姜興奎，賀 壯，于占輝，李久闖

(本鋼集團(tuán)北營(yíng)煉鐵總廠，遼寧 本溪 117017)

混合機(jī)是燒結(jié)系統(tǒng)的主要設(shè)備之一，圓筒混合機(jī)主要由筒體、齒圈、減速機(jī)、電機(jī)、鋼托輥、側(cè)擋輪、傳動(dòng)小齒等組成，由電機(jī)驅(qū)動(dòng)，通過(guò)減速機(jī)、小齒輪帶動(dòng)混合機(jī)進(jìn)行運(yùn)轉(zhuǎn)，對(duì)物料進(jìn)行混合、制粒，系統(tǒng)的穩(wěn)定性關(guān)乎燒結(jié)礦質(zhì)量。

1 混合機(jī)的作用及性能參數(shù)

1.1 混合機(jī)的作用

混合機(jī)主要用途是將粉礦和熔劑按一定比例混合，形成散狀的顆粒物送入燒結(jié)機(jī)進(jìn)行燒結(jié)。圓筒混合機(jī)一般分為一次混合機(jī)、二次混合機(jī)。一次混合機(jī)是將物料按比例混勻并使之濕潤(rùn)；二次混合機(jī)是使物料形成水分均勻、透氣性良好的顆粒狀物體[1]。

1.2 混合機(jī)性能參數(shù)

表1 混合機(jī)主要性能參數(shù)

2 混合機(jī)現(xiàn)階段維護(hù)方式

混合機(jī)現(xiàn)階段主要常規(guī)方式點(diǎn)檢是人工的日常五感點(diǎn)檢，停機(jī)時(shí)采用解體點(diǎn)檢。由于設(shè)備專家和技術(shù)工人的流動(dòng)性越來(lái)越高，用工成本不斷增加，設(shè)備管理和運(yùn)維已開(kāi)始將目標(biāo)投向智能化，摸索出一個(gè)以數(shù)據(jù)為基礎(chǔ)，運(yùn)算模型為核心，軟件為載體的管理體系。尤其是對(duì)中小型企業(yè)，構(gòu)建數(shù)字驅(qū)動(dòng)下的設(shè)備健康管理體系：從設(shè)備的實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)采集到實(shí)時(shí)狀態(tài)監(jiān)測(cè)；從設(shè)備監(jiān)測(cè)到設(shè)備故障診斷和故障預(yù)測(cè)，從而實(shí)現(xiàn)提效降本的目的。為了達(dá)到這個(gè)目的，必須打破傳統(tǒng)制造行業(yè)的技術(shù)壁壘，實(shí)現(xiàn)制造業(yè)和信息技術(shù)的深度融合。

3 智能運(yùn)維的應(yīng)用

3.1 智能運(yùn)維系統(tǒng)的主要性能

為全面掌握混合機(jī)設(shè)備實(shí)時(shí)狀態(tài)，實(shí)現(xiàn)“安、穩(wěn)、長(zhǎng)、滿、優(yōu)”的運(yùn)行，更加科學(xué)地進(jìn)行設(shè)備檢修及維護(hù)，以達(dá)到提高設(shè)備可利用率、降低檢修成本、達(dá)到安全連續(xù)生產(chǎn)目的，計(jì)劃建立一套預(yù)測(cè)性維護(hù)系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)設(shè)備運(yùn)行狀態(tài)監(jiān)控。

預(yù)測(cè)性維護(hù)系統(tǒng)通過(guò)在關(guān)鍵轉(zhuǎn)動(dòng)設(shè)備軸承座表面增加振動(dòng)傳感器與安裝于附近立柱的數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)組成物聯(lián)網(wǎng)模塊，實(shí)現(xiàn)設(shè)備運(yùn)行時(shí)振動(dòng)和溫度數(shù)據(jù)的采集和傳輸，后端通過(guò)專業(yè)系統(tǒng)軟件進(jìn)行處理和分析。

同時(shí)，將預(yù)測(cè)性維護(hù)系統(tǒng)數(shù)據(jù)傳輸至監(jiān)測(cè)中心，通過(guò)監(jiān)測(cè)中心的診斷專家團(tuán)隊(duì)，實(shí)施遠(yuǎn)程監(jiān)測(cè)、分析設(shè)備運(yùn)行狀態(tài)，當(dāng)設(shè)備運(yùn)行數(shù)據(jù)異常時(shí)，系統(tǒng)自動(dòng)觸發(fā)報(bào)警，并可通過(guò)短信、郵件以及手機(jī)APP方式推送至相關(guān)設(shè)備管理人員，現(xiàn)場(chǎng)工程師可通過(guò)軟件中的分析工具對(duì)設(shè)備數(shù)據(jù)進(jìn)行追蹤回溯，判斷當(dāng)前設(shè)備狀態(tài)；遠(yuǎn)程診斷專家實(shí)現(xiàn)云端故障診斷，幫助現(xiàn)場(chǎng)確定設(shè)備異常原因、部位、損傷嚴(yán)重程度、部件剩余壽命評(píng)估等，為運(yùn)維檢修決策提供數(shù)據(jù)支撐。

3.2 智能運(yùn)維系統(tǒng)傳感系統(tǒng)的部署及參數(shù)指標(biāo)

本次項(xiàng)目主要針對(duì)煉鐵廠機(jī)械設(shè)備中的混合機(jī)機(jī)組?；旌蠙C(jī)機(jī)組包括：電機(jī)、液力耦合器、減速機(jī)、托輥等。建設(shè)機(jī)械設(shè)備智能運(yùn)維系統(tǒng)，需要在原有設(shè)備上加裝多種傳感器，傳感器的類型主要包括：振動(dòng)傳感器、溫度傳感器、電壓傳感器、電流傳感器等，并通過(guò)系統(tǒng)的算法，計(jì)算出設(shè)備的運(yùn)行轉(zhuǎn)速。另外，通過(guò)數(shù)據(jù)采集器，從原有的控制系統(tǒng)中采集設(shè)備運(yùn)行的生產(chǎn)工藝量，如壓力、料層厚度、潤(rùn)滑參數(shù)、溫度等。振動(dòng)傳感器安裝位置如下圖：

二次混合機(jī)簡(jiǎn)圖

3.3 智能運(yùn)維系統(tǒng)監(jiān)測(cè)方案

(1)智能感知、獲取設(shè)備運(yùn)行狀態(tài)數(shù)據(jù)

在設(shè)備表面安裝傳感器采集設(shè)備運(yùn)行的振動(dòng)、溫度等數(shù)據(jù)，以Zigbee通訊協(xié)議接入數(shù)據(jù)采集器/網(wǎng)關(guān)。

(2)本地服務(wù)器數(shù)據(jù)處理

數(shù)據(jù)采集器/網(wǎng)關(guān)采用WIFI/4G/5G/光纖(選用)通訊等方式，將設(shè)備運(yùn)行數(shù)據(jù)送入現(xiàn)場(chǎng)服務(wù)器，在服務(wù)器中存儲(chǔ)數(shù)據(jù)、在預(yù)測(cè)性維護(hù)系統(tǒng)中實(shí)現(xiàn)智能報(bào)警、診斷分析，實(shí)現(xiàn)設(shè)備故障診斷、報(bào)警推送、數(shù)據(jù)沉淀、知識(shí)積累。

(3)遠(yuǎn)程診斷中心數(shù)據(jù)分析、數(shù)據(jù)挖掘、容災(zāi)備份可通過(guò)公網(wǎng)與遠(yuǎn)程診斷中心數(shù)據(jù)交互。一方面可實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)的異地備份；另一方面借助遠(yuǎn)程診斷中心專家以及專家系統(tǒng)協(xié)助判斷設(shè)備狀態(tài)，可使現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備監(jiān)測(cè)工作更加從容，報(bào)警信息處理和數(shù)據(jù)分析結(jié)果更及時(shí)、準(zhǔn)確。

(4)數(shù)據(jù)共性

通過(guò)軟件標(biāo)通訊協(xié)議OPC/API/Modbus TCP/RTU等方式實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)共享。

(5)多源數(shù)據(jù)分析

根據(jù)系統(tǒng)需要，利用現(xiàn)場(chǎng)已有數(shù)據(jù)完成底層數(shù)據(jù)的獲取，數(shù)據(jù)包括設(shè)備振動(dòng)、溫度、電流、電壓、工藝等多源數(shù)據(jù)輔助分析，實(shí)現(xiàn)對(duì)異常的部位、異常嚴(yán)重程度、狀態(tài)發(fā)展趨勢(shì)進(jìn)行預(yù)測(cè)。

4 智能運(yùn)維系統(tǒng)運(yùn)行效果分析

本次混合機(jī)設(shè)備運(yùn)行狀態(tài)監(jiān)測(cè)系統(tǒng)，通過(guò)監(jiān)測(cè)機(jī)組的電流和振動(dòng)數(shù)據(jù)，對(duì)機(jī)組的整體和運(yùn)行情況進(jìn)行了全面的監(jiān)測(cè)，設(shè)備的電流在配電室內(nèi)進(jìn)行監(jiān)測(cè)系統(tǒng)自5月1日開(kāi)始運(yùn)行至11月15日，系統(tǒng)所監(jiān)測(cè)到的設(shè)備運(yùn)行狀態(tài)如表2。

表2 系統(tǒng)檢測(cè)結(jié)果

4.1 混合機(jī)電機(jī)監(jiān)測(cè)報(bào)告

(1) 經(jīng)過(guò)時(shí)域分析和頻域分析，發(fā)現(xiàn)電機(jī)驅(qū)動(dòng)端軸承內(nèi)圈有明顯的表面磨損，且故障頻率受到轉(zhuǎn)頻的調(diào)試，說(shuō)明該軸承的磨損嚴(yán)重，預(yù)計(jì)剩余壽命為40天，應(yīng)及時(shí)安排檢修(如圖1)。

圖1 振動(dòng)時(shí)域波形

(2) 由于軸承滾道出現(xiàn)磨損，在運(yùn)行時(shí)不斷產(chǎn)生高頻摩擦，在頻譜中產(chǎn)生大量高頻信號(hào)，頻譜能量主要集中在 4.5 kHz和9 kHz。

(3) 在小波變換中，通過(guò)對(duì)振動(dòng)波形的高階分解，可以明顯地發(fā)現(xiàn)設(shè)備產(chǎn)生不規(guī)律的沖擊，結(jié)合頻域和時(shí)域分析，這也是由于軸承的損傷引起的(如圖2)。

圖2 時(shí)域波形局部放大：可見(jiàn)明顯的不規(guī)則沖擊

(4) 系統(tǒng)通過(guò)集成的診斷模型，對(duì)軸承磨損進(jìn)行了自動(dòng)診斷，診斷的結(jié)果為軸承內(nèi)圈磨損，與譜圖分析的結(jié)果相符(如圖3、圖4)。

圖3 數(shù)據(jù)跟蹤：振動(dòng)開(kāi)始不穩(wěn)定

圖4 模型報(bào)警：軸承內(nèi)圈磨損

(5) 通過(guò)軸心軌跡和頻域分析(如圖5)，該電機(jī)和液力耦合器之間存在不對(duì)中的想象，并且不對(duì)中的方向在水平方向，需要持續(xù)觀察，預(yù)防問(wèn)題嚴(yán)重。

圖5 軸心軌跡：可見(jiàn)明顯的不對(duì)中現(xiàn)象

(6)通過(guò)數(shù)據(jù)跟蹤，發(fā)現(xiàn)該電機(jī)的運(yùn)行狀態(tài)并不穩(wěn)定。在穩(wěn)定狀態(tài)運(yùn)行時(shí)，振動(dòng)加速度在0.3 g左右，而在不穩(wěn)定狀態(tài)，振動(dòng)最大值可達(dá)到1.2 g以上，根據(jù)綜合分析，判斷為軸承磨損導(dǎo)致的振動(dòng)狀態(tài)不穩(wěn)定。由于振動(dòng)信號(hào)主要集中在高頻(5 kHz～9 kHz)通過(guò)手持巡檢儀無(wú)法有效檢測(cè)。

4.2 減速機(jī)監(jiān)測(cè)報(bào)告

圖6 小波分析：在5階小波中出現(xiàn)不規(guī)則沖擊

圖7 振動(dòng)時(shí)域波形

圖8 頻域分析：有明顯的齒輪轉(zhuǎn)頻邊頻帶

(1)在減速機(jī)的4級(jí)傳動(dòng)軸上，分別安裝了振動(dòng)傳感器，經(jīng)監(jiān)測(cè)和分析發(fā)現(xiàn)，減速機(jī)輸入端大齒輪(低轉(zhuǎn)速齒輪)出現(xiàn)輕微的磨損振動(dòng)信號(hào)，在頻域中有明顯的嚙合頻率調(diào)制現(xiàn)象(如圖6-圖9)。需要在以后的運(yùn)行過(guò)程中，關(guān)注這個(gè)故障的發(fā)展情況，避免故障快速惡化帶來(lái)的突發(fā)性故障。

圖9 局部放大：沖擊時(shí)間約為9分鐘

(2)系統(tǒng)通過(guò)集成的診斷模型，對(duì)所監(jiān)測(cè)的齒輪進(jìn)行了自動(dòng)診斷，診斷的結(jié)果為齒輪磨損，與譜圖分析的結(jié)果相符(如圖10)。

圖10 模型報(bào)警：齒輪磨損

(3)減速機(jī)的運(yùn)行狀態(tài)整體處于良好狀態(tài)，但在監(jiān)測(cè)的過(guò)程中發(fā)現(xiàn)，在設(shè)備啟動(dòng)的10分鐘內(nèi)，減速機(jī)處于高強(qiáng)度振動(dòng)狀態(tài)，振動(dòng)值高達(dá)1.2 g左右，并逐步降低。在設(shè)備的啟停過(guò)程中，高強(qiáng)度的沖擊會(huì)對(duì)減速機(jī)的軸承和齒輪造成較大的破壞(如圖11)，所以應(yīng)當(dāng)盡量避免設(shè)備的啟停次數(shù)。另外，同樣的由于設(shè)備啟停造成的沖擊，在整臺(tái)機(jī)組上具有普遍性。

圖11 數(shù)據(jù)跟蹤：減速機(jī)在啟停的過(guò)程中，收到短時(shí)間的沖擊

4.3 鋼托輥監(jiān)測(cè)報(bào)告

(1)通過(guò)閾值分析和對(duì)比，發(fā)現(xiàn)托輥軸承座3#-1#的振動(dòng)位移明顯高于其他幾個(gè)，振動(dòng)位移達(dá)到25 μm(共4個(gè)托輥，8個(gè)軸承座，其他幾個(gè)振動(dòng)位移為10 μm～15 μm)，通過(guò)譜圖分析發(fā)現(xiàn)該軸承內(nèi)圈出現(xiàn)明顯磨損譜線(如圖12、圖13)。

圖12 時(shí)域分析

圖13 頻域分析：可見(jiàn)明顯的軸承故障頻率

(2)系統(tǒng)通過(guò)集成的診斷模型，對(duì)軸承磨損進(jìn)行了自動(dòng)診斷，診斷的結(jié)果為軸承內(nèi)圈點(diǎn)蝕，與譜圖分析的結(jié)果相符(如圖14、圖15)。

圖14 軸心軌跡：可見(jiàn)軸承座受力方向振動(dòng)位移較大

圖15 模型報(bào)警：軸承點(diǎn)蝕

(3)通過(guò)軸心軌跡可見(jiàn)軸承座在約45度的方向上最大位移為186 μm，這個(gè)方向即為托輥的受力方向(滾體對(duì)托輥的壓力)，與其他幾個(gè)托輥比較(其他幾個(gè)平均約為98 μm)，這說(shuō)明3#-1#托輥的振動(dòng)明顯增加，并且振動(dòng)方向?yàn)闈L體對(duì)托輥的受力方向。這一現(xiàn)象為混合機(jī)托輥位置所特有的受力現(xiàn)象，以后可作為托輥運(yùn)行狀態(tài)的參考數(shù)據(jù)。

5 結(jié)語(yǔ)

北營(yíng)煉鐵總廠300 m2燒結(jié)二次混合機(jī)智能運(yùn)維投用后，研制了混料機(jī)的數(shù)據(jù)收集與分析模型、故障診斷模型和趨勢(shì)預(yù)測(cè)等算法，該系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)了點(diǎn)巡檢,保養(yǎng)、維修的數(shù)字化和智能化管理,為智能運(yùn)維提供科學(xué)數(shù)據(jù)支撐，采樣抽測(cè),系統(tǒng)的診斷準(zhǔn)確性達(dá)到90%以上,故障時(shí)間控制在1.5%以下,報(bào)警響應(yīng)時(shí)間小于1秒，實(shí)現(xiàn)了計(jì)劃性預(yù)知維修，通過(guò)設(shè)備的計(jì)劃性維修和預(yù)知性維修，達(dá)到設(shè)備維修成本持續(xù)降低與設(shè)備運(yùn)行效能的最大化，不斷增強(qiáng)設(shè)備綜合管理水平，增加企業(yè)效益。