李永杰 徐兰侠 李尧 胡天宇 杨建辉

（河钢集团唐钢公司）

　　摘　要：本文对轧钢设备在振动监测及故障诊断项目中遇到的低速重载、负载变化、速度变化、现场信号干扰等问题进行了详细分析，提出振动监测人员不仅需要提高监测设备硬件性能满足现场环境需求，还要及时收集必需的现场工艺信息来对设备运行状态做出评估。针对轧钢设备管理提出建立生产信息一振动监测一设备维修三位一体的设备管理体系。

　　关键词：轧钢设备管理；振动监测；故障诊断

　　近十年来，国内钢铁业，受经济危机影响，效益大幅下滑，另一方面，老产线设备面临严重磨损、老化问题。在巨大的生存压力下，钢铁业越来越重视设备状态监测和故障诊断技术在设备管理中的作用。设备状态监测及故障诊断技术获得突飞猛进式的发展也给企业带来可观的经济效益。目前，各大型钢铁企业也开始重视振动监测和故障诊断系统，进行设备的状态监测及故障诊断。

　　1　振动监测背景介绍

　　现代化工业生产不断向大型化、高速化、智能化发展，连续生产时间越来越长。机械装备故障停机会造成重大经济损失，甚至导致机毁人亡的重大事故^[1]。传统的设备点检效果很大程度上依赖点检员的个人经验，并且“眼看、耳听、手摸”的点检方式很难发现早期设备故障，致使早期故障逐渐恶化，甚至引发故障停机。在现代生产对设备依赖程度越来越高的时代背景下，石化、冶金、电力等过程工业，迫切需要一种能够发现早期故障并对设备状态做出评估的技术一设备状态监测及故障诊断技术。设备状态监测及故障诊断通过对运转设备的振动信息进行采集、处理、分析，对故障进行早期诊断、预测，在机器没有重大损伤之前查明故障原因并适时采取预防、修复和改进对策，Z终达到提高经济效益的目的^[2]。

　　2　轧钢设备开展振动监测的意义

　　轧钢生产设备负载高，耗能大，产线大型设备多。随着设备运行时间的延长，设备容易出现轴承磨损，基础刚性下降，对中不良，电机笼条松动等各种机械问题^[3]。如果不能及时发现处理这些问题，将会使设备运行效率降低，同时加剧其他零件的损坏，Z终发展成故障或事故，造成重大的经济损失。对乳钢设备开展状态监测并将其纳入到设备的全生命周期管理，对轧钢生产具有以下几方面重要的意义：

　　1)实现安全生产。机组设备振动情况直接反映设备运行状态。无论是标准化还是国内或行业标准化组织，针对不同设备都制定了以振动速度有效值大小来判定设备运行状态是否良好的标准，如ISO_10816、GB10068—2000[3]。轧钢设备能耗高，设备密集，危险源种类多、数量丰富，设备的安全运行状态对确保安全生产至关重要。

　　2)实现节能降耗。轧钢设备具有高耗能的特点，而机组振动幅度增大，往往意味着某些部件处于非正常运行状态，如不对中、断齿、轴弯曲等问题，不仅降低了传动效率，而且加剧了零件磨损和设备损坏。

　　3)实现质量控制。应用振动监测，对设备购置、安装、检修等作业环节进行“健康体检”，根据国家或振动标准进行质量验收，保证设备在投人生产时处于良好的运行状态，这样Z大限度地加强设备全生命周期的质量管理，为企业带来经济效益。

　　4)实现科学检修。对设备进行振动监测，参考相关和国家标准规定的振动参数，判定设备运行状态。对于振动超标的设备，分析振动超标的原因、部位、性质，解决维修人员关心的“是否需要立刻修”、“修哪里”、“如何修”等问题。在维修工作完成后，用振动数据评价检修质量是否达到要求。通过振动监测来减少过维修、欠维修、反复停修的发生，提高检修效率和质量。

　　3　对轧钢设备进行振动分析面临的多重困难

　　轧钢工艺和设备比较复杂，对于热轧带钢生产设备，进行振动状态监测的设备有：粗轧机、精乳机、卷箱、卷曲机、除磷泵、空气引风机、煤气引风机等产线相关设备。冷轧带钢生产设备进行振动状态监测的设备有：开卷机、活套、光整机、轧机、张力辊、卷曲机，快冷风机、排烟风机等设备。这些设备常见的故障类型有：轴承磨损、齿面磨损、断齿、联轴器对中不良、风机不平衡、地脚松动等。在对这些设备进行故障诊断时，常会遇到许多困难，使分析师难以准确判断故障源。轧钢设备进行故障诊断的多方面困难主要体现在以下几点：

　　1)低速重载对振动监测提出了更高的要求。轧钢生产中轧制工艺设备故障频率通常在0.5-5Hz之间，普通的加速度传感器难以测量到准确的低频振动信息。以镀锌生产线光整机为例，电机转速660rpm，齿轮箱为两级减速，I级齿轮啮合齿数比20/98，II级齿轮啮合齿数比17/57，中间轴转速134.64rpm即2.244Hz，三轴输出转速为40.26rpm即0.671Hz。对在线振动监测常用的标准型加速度传感器而言，输入轴可以正常测量，中间轴可以勉强测量，而输出轴的测量数据将出现非常严重的失真，致使分析人员无法进行振动分析。所以，对于输出轴的振动监测需要采用高精度的低频加速度传感器。另外，为了分辨输出轴的轴承故障频率和转动频率，需要更高的分辨率，采集更多的采样点。这就对数据存储、数据运算、数据传输提出了更高的要求。因此，对轧钢设备进行振动监测，需要在传感器、数据存储、数据运算、数据传输多方面综合考虑。

　　2)工艺变速使采集信号的频率成分更加复杂。许多轧钢生产设备需要在使用时进行变速，引入多变的频率成分，对设备状态评估十分不利。图(1)为对卷曲机进行振动信息采集时测得的卷曲机电机转速，可见在整个工作过程速度一直变化，所以振动分析需要考虑升降速带来的影响。除此之外，乳制不同品种钢带，轧钢设备的工作转速也不同。对于基于时间的设备状态监测来说，复杂多变的负载条件，不利于分析师对设备不同时间振动信息进行对比。

　　3)离线数据采集受到复杂的现场环境的制约。很多轧钢生产线规划、施工时并没有考虑到离线采集振动信息的安全站位点。现场部分设备安装在狭小的空间中，或者没有安全防护装置保护现场振动数据采集人员进行数据采集。工作人员必须在危险的环境中进行数据采集，有少数测点无法进行安全有效的离线信息采集。

　　4)设备间的相互影响，对振动分析造成干扰。轧钢设备具有很高的轧制负载，并且设备安装密集，某一台设备的振动会通过平台传递到相邻设备(轧钢生产线的平台常为钢结构支撑平台)。在对所检设备进行状态判断时，往往出现无法辨别的频率成分。另外，大功率设备的供电线路对信号线的干扰，也会使信号异常波动。

　　4　对轧钢设备的进行振动监测的建议

　　轧钢生产线工况复杂，为了提高设备状态评估和故障诊断的准确性，在综合考虑设备振动监测方便有效、施工成本合理的基础上，提出以下几点建议：

　　1)针对轧钢生产线中低速重载设备进行监测，选取高灵敏度的低频加速度传感器，增加采样点数，达到能够清楚分辨低频段故障的目的。同时，提高设备的传输、存储、计算能力，为系统的正常运行提供保障。

　　2)建立工艺生产与设备状态监测的联系途径。生产离不开设备，设备服务于生产，设备状态与生产息息相关。设备状态监测的过程中，生产的提速、减速，所生产带钢的品种变化都会引起振动信号的剧烈变化。在状态监测和故障诊断过程中这些变化信息是非常重要的，所以生产方与设备监测方要建立起通畅的联系途径，以便及时分析变化剧烈的信号。

　　3)在设备的设计安装过程中考虑到振动监测的安全位置。通过在运转设备上添加防护栏，增设数据采集平台等方式，来增加可采振动数据点的数量。在成本允许时，可以提高在线监测点数量，减少离线监测点来达到振动监测目的。

　　4)减少现场干扰，合理辨识振动信息。在设备设计安装阶段考虑设备的隔振减振;铺设振动信号传送线时避开大功率设备动力电缆，加强屏蔽；在进行故障诊断时对现场环境进行查看，进行整体性诊断，例如热轧轧机距离近负载高，相互间的影响明显。同时，需要提高振动故障诊断人员素质，对各个影响因素进行合理辨识。

　　5　结束语

　　目前，在严酷的市场环境下轧钢企业需要通过振动监测及故障诊断技术来管理轧钢设备，保证良好的设备运行状态，提高设备全生命周期管理水平，达到提高企业经济效益的目的。本文详细分析了在对轧钢设备进行振动监测时，需要面对的低速重载、变负荷、变速度、现场干扰等复杂工况对振动检测及分析所带来的影响。振动监测人员不仅需要提高监测设备硬件性能满足现场环境需求，还要及时收集必需的现场工艺信息来对设备运行状态做出评估。因此，将来需要在轧钢企业建立生产信息一振动监测一设备维修三位一体的设备管理体系，提高对设备状态评估的准确性及时对超标设备进行精准维修，充分发挥振动监测及故障诊断的市场价值。

来源：《冶金设备》2017(s2)