承钢棒线厂轧钢机械设备振动故障的原因分析

时间：2024-10-17

李啸

河钢承钢棒线厂目前有两条棒材生产线，一条高速线材产线，在生产过程中，轧钢机械设备的工作强度较大，属于大型旋转设备，另外由于设备自身的生产模式较为复杂，很容易在运行过程中出现各种故障，而振动故障是目前河钢承钢棒材轧钢机械中最为常见的故障之一，对设备的平稳使用存在较大影响。因此就应当对轧钢机械设备振动故障的原因进行全面分析，做好设备的维护与管理，根据不同的故障类型确定相应的判断标准，及时消除振动源，做好维修与养护工作，使得管道系统得以全面优化，进而制定出对应的解决措施，提高轧钢设备的生产效率，增加机械设备应用的寿命期限，为企业可持续发展提供有利条件。

1 承钢棒线厂轧钢机械设备振动故障概述

1.1 轧钢机械设备振动含义

轧钢机械设备振动就是指某一物理量或者固体，在运动过程中始终保持统一运动变化趋势，而轧钢零部件也会持续进行重复运动，也就是机械振动。随着机械设备的不停运转，零部件的磨损情况会明显加剧，进而难以保障机械设备的稳定运转，随着机械的老化对机械造成的伤害也在随之增大，使得轧钢机械设备的使用寿命缩短。振动方向如图1 所示。

图1 振动方向图

1.2 轧钢机械设备振动带来的危害

轧钢机械设备在进行生产过程中，本就会产生一定损害，如果轧钢机械设备不停地进行工作与生产，则会导致振动过于频繁，难以保障机械设备的正常生产与作业，所生产出的钢材质量也难以得到保障。比如机械设备的主要振动故障部分为精密仪器，也就是指精密仪器所提供的数据不准确，这时就会导致钢材质量降低，表面较为粗糙，属于不合格的产品。除此之外，在机械振动过程中，零部件出现磨损的情况加剧，进而使得整个机械设备也遭到破坏，设备生命周期缩短。从而设备在运行过程中也会产生噪声污染，工作人员的听力与身体健康会受到相应影响，这也会制约企业的可持续发展。

2 承钢棒线厂轧钢机械设备振动故障分类

根据技术人员对现场问题的汇总发现，引发承钢棒线厂轧钢机械设备出现振动故障的原因较为复杂，而每一振动故障都具有自己的特点，结合不同故障的性质以及振动方式之间的差异，可以将其分为以下几种类型：

2.1 转子振动异常

轧钢机械设备在运行过程中，合理安装转子直接影响设备的运行效果，同时也影响着设备运行的环境温度与负荷。在安装转子过程中，如果操作人员并未按照步骤逐步安装，或者在安装过程中出现失误，那么则会导致设备的环境温度出现浮动，进而导致转子出现异常振动，转子出现松动，同时也会导致转轴松动情况的发生，而无论是哪种情况都会直接影响转子的使用，也会导致轴承受到损坏。轧钢机械设备转子在装配过程中经常出现不对中偏差。轴不对中偏差是由于相邻轴承座不同心而导致轴中心线偏斜所引起的。轴不对中偏差可能出现这种情况：平行度偏差、角度偏差和同时存在平行度、角度偏差。对中不量得转子运行将导致轴承负荷不均衡，使发动机振动加剧，关键件过早失效。在发动机运转过程中，由于转子不平衡、转动件与静止件的径向间隙小、轴承座同轴度不良等，均能发生转动件与静止件碰磨，并导致振动剧增。发动机转子、静止部件碰磨的振动具有以下特征。机匣振动响应会出现转子旋转频率的次谐波、高次谐波和组合谐波成分；振动随时间而变化，当碰磨接触面积增大或接触位置增加时，机匣振动响应幅值剧增；双转子发动机，其转子、静止件发生碰磨时，系统发生次谐波和组合谐波频率的振动。总而言之，如果转子出现损坏，相应的频率也会产生变化，设备则会出现振动故障。

2.2 电机振动故障

导致电机出现振动故障的主要原因是转子，在安装转子过程中，如果工作人员并未注意转子的对称性，使得最后的转子安装存在不对称情况，那么电子与转子之间所形成的电压则会十分不稳定，而设备在这种情况下也难以保障稳定运行。轧钢机械设备在此种运行状况下会导致摩擦现象越来越严重，长此以往就会出现设备松动，进而导致异常，引发轧钢机械设备振动故障。

2.3 齿轮振动故障

重型工业设备离不开轧钢机械设备的支持，这也就意味着在工业生产过程中设备的运行压力较大，其中齿轮机械作为设备中的重要组成部分，如果并未定期进行保养，在长时间的使用下，轧钢机械设备所产生的压力难以被齿轮机械设备承受。这主要是由于齿轮所产生的振动幅度大于齿轮自身的负载能力，而齿轮表面则会在短时间内出现磨损，使其使用寿命逐渐降低，如果齿轮振动幅度不断加大，那么则会引发严重的齿轮断裂问题，出现故障，轧钢机械设备也就会随之引发诊断故障，无法有序运行。

2.4 滚动轴承故障

在轧钢机械设备中，滚动轴承也是其主要组成部分之一，一旦外圈与内圈设计频率与实际通过频率之间存在较大差异，那么则会直接引发设备出现振动故障。当滚动轴承工作时，滚动元件和滚道之间存在点接触或线接触。在交变载荷的作用下，表面之间存在很大的循环接触应力，这很容易在表面形成疲劳源。疲劳源产生微裂纹。由于其高硬度和脆性，微裂纹难以深入发展。导致以小颗粒剥落并且在表面上形成点蚀。在严重的情况下，表面剥落形成凹坑，如果轴承继续运转，将形成大面积的剥落。疲劳点蚀会在运行过程中产生冲击负荷，从而增加设备的振动和噪音。

3 引发棒线厂轧钢机械设备故障的主要原因

3.1 轧钢机械设备振动故障

轧钢机械设备振动常见的故障分为转子不平衡、滚动轴承故障、基座松动以及转子为对准等等，而这些常见的机械设备故障，通过使用振动监测技术能够准确检测出来。转子不平衡是机械设备中最为常见的故障，而导致转子不平衡的因素较为复杂，比如安装不良、轴弯曲变形、长期运行以及配合松动。而转子不对中则是指转子的中心或者轴承中心。在系统运行中，转子的轴未对准是典型的旋转机械设备故障。基座中出现松动的情况与不平衡之间有着密切关系，并主要以非线性振动特性为主；基座松动会导致振动的方向变化明显，尤其是垂直方向

的振动更强。其中摩擦振动频率范围最广的为非线性振动，除了振动频率以外，还包括谐波分量，如2 倍、3 倍1/3 和1/2。

3.2 设备精度保持性

随着轧钢机械设备的投入使用，设备的精准度也难以得到保障，在时间的影响下，设备逐渐出现损坏，在初期运行中轧钢设备最为安全稳定，随着振动频率出现变化，轧钢的精准度也会产生影响，部分零部件出现磨损，轴承出现细微的变动难以及时发现，所以应当及时采取相应的监测手段，对设备的运行状态进行监测。除此之外，轧钢设备在运行过程中对环境也存在一定的要求，高温高压都会直接影响轧钢设备的稳定运行，如果设备的负载能力过高，则会直接影响轧钢机械设备的运转效果，工作人员在监测设备运转情况时，一旦出现疏忽则会导致各项小问题的发生，比如设备零件磨损问题，进而直接影响轧钢机械设备的使用。此时轧钢机械设备的转动与定位发生改变，所承受的振动力也发生改变，进而导致所生产的钢材不符合标准。

3.3 零件磨损

轧钢机械设备在使用过程中很容易出现磨损情况，而导致磨损的原因大不相同，其中振动力会随着设备的实际情况出现改变，进而影响最终钢材生产的质量。如果机械设备的重要零部件出现各项问题，磨损严重则会导致设备难以稳定运行，随着振动力的改变，轴承与齿轮之间的配合也会受到影响，进而导致轧钢机械设备出现故障。对于轧钢机械设备而言，轴承是其中心零部件，如果设备所承受的负载力过大或者运行环境不符，都会导致轴承工作受到影响，实际位置出现偏移，在轴承运转过程中精准度缺失，与设定值之间严重不符。除此之外，随着磨损的加大，齿轮在运行过程中，减速器会发生改变，内部啮合转动齿轮的精准度也会降低，使得轧钢设备的设定值出现偏移，进而稳定性不断降低，所生产的钢材质量难以保障，出现材料返工等多个问题。

4 承钢棒线厂轧钢机械设备振动监测系统构建

轧钢机械设备在生产过程中，振动监测系统的主要使用对象为轧钢的重点设备，如主传动减速机、切头飞减速机等等。通过对设备的全面检测，能够及时检测出轧钢设备的实际运行情况，进而诊断每一故障采取精准的解决方法。

4.1 合理选择系统传感器

监控系统在传递信号时，主要是利用加速传感器，轧钢机械设备在运行过程中频率范围较宽而转速较低，如果不精准选择加速传感器，则难以辨别部分故障，这时就需要合理选择系统传感器，进而保障监控系统的全面应用。比如针对轴承磨损问题，如果选择振动加速传感器难以检测出其实际问题，因此针对此种情况一般选择涡流传感器，此传感器能够精准掌握磨损所产生的间隙变化，进而动态监测出振动故障。除此之外，在选择传感器过程中，可以将加速传感器与位移传感器结合,进而扩大传感器的覆盖范围，及时辨别机械设备可能存在的故障，并找出故障的真正原因。而在使用传感器时，则应当结合轧钢机械设备的实际结构，在每一覆盖范围内都应合理安装传感器，在正常情况下，轧钢机械设备拥有200 个传感器，并根据类型安装在系统结构之中，准确传送故障信号。

4.2 合理配置系统硬件

系统硬件的选择主要包括数据服务器、数据采集箱以及工程师站，具体配置如图2 所示。通过对系统结构监测图的综合分析，可以发现系统结构，主要分为分布化、网络化以及模块化结构，在每一数据采集箱都应当配置相应的传感器，而在实际设备使用中，每一采集箱也会拥有标准机柜，实现对现场的信号进行整合与调试。

图2 轧钢机械系统构成图

4.3 状态检测

在机械设备运行过程中，可以通过数字与曲线的方式，利用绘图工具与图库实时监测其画面，确保工作人员能够直观的掌握设备的实际运行情况。一旦机械设备出现异常，系统会自动进行报警，同时也会针对故障生成故障状态表格，工作人员能够实现对故障的全面诊断与分析，掌握设备的实际运行状态。

5 轧钢机械设备振动故障诊断方法

5.1 故障诊断流程

轧钢机械设备会出现几种不同的振动模式，而导致振动故障的因素也较为复杂，同时也会影响设备的磨损程度，导致机械的稳定性受到破坏，因此在实际运行轧钢机械设备时，要实施检查每一零部件的运行情况，及时找到机械设备振动出现故障的主要因素，确定故障位置，寻找最佳解决办法，进而保障轧钢机械设备的稳定运行。而在诊断故障流程时，工作人员应当明确具体诊断方式，按照诊断流程找出最终结果。首先维修人员可以根据故障诊断书，找出设备型号，随后根据轧钢机械设备的诊断标准，确定各项诊断数据以及诊断目标。最后结合物联网技术寻找引发故障的主要因素，并制定详细的解决方案，生成数据报告。

5.2 数据采集分析

在诊断轧钢机械设备振动故障时，数据的采集与分析是其关键步骤，数据在故障检测中具有重要意义，是确认维修方式的主要来源。随着我国科技水平的不断提升，数字化信息技术的应用更加全面，通过与物联网技术的全面融合，能够对数据进行加工与分析，通过对系统信号的全面分析，找出故障频率，根据故障频率进行适当调整，而后再对转速数据、事故数据等多项信息进行全面采集，找出故障位置以及故障原因。通过精细化处理，全面诊断轧钢机械设备的具体故障，而工作人员也能够利用物联网技术分析相关数据，进而提高轧钢机械设备的故障检出率。而工作人员也尽量采取细致的方式做好维护工作，结合高科技技术安装感应器，通过对数据的实时监控，了解设备的运行状态。在物联网技术的支持下，数据的采集与分析更加科学合理，工作人员通过对监测数据的全面使用，能够实现在平台上的全面分析，进而找出问题的实际因素，为轧钢机械设备的稳定运行提供可靠支持。

5.3 故障结果导出

工业材料的最终质量与轧钢机械设备之间存在密切关联，振动故障的相关解决方法也决定着轧钢机械设备的运行状态，因此在实际工作过程中要加强对轧钢设备的全面保护，而工作人员也应当按照相关管理规定，定期检测设备的实际运行情况，及时辨识可能存在的振动故障，在高科技技术的支持下，实现对数据的全面分析与检测，防患于未然。当检测出轧钢机械设备的相关数据后，工作人员则要仔细分析相关数据内容，及时排除可能存在的故障，以此确保设备的稳定运行，找到故障源头。并通过多次分析与检测，实现对数据的详细记录，而后形成报告，导出故障结果，在日后生产过程中，及时避免设备可能出现的故障问题，进而增强工作的严谨度，使得工业生产更加高效，促进企业可持续发展。