樊建忠

（宣化鋼鐵集團股份有限責任公司 河北張家口）

1.概述

轉爐傾動機構是煉鋼廠的關鍵設備（A類），由于價格昂貴，且預計工作壽命較長，通常沒有備件儲備。轉爐傾動機構如在沒有達到規(guī)定使用年限就發(fā)生軸承、齒輪嚴重損壞的情況，會給正常生產(chǎn)帶來嚴重的影響。有關統(tǒng)計資料表明，同一批次生產(chǎn)的耳軸軸承，工作最長壽命與最短壽命之比為1∶2.4，差別較大。

由于煉鋼廠鋼產(chǎn)量逐年增加，設備負荷增大。轉爐傾動機構處于非連續(xù)、變工況的動態(tài)運行狀態(tài)，且工況惡劣，一旦停產(chǎn)，損失巨大，開展監(jiān)測診斷工作，對降低設備維修費用，避免突發(fā)事故，有效實施預知維修，具有重要的意義。

為了及時發(fā)現(xiàn)故障隱患，進行預知維修管理，宣化鋼鐵集團股份有限責任公司與北京工業(yè)大學合作建立了一套針對轉爐傾動機構的在線監(jiān)測系統(tǒng)，以及時獲取設備振動信息，防止關鍵零件突然失效，使設備運行在可控狀態(tài)之下，合理地安排備件儲備和制定設備維修計劃。

該系統(tǒng)采集的振動信息，也為企業(yè)實施企業(yè)資源管理（ERP）設備管理子系統(tǒng)奠定了良好基礎。

2.在線振動監(jiān)測系統(tǒng)主要功能

轉爐傾動機構在線狀態(tài)監(jiān)測系統(tǒng)主要進行轉爐傾動機一次減速機和轉爐耳軸的振動、轉速、電機電壓和電流等信號的實時采集，在運行異常時及時報警、具有動態(tài)信號分析與追憶功能。該系統(tǒng)是上下位機結構，下位機用于采集振動、電壓、溫度、壓力，數(shù)據(jù)預處理和保存；上位機對參量指標實時波形顯示，狀態(tài)超限報警，信號趨勢分析，振動信號時頻分析，數(shù)據(jù)信息查詢。

該系統(tǒng)具有數(shù)據(jù)采集和分析功能，在軟件中可將儀器設置為連續(xù)采樣，振動超限采樣和整點采樣等方式，所采集的數(shù)據(jù)按一定的存儲方式進行保存，方便振動數(shù)據(jù)分析，如時域分析、自譜分析、包絡分析、幅值統(tǒng)計等，同時也可進行振動趨勢顯示，直觀顯示出長時間范圍內測點振動值的變化趨勢。主要功能如下。

（1）狀態(tài)監(jiān)測報警。通過振動測量對設備運行狀態(tài)進行監(jiān)測，并對設備狀態(tài)的變化做出預測，以實現(xiàn)運行全過程中設備狀態(tài)的動態(tài)管理。幅域指標的報警，在監(jiān)測指標窗的畫面中，以振動幅值的底色來表示振動指標狀態(tài)是否正常（白色表示振動指標狀態(tài)正常，橙色表示振動指標超限）。

（2）趨勢分析。對運行機組的振動數(shù)據(jù)進行記錄，觀察故障趨勢（圖1），根據(jù)情況安排檢修。

圖1 趨勢分析

（3）時域信號分析。時域波形：顯示各測點振動的波動曲線，根據(jù)波動曲線觀察振動分布和大??；概率密度分析：提供振動幅值分布狀態(tài)，進行比較，提取故障特征和識別模型（圖2）；相關分析：包含自相關和互相關，用于分析測點時序的關聯(lián)性，比較振動信號時域的規(guī)律性，排除隨機振動的干擾，發(fā)現(xiàn)周期成分。

圖2 時域波形和概率密度

圖3 幅值譜分析

圖4 自功率譜與相位譜

（4）頻域信號分析及非穩(wěn)態(tài)分析。幅值譜分析：振動信號的有限或無限個簡諧函數(shù)標識的方法，反映振動信號x（t）各簡諧成分的幅值與其頻率的關系（圖3）；自功率譜分析：自相關函數(shù)的功率譜，標識振動信號中各諧波分量的頻率和能量的關系（圖4）；互功率譜分析：互相關函數(shù)的功率譜，顯示不同測點之間共有的諧波成分和能量的關系；倒譜分析：突出主要頻率成分，識別復雜頻譜圖結構中的各組成分量；瀑布圖：以時間為序列連續(xù)地反映在不同條件或不同的時間周期，其頻譜變化的規(guī)律；小波分析：將非穩(wěn)態(tài)的信號分解后返回到時域，結合頻段的濾波，重組波形的時頻分析手段。

圖5 振動峰值趨勢

圖6 振動有效值趨勢

圖7 振動峭度趨勢

圖8 轉爐耳軸傳動側軸承測點振動波形（異常）

3.應用實例

2007年12月1日，某廠耳軸傳動側軸承的振動幅值開始增大，而非傳動側軸承振動幅值一直穩(wěn)定。

從圖5和圖6可以看出振動峰值和有效值有3次較大的沖擊，峰值最高達到58 m/s2，有效值最高達到44；從圖7中可以看出振動峭度指標有多次沖擊，最高達到4。圖8顯示，在2007年12月1日9時轉爐耳軸傳動側軸承振動出現(xiàn)異常，時域幅值從1.5 m/s2升到了15 m/s2，頻域幅值也從1.2 m/s2增大到2.5 m/s2。

圖譜和數(shù)據(jù)分析說明，轉爐耳軸運行狀態(tài)異常，存在故障隱患。12月11日開箱檢查，發(fā)現(xiàn)滾動體破裂3個，軸承內外圈均有大面積點蝕，檢查結果與診斷分析相符。