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1、Evaluation Warning: The document was created with Spire.Doc for .NET.设备状态监监测与故故障诊断断技术的的应用摘要：高速速线材厂厂轧机具具有运转转速度高高、载荷荷变化频频繁、所所轧制轧轧件温度度低的特特点，设设备的主主要故障障是主传传动设备备的轴承承、齿轮轮失效故故障，占占了总设设备故障障时间的的50%以上。传传动设备备的故障障诊断，要要通过在在线监测测，在获获取机械械大量信信息的基基础上，基基于机器器的故障障机理，从从中提取取故障特特征，进进行周密密的分析析，然后后进行诊诊断。通通过设备备状态监监测与故故障诊断断技术的的推广
2、应应用，达达到预防防为主的的目的，有有效的避避免过维维修和欠欠维修，既既减少了了设备故故障又降降低了维维修费用用，大大大提高了了作业率率，为生生产的顺顺利进行行提供了了可靠的的保障。关键词：高高速线材材厂；设设备状态态监测；故障诊诊断技术术；齿轮轮故障；轴承故故障 1 前言设备状态监监测与故故障诊断断技术是是一种了了解和掌掌握设备备在使用用过程中中的状态态，确定定其整体体或局部部正常或或异常，早早期发现现故障及及其原因因，并能能预报故故障发展展趋势的的技术。通通俗地讲讲，它是是一种给给设备“看病”的技术术。本文文联系高高线厂预预精轧机机在实际际工况条条件下的的状态监监测，以以及根据据采集到到的
3、振动动故障信信号，对对高线厂厂预精轧轧机进行行故障诊诊断，并并简单介介绍一下下设备状状态监测测与故障障诊断技技术在高高速线材材轧机上的的应用。2 设备简简介韶钢高速线线材厂设设计年生生产500万t，轧轧制规格格5.0020mmm，成成品设计计速度1140mm/s，保保证速度度1155m/ss。关键键设备从从意大利利DANNIELLI进口口，控制制系统由由TMEEIC设设计。全全线由330架轧轧机组成成，粗、中中、预精精轧采用用平立交交替布置置，BGGV、TTMB采采用DAANIEELI445度角角顶交布布置。是是目前世世界最先先进的高高速线材材生产线线之一。预精轧机组组由4架2855轧机组组成
4、，平平立交替替布置。机机架间设设有立活活套。44架2855轧机为为悬臂辊辊环式结结构，具具有如下下特点：（1）轧机机为轧辊辊箱插入入式机构构。机架架由轧辊辊箱和齿齿轮箱（锥箱箱）组成成；（2）轧辊辊箱箱体体带有法法兰面板板，用来来与齿轮轮箱连接接。箱体体内装有有偏心套套机构用用来调整整辊缝。偏偏心套内内装有油油膜轴承承与轧辊辊轴，在在悬臂的的轧辊轴轴端用锥锥套固定定辊环。水水平机架架与立式式机架共共用一种种轧辊箱箱；（3）水平平机架的的齿轮箱箱内由输输入轴和和同步齿齿轮轴组组成；（4） 立立式机架架的齿轮轮箱内的的传动系系统比水水平机架架多了一一对螺旋旋伞齿轮轮，用来来改变传传、动方方向和调调
5、整速比比，其余余部分与与水平机机架相同同；（5）辊缝缝的调节节是旋转转一根带带左、右右丝扣和和螺母的的丝杆，使使两组偏偏心套相相对旋转转，两轧轧辊轴的的间距随随偏心套套的旋转转相对轧轧线对称称移动而而改变辊辊缝，并并保持原原有轧线线及导卫卫的位置置不变；（6）辊环环通过锥锥套连接接在悬臂臂的轧辊辊轴上，用用专用的的换辊工工具更换换辊环；（7）全部部齿轮均均为硬齿齿面磨削削齿轮，齿齿面修形形，辊箱箱齿轮精精度5 级，螺螺伞齿轮轮为格里里森齿型型，精度度5级。齿齿轮、齿齿轮轴、螺螺伞齿轮轮均为渗渗碳钢(20CCrNii2Moo)。（8）轧机机滚动轴轴承及油油膜轴承承全部采采用进口口轴承（摩摩根专用
6、用轴承）。预精轧机立立式机架架锥箱结结构如图图1所示示,轴、轴是通过过1、22两螺旋旋伞齿轮轮传动，轴轴、轴是通过过3、44两斜齿齿轮传动动。三条条轴分别别由不同同型号的的滚动轴轴承支撑撑（如图图1中）。锥锥箱内各各齿轮轴轴承参数数见表11、表22。表1 预精轧轧机166#锥箱箱齿轮齿齿数齿轮序号1234齿数355333333 状态监监测如图2、33所示，2006年5月30日和6月13日测得的频谱分析图是16立式轧机分别在转速为610rpm和666rpm的转速下测得的，两图有明显的差异。虽然两副频谱中显示的振动幅值都表2 预精精轧机116#锥锥箱轴承承参数轴承序号滚动体数ZZ节径D（）滚动体直
7、径径d（）接触角1186.496610.8666102206.567790.81225293186.496610.88223804123.740020.8266805113.444490.84337406102.263380.530图1 预预精轧立立式机架架锥箱结结构没有进入IISO334955旋转机机械的振振动烈度度标准危危险区域域，但两两次测得得的结果果一次基基波振动动副值逐逐渐增加加,且两两图中二二、三、四四、五次次谐波都都有明显显的突起起。证明明锥箱内内运转情情况逐渐渐劣化，存存在设备备隐患。由由于传感感器安装装位置上上的差异异，机械械振动烈烈度未超超出ISSO34495标标准并不不能
8、说明明设备是正正常的。因因此状态态监测需需要每天天进行记记录，并并要求将将监测到到的结果果与历史史记录比比对，从从中找出出变化趋趋势，才才能判断断出真实实的设备备状态。啮合频率基频下边频上边频2倍频3倍频4倍频5倍频43210mm/secPeakMagLin0 5000 110000 115000 20000Hz LLin图2 劣劣化前期期频谱分分析43210LinRMSmm/secMag啮合频率基频2倍频3倍频4倍频5倍频下边频上边频0 5000 110000 115000 20000Hz Liin图3 劣劣化中频频谱分析析4 故障诊诊断高速线材轧轧机具有有运转速速度高、载载荷变化化频繁、所
9、所轧制轧轧件温度度低的特特点，设设备的主主要故障障是主传传动设备备的轴承承、齿轮轮失效故故障，占占了总设设备故障障时间的的50%以上。传传动设备备的故障障诊断，要要通过在在线监测测，在获获取机械械大量信信息的基基础上，基基于机器器的故障障机理，从从中提取取故障特特征，进进行周密密的分析析，才能能进行诊诊断。4.1 齿齿轮故障障诊断由啮合刚度度的周期期变化形形成的振振动信号号X（tt）无论论齿轮处处于正常常或异常常状态下下，这一一振动成成分总是是存在的的。只是是两种状状态下振振动的水水平是有有差异的的。当齿齿轮的制制造与安安装误差差、剥落落、裂纹纹等故障障产生时时，齿轮轮的啮合合刚度降降低，从从
10、而产生生更为强强烈的振振动。这这样，测测得的振振动信号号X（tt）畸变变加剧，在在频谱图图上，啮啮合频率率处的谱谱值会增增加得更更大。同同时，这这些故障障会直接接成为振振动的激激励源，使使齿轮振振动信号号中含有有轴的回回转频率率及其倍倍频，而而故障齿齿轮的振振动信号号往往表表现为回回转频率率对啮合合频率及及其倍频频的调制制，调制制频率即即为齿轮轮轴的回回转频率率frn/60。在在频谱图图上形成成以啮合合频率为为中心、两两个等间间隔分布布的边频频带。由由于调频频和调幅幅的共同同作用，最最后形成成的频谱谱表现为为以啮合合频率及及其各次次谐波为为中心的的一系列列边频带带群，边边频带反反映故障障源信息
11、息，边频频带的间间隔反映映了故障障源的频频率，幅幅值的变变化表示示了故障障的程度度。由此可见，在在已知齿齿轮齿数数及转速速的情况况下测取取齿轮的的振动信信号，并并做频谱谱分析，判判断啮合合频率及及高次谐谐波频率率处的谱谱幅是否否异常，边边频谱幅幅是否异异常，即即可诊断断齿轮有有无故障障。4.1.11 齿轮轮常见故故障齿轮本身的的故障有有以下几几种：一是造误差差：偏心心，周节节误差和和齿形误误差；二二是装配配不良：不同轴轴，不对对中，齿齿轮副的的轴线不不平行；三是齿齿轮的损损伤：断断裂、磨磨料磨损损、胶合合撕伤、疲疲劳剥落落等。4.1.22 齿轮轮的啮合合频率和和固有频频率啮合频率：fzn1/6
12、00Z1n2/600Z2（1）式中，n11 、nn2为传动动齿轮、被被动齿轮轮的转速速（rppm）；Z1 、Z2为传动动齿轮、被被动齿轮轮的齿数数。12Km固有频率：f （2）式中，m为为齿轮副副的等效效质量；K为齿轮轮副的等等效弹簧簧常数（等等效刚度度）。齿轮在啮合合过程中中产生的的振动，为为齿轮承承受冲击击载荷时时发生的的自由振振动，无无论在正正常和异异常状态态下都有有固有频频率产生生。4.1.33 频谱谱分析根据锥箱齿齿轮的齿齿数，按按（1）式式可计算算出166#轧机机锥箱内内各级齿齿轮的啮啮合频率率（见表表3）。表3 预预精轧机机16#锥箱内内各级齿齿轮啮合合频率输入轴转速速n （rr
13、pm）轴啮啮合频率率（Hzz）啮合合频率（HHz）610355.663221.443666388.227241.776对应图2、图图3中振振动幅值值明显突突出位置置的基波波频率3355HHz、3387.5Hzz与表33中计算算后得到到的啮合合频率进进行比较较可以发发现，理理论计算算所得的的轴啮合合频率与与实际测测得的基基波振动动信号频频率几乎乎完全可可以对应应上，并并且已经经出现了了故障特特征频率率的2、3、44、5倍倍频。这这说明116轧轧机振动动的原因因可能来来自于轴伞齿齿轮的啮啮合不良良，或是是齿轮存存在某种种情况的的失效。4.2 滚滚动轴承承故障诊诊断4.2.11 滚动动轴承失失效形式式滚动轴承是是是机械械设备中中最容易易损坏的的元件之之一，据据不完全全统计，旋旋转机械械的故障障约有330%是是因滚动动轴承引引起的。根根据工况况条件和和工作环环境不同同，滚动动轴承的的损坏情情况及其其原因是是十分复复杂的，一一个出现现故障的的轴承可可能同时时存在多多种损坏坏现象，而而其中每每一种现现象都可可能是由由多种不不同的原原因引起起的；同同一个原原因也可可能引起起多种不不同的损损坏现象象。滚动动轴承最最常见的的故障是是疲劳点点蚀及保保持架失失去平衡衡。4.2.22 滚滚动轴承承特
