转炉悬挂减速机在线监测与故障诊断系统研究.pdf

收稿日期 2008 - 11 - 18;修订日期 2008 - 12 - 28 作者简介李文慧1984 - ,女,武汉科技大学硕士研究生。 转炉悬挂减速机在线监测与故障诊断系统研究 李文慧,孔建益,汤 勃,杨金堂,王兴东 武汉科技大学机械自动化学院,湖北 武汉 430081 摘 要为了有效避免悬挂减速机故障对炼钢生产造成的直接影响,开发了一套转炉悬挂减速机 在线监测与故障诊断系统,并对监测信号的选取、系统结构、系统功能等方面进行了阐述。实践证 明,该系统能适应悬挂减速机在线监测的要求,具有较强的分析和预报警功能,诊断出悬挂减速机可 能出现的各种故障类型和位置,为合理地安排检修提供技术保证。 关键词转炉;悬挂减速机;在线监测;故障诊断 中图分类号TP277 文献标识码 A 文章编号 1001 - 196X2009 01 - 0028 - 04 Research on on2line mon itoring and fault diagnosis system of converter suspension reducer L IWen2hui,KONG Jian2yi,TANGBo,YANG Jin2tang, WANG Xing2dong College ofMachinery suspension reducer; on2line monitoring;fault diagnosis 1 前言 转炉悬挂减速机是实现转炉炼钢生产的关键 部件,具有低速重载和起动制动频繁等特点。因 其结构复杂,工作环境恶劣等原因造成悬挂减速 机出现故障。由于悬挂减速机的齿轮、轴承、轴 安装在箱体内部,无法直接观察到,其运行状态 与破坏情况全凭现场操作工人与检修人员的经验 来判断,具有较大的主观性与不可靠性。一旦发 生严重故障,停产更换的周期较长,引起的经济 损失巨大。通过在线监测技术,了解和掌握悬挂 减速机的运行状态,对其故障发展趋势进行早期 诊断,找出故障原因,合理地安排检修,避免重 大停机事故,具有非常重要的应用价值。本文开 发的转炉悬挂减速机在线监测与故障诊断系统, 对实时采集的状态信号进行分析,判断悬挂减速 机的运行状态及各种可能存在的故障。 2 悬挂减速机的结构 目前在转炉炼钢生产中应用比较多的悬挂减 速机的结构如图1所示。该装置为全悬挂多点啮 合柔性传动,二次减速机大齿轮由四台一次减速 机输出轴上的小齿轮同时驱动,每台一次减速机 均由若干个定位销和紧固螺栓将其箱体与二次减 速机箱体联接为一体,一次减速机输出齿轮轴的 远端装一套滚动轴承,辅助支撑于二次减速机高 速轴轴承座上。即四台一次减速机悬挂于二次减 82重 型 机 械 2009 No11 速机上,四点啮合,共同驱动二次减速机中的大 齿轮,二次减速机悬挂在耳轴上,驱动转炉旋转 工作,倾翻力矩通过扭力杆来平衡 [1 ]。 图1 转炉悬挂减速机的结构 11二次减速机 21一次减速机 31扭力杆装置 3 监测信号的选取 传感器的安装位置测点不同,所得到的 测定值会有较大的差异。根据悬挂减速机结构特 点及工作条件,确定最佳监测位置。要敏感地监 测出悬挂减速机内部振动的变化情况就应尽量减 少振动传递途径的损失,通常选择结构阻尼小、 刚性好的点作为测点,减速机轴承座附近可以作 为优先考虑的位置 [2 ]。振动在不同方向上反映 出不同的特性,因此一般情况下都在径向水平 x 、径向垂直y和轴向z三个方向上进行监 测。由于设备的构造、安装条件的限制,不可能 在上述三个方向上都进行监测,可选择其中的两 个方向进行监测。如果仅监测高频振动成份,则 可以只在最容易监测的方向上测量,如径向垂直 y 方向。 一次减速机为三级齿轮减速,在其输入和输 出轴的轴承座处设置振动测点如图2所示,得到 4个振动信号输入端和输出端轴承座处各设置 径向和轴向振动信号各1个。由于1台转炉共有 4台一次减速机,每台减速机的振动信号测点与 图2所示相同,因此振动信号共有16个。二次 减速机为单级齿轮减速,在其轴承座处设置振动 测点如图3所示,得到振动信号3个靠近转炉 端轴承座设置径向振动信号1个测点19 ,远 离转炉端轴承座设置径向和轴向振动信号各1个 测点17、 18 。悬挂减速机每台驱动直流电机 布置电流及电压传感器各一个,四台电机共8个 电信号。监测系统还包括了从PLC总线中提供 的转炉炉体的转速及倾角信号各一个,从而完整 地体现出被测转炉特征变化。 确定转炉悬挂减速机29个监测信号位置, 对各测点做出标记,以保证每次测定的部位不 变。其中1～16为一次减速机振动信号, 17～19 为二次减速机振动信号, 20～23为四台电机的 电流信号, 24～27为四台电机的电压信号, 28 ～29为转速、倾角信号图上未标出。 4 系统结构 运用信号采集、处理与故障诊断等技术,构 造基于计算机网络的客户机/服务器模式的在线 监测与故障诊断系统,其总体框架如图4所示。 922009 No11 重 型 机 械 图4 转炉悬挂减速机在线监测与故障诊断 系统总体框架 振动传感器采用压电式加速度计,其配接合 适的仪器可扩展测量速度、位移等物理参数。电 流电压传感器采用霍尔可拆卸电流传感器与交直 流通用电压传感器/变送器。PLC总线提供转炉 炉体的转速及倾角信号 [3]。 调理模块主要对传感器输出信号进行放大、 滤波、变换与隔离。采集模块用于采集反映悬挂 减速机运行状态的相关信号,并将采集到的实时 信号保存到数据采集工控机硬盘中,以便信号分 析、故障诊断程序调用 [4]。 数据库服务器主要用于保存各种数据并提供 数据服务。数据服务器中建有实时数据库保存 采集到的实时数据、特征数据库保存特征信 号供趋势分析使用、故障信息数据库当超限 报警时,保存所有实时数据供故障分析使用、 故障诊断历史数据库保存故障诊断案例供重要 数据故障分析对比。 现场观察站放在现场操作室内,主要供操作 人员使用,用于监视设备运行状态,也可以进行 故障分析。 转炉悬挂减速机在线监测与故障诊断界面如 图5所示。 图5 转炉悬挂减速机在线监测界面 工程师站主要进行故障分析、特征信号提取 及运行趋势预测等,并将故障分析结果和特征信 号保存到数据库服务器硬盘中。 厂办公网主要用于实现本系统的各种网络功 能,如为厂内某个工作站提供所需各种数据和网 络服务。 03重 型 机 械 2009 No11 5 系统功能 系统具有在线监测、实时数据分析处理及故 障诊断和判断悬挂减速机基本工作状态功能。 1转炉悬挂减速机运行状态在线监视,判 断是否有故障发生。通过读取最新采集到的数 据,以简洁直观的图形方式显示悬挂减速机的运 行状态。对于振动信号,我们选取它的7个特征 值,即均值、最大值、最小值、均方根值、峰 值、峰值因子、偏态和峭度,用统计识别的方法 对设备进行初步诊断。利用特征值判定标准如 当峭度 ≥3或偏度 ≠0时,表示有故障发生并 根据经验设置报警门限值,进行报警。 2数据采样、数据分析处理及故障诊断。 利用倒频谱分析、功率谱分析、包络谱分析、小 波分析、细化谱、解调分析等诊断方法,对悬挂 减速机在时域、频域、幅值域进行诊断,诊断出 悬挂减速机可能出现的各种故障类型和位置。悬 挂减速机在运行过程中复杂程度很高,具有非线 性、强干扰、多耦合等特点,其故障现象的模糊 性也很强。故障原因和征兆表现之间大多不是一 一对应的,而呈现了错综复杂的关系,从而导致 诊断决策时出现了多义性。 3故障特征频率查询。主要根据一次减速 机与二次减速机轴承外圈故障、内圈故障、滚动 体故障、保持架故障及各轴的轴频、各级齿轮的 啮合频率等整理所得的故障特征频率表,结合电 机转速,计算出悬挂减速机的故障特征频率,为 故障诊断提供参考 [5 ]。 4数据库管理。方便用户对特定时间段内 各种数据库的查询,查询输出以报表的形式进 行,通过屏幕预览也可打印输出。 5生成转炉悬挂减速机状态信息报表,为 合理地安排检修,提供一定的维修建议。 6 结论 该系统能实时反映悬挂减速机运行状态,对 其故障发展趋势进行早期诊断,成为专业人员进 行在线监测和故障诊断的工具。系统投入运行以 来,运行稳定可靠,能够满足各种技术要求,同 时为今后的系统扩展和系统升级提供了技术保证。 参考文献 [1] 谭牧田.氧气转炉炼钢设备[M ].北京机械工 业出版社, 1993. [2] 丁康,李巍华,朱小勇.齿轮及齿轮箱故障诊断 实用技术[M ].北京机械工业出版社, 2005. [3] 张陵保,赵刚,胡斌等.新型转炉轴承运行状态 对比监测系统[J ].湖北工业大学学报, 2005, 3 20 151 - 152, 155. [4] 胡友民,刘茂会,黄坤平等.连铸机旋转台在线 监测与故障诊断系统[ J ].机电工程, 2002, 19 5 50 - 52. [5] 李公法,刘安中,李友荣等.基于B /S模式的设 备故障诊断系统的应用[J ].武汉工业学院学报, 2004, 234 37 - 40, 44. 中国重型机械研究院精整设备技术再上新高度 最近,在广州南沙,中国重型机械研究院中重院板带精整所与广州JFE钢板有限公司就二期冷轧项目的重卷包 装机组正式签约,合同额超过114亿元人民币。该项目采取EP承包模式,由中重院进行设备技术总负责。王建国副 院长、广州JFE中日双方的两位指挥长出席了合同签字仪式。 广州JFE钢板有限公司是由广钢集团与日本JFE公司共同出资建设,产品定位于高档汽车外板和高档家电用板, 生产标准执行日本JFE公司标准。 本次招标为国际招标,由于产品定位高,招标方对本次投标人的资质要求很苛刻,国内仅中重院一家通过了资质 审查。中重院的主要竞争对手为一家著名的日本公司。最终,中重院凭借先进的技术方案,合理的价格,成功竞标, 中标2RCL、3RCL、2PKL、3PKL四条机组。 参加前期技术交流、谈判工作的工程技术人员充分展示了中重院员工的风采。他们对技术精益求精,对工作认真 负责,对用户至真至诚,从2008年3月起总共在广州进行了五轮谈判,面对一个又一个困难,坚持不懈,尤其是最 后一次连续近十天,每天工作到凌晨二、三点,工作成果得到客户中日双方的认可,高规格地完成了技术谈判,客户 给予了满意的评价。2RCL集成了拉矫、真空除油、水平检查等新技术, 3RCL采用剖分、双卷取新技术,PKL采用 了桥式钢卷转运及打包工具移动新技术。该项目的实施,将使中重院板带精装设备技术再上一个新高度。 132009 No11 重 型 机 械