的振动系统的测点选择，振动传感器安装，数据采集模块，分析软件性能等进行介绍。运用加速度传感器对振动进行测量，通过信号转换，接入高速信号采集系统中，对信号进行显示、存储和分析。振动监测系统对及时发现运行中出现的早期部件缺陷和突发故障具有重要的指导意义。

【关键词】减定径；监测系统；振动

引言

高线设备稳定对高线生产有着重要意义，线材减定径是高线生产线中的关键设备，其运行状态直接影响整个生产系统的正常运行和安全生产。线材减定径机由于运行速度高、使用率高，齿轮箱组合方式复杂，轧机可能由于润滑或者负载等问题造成轴承或齿轮损坏从而造成整条生产线停车。建立对减定径状态的监测系统，对减定径的振动状态进行在线监测和记录存储，对设备的维护和故障诊断有着重要的意义。

1 系统概述

图1 监测系统构成

线材减定径现场监测系统由本系统由一次传感器（加速度振动传感器）、状态监测系统、数据管理服务器及相应的软件等组成。在系统软件设置功能菜单中，可以对保证系统能够正常工作的各种参数进行设置，如采样频率、滤波、每个通道的名称、量程、报警上下限值和报警逻辑，故障诊断所需要的设备参数，如齿轮齿数和传动比、轴承节径、滚动体直径、滚动体数目以及电动机转速等。通过系统配置，在不改变软件的前提下，可以满足修改监测设备参数的需要。这对于需要经常调整参数的大型复杂监测诊断系统是非常重要的。

2 振动检测系统

2.1 传感器测点选取

线材减定径在轧制过程中，其振动特性既有一般机械振动的共同特性，又表现出其自身的特点。线材减定径传动系统通过主电机、变速箱、连接到减径机和定径机的锥齿轮箱，拖动辊箱中轧辊进行轧制。变速箱、锥齿轮箱中齿轮的轴承是故障率最高的地方，因此对减定径振动信号，尤其是轴承故障信号的监测和分析就成为在线监测的重心。

减定径的振动测试点共有32个。安装在：各轴承支撑位置的轴承座，各轴均为齿轮传动轴。

轴承类型：1）角接触球轴承；2）圆柱滚子轴承；3）油膜轴承。

轴的最高设计转速：18000 r/min；

轴的最低工作转速：300 r/min；

减径机上10个监测点，定径机上11个监测点，减径机变速箱上6个监测点，定径机上5个监测点。

2.2 振动传感器的性能及安装

TP100通用振动加速度传感器性能指标为：

（1）灵敏度100mV/g；

（2）测量范围80g；

（3）频率范围0.5～14000Hz；

（4）工作温度-50～120℃。

振动传感器安装采用螺柱安装方式见图2，传感器应该尽量安装于轴承的承载区。如果安装存在困难，可以采用粘贴传感器底座的方式安装。但是应保证该安装方式的可靠性。

图2 传感器安装孔要求

采用1/4-28通螺纹的螺柱，螺柱一端用来连接传感器，另一端端固定在机组表面，为获取准确数据，传感器要按规范安装在正确的位置；

震动加速度探头安装要求一直径最小为26mm的平坦区域，粗糙度不大于0.813umrms。平面度不低于25.4umTIR；

在该平坦区域安装表面的中间打孔攻丝1/4-28，螺纹深度不小于6mm，该安装孔垂直安装表面（误差±6分角度）；

打孔时，请保证打孔处有足够的厚度，否则可以先在一个小铁块上按照要求打孔，再将小铁块焊接在安装面上。

2.3 数据采集模块

采集监测模块是一个以微处理器为核心的智能化的数据采集系统，它将各种传感器的信号A/D 转换成可以接受的信号，并对振动信号进行时/频域的分析

（如FFT-分析（快速傅立叶变换），或者加速度包络分析等）。将时频域分析数据发送到现场服务器。数据采集模块采用标准TCP/IP协议，每个模块具有最多提供16个振动采集通道，具有2个可组态的转速计测量通道。带有二个内置继电器输出点，可以用来进行报警输出。

可以对频率范围在1Hz～40kHz的信号进行处理，具有24 位A/D转换功能，测量参数包括：RMS、峰值、平均值等。数据采集模块可进行采集定义的配置：按照固定时间间隔采集、按照固定采集时间采集、按照外部输入参数条件触发采集、按照转速条件触发采集。

3 振动分析系统

现场服务器上运行专用的分析软件平台。该软件针对减定径的工作状况及轴承与齿轮箱等设备的特点，对机组主要振动参数进行监测，并通过图形曲线图表等可视化界面显示机组的振动状态信息。

图3 故障分析系统

图4 振动频谱分析

软件平台可以实现设备设置，包括设备档案管理，通讯配置，振动传感器采集配置，告警门限配置等。

可以显示原始测量数据，对时域和频率域的特征分析、加速度包络分析；针对各测点振动特征值的进行趋势分析。显示各振动测点的振动速度或加速度有效值、峰峰值及峰值，自动计算轧机各部件的缺陷频率及各轴的转速，并自动显示。

用户可自定义诊断规则，包括对常见设备故障的诊断规则：如不平衡、不对中、各种轴承故障、齿轮啮合故障等。可以为特定的故障设置报警；标准故障规则可自定义。可利用历史数据统计更新故障报警值，可以实现对轧机共振频率的分析。

4 结语

线材减定径在线监测系统采用高速数据采集采集现场数据，对轧机的振动数据进行实时显示和存储，对齿轮箱等零部件的故障进行诊断具有重要的意义。它能够指导我们及时发现运行中出现的早期部件缺陷和突发故障，指定科学的维修计划和改进方案，避免重大设备事故发生。

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