鋼鐵冶煉機(jī)械設(shè)備的故障診斷及處理分析

周金雷

摘　要：隨著社會(huì)工業(yè)化的發(fā)展，鋼鐵行業(yè)得到了迅猛發(fā)展，冶煉機(jī)械設(shè)備得到了大量應(yīng)用。與此同時(shí)，鋼鐵冶煉機(jī)械在使用的過程很容易產(chǎn)生故障問題，影響了生產(chǎn)的正常運(yùn)行。文章從鋼鐵冶煉機(jī)械設(shè)備故障診斷技術(shù)入手，探討了其具體的處理對(duì)策，以期進(jìn)一步促進(jìn)鋼鐵行業(yè)發(fā)展。

關(guān)鍵詞：鋼鐵冶煉；機(jī)械設(shè)備；故障診斷；故障處理

冶煉機(jī)械設(shè)備作為鋼鐵行業(yè)生產(chǎn)中一個(gè)重要的組成部分，其直接關(guān)乎鋼鐵冶煉生產(chǎn)的質(zhì)量和效率。特別隨著全面深化改革的開展，為了實(shí)現(xiàn)現(xiàn)代化建設(shè)，增加企業(yè)的經(jīng)營效益，就必須要加快鋼鐵行業(yè)向節(jié)能減排和效率化方向發(fā)展。但是這均需要以冶煉機(jī)械設(shè)備的質(zhì)量為保證，所以對(duì)于其故障診斷技術(shù)和處理對(duì)策進(jìn)行探究具有重要意義。

1　鋼鐵冶煉機(jī)械設(shè)備故障診斷方法分析

1.1 基于系統(tǒng)數(shù)學(xué)模型的故障診斷法

該種故障診斷法主要是以數(shù)學(xué)模型為診斷計(jì)算基礎(chǔ)，充分結(jié)合鋼鐵冶煉的相關(guān)理論和原理，采用Kalman濾波器、Luenberger觀測(cè)器、參數(shù)模型估計(jì)技術(shù)以及等價(jià)空間方程等多種先進(jìn)工藝來開展的故障診斷分析工作。在該種故障診斷法應(yīng)用的過程中，其需要結(jié)合整個(gè)控制系統(tǒng)來進(jìn)行操作，以便形成一個(gè)集合系統(tǒng)修復(fù)、運(yùn)行監(jiān)控以及故障診斷為一體的流程。但是該種診斷法對(duì)數(shù)學(xué)模型構(gòu)建的精確度具有較高要求，否則會(huì)對(duì)實(shí)際的診斷結(jié)果精確度產(chǎn)生不利影響。

1.2 基于信號(hào)處理的故障診斷法

顧名思義，該種故障處理法就是通過處理和分析冶煉機(jī)械設(shè)備在運(yùn)行過程中所產(chǎn)生的特定信號(hào)信息，以便對(duì)其具體的特點(diǎn)以及異常信號(hào)等進(jìn)行合理判斷，從而得出故障的具體類型。比如，在鋼鐵冶煉機(jī)械中，其溫度和速度傳感器分別負(fù)責(zé)接收溫度信號(hào)和速度信號(hào)，而通過對(duì)相應(yīng)的溫度信號(hào)和速度信號(hào)進(jìn)行實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)和分析，可以及時(shí)發(fā)現(xiàn)該設(shè)備是否存在故障問題。目前，自適應(yīng)信號(hào)處理法、時(shí)間序列特征提取法以及譜分析法等均是常用的故障信號(hào)診斷法。而與數(shù)學(xué)模型法相比，該種故障診斷法具有很強(qiáng)的適應(yīng)能力，并且不會(huì)依賴于建立數(shù)學(xué)模型。

1.3 基于人工智能的故障診斷法

隨著智能化和自動(dòng)化技術(shù)的發(fā)展，基于人工智能的故障診斷法逐漸成為鋼鐵冶煉機(jī)械設(shè)備的故障診斷方法，并取得了顯著成效。該種故障診斷法既不需要構(gòu)建設(shè)備運(yùn)行的數(shù)學(xué)模型，也不需要設(shè)定復(fù)雜體系，并且實(shí)際的診斷精度和效率也比較高，是當(dāng)前一種主流故障診斷法，具體是運(yùn)用模糊數(shù)學(xué)理論、人工神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)預(yù)測(cè)等基本理論，尤其適用于大型機(jī)械設(shè)備的故障檢測(cè)中。此外，該種故障診斷法主要是由模糊邏輯智能診斷系統(tǒng)、故障管理診斷系統(tǒng)、神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)預(yù)測(cè)診斷系統(tǒng)和專家智能診斷系統(tǒng)等所共同構(gòu)成。鑒于當(dāng)前人工智能是重要的科研領(lǐng)域，所以該種故障檢測(cè)法在現(xiàn)階段及未來的一段時(shí)間內(nèi)均可以得到廣泛推廣和普及。

1.4 其他故障診斷法

除了上述幾種常用的冶煉機(jī)械設(shè)備故障診斷法之外，還存在一些富有特色的故障診斷法，具體主要包括灰色關(guān)聯(lián)系統(tǒng)診斷法、設(shè)備運(yùn)行模式診斷法等。此外，隨著科學(xué)技術(shù)的發(fā)展和推廣，也出現(xiàn)了多種故障診斷法的耦合方法。

2　鋼鐵冶煉機(jī)械設(shè)備故障處理對(duì)策分析

2.1 轉(zhuǎn)子不平衡故障處理對(duì)策

在機(jī)械設(shè)備運(yùn)行的過程中，轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)動(dòng)質(zhì)量直接關(guān)乎機(jī)械系統(tǒng)運(yùn)行性能。而轉(zhuǎn)子不平衡故障具體表現(xiàn)在轉(zhuǎn)子旋轉(zhuǎn)的頻譜圖上存在幅值變化，此時(shí)如果初步啟動(dòng)機(jī)械設(shè)備，相應(yīng)的振動(dòng)不平衡問題可以從以下幾個(gè)方面來著手：其一，如果剛性轉(zhuǎn)子出現(xiàn)振動(dòng)問題，那么需要考慮轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)速是否已經(jīng)達(dá)到了臨界值，此時(shí)需要測(cè)量轉(zhuǎn)子的轉(zhuǎn)動(dòng)速率，并對(duì)比標(biāo)準(zhǔn)轉(zhuǎn)速來進(jìn)行確定；其二，要區(qū)分振動(dòng)是否是由基礎(chǔ)共振所引起的，具體需要借助相位分析來進(jìn)行確定。如果此時(shí)的頻率和相位保持一致，那么就是基礎(chǔ)共振引發(fā)的不平衡問題。而當(dāng)不同旋轉(zhuǎn)方向上各點(diǎn)的振幅存在相位差速，或者高速和低速狀態(tài)下的轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)速比較相近，那么就很可能是由于不平衡問題所引發(fā)的；其三，轉(zhuǎn)子是否存在不對(duì)中問題，這也是常見的轉(zhuǎn)子故障，具體表現(xiàn)在兩個(gè)方面，即：角度不對(duì)中和平行不對(duì)中。其中的角度不對(duì)中問題主要表現(xiàn)在兩側(cè)軸向的振動(dòng)相位差維持在180°，并且徑向振動(dòng)方向保持一致，會(huì)引發(fā)多倍頻振動(dòng)或者同頻振動(dòng)。而平行不對(duì)中則主要表現(xiàn)為兩側(cè)軸承徑向振動(dòng)則維持在180°。

2.2 齒輪故障處理對(duì)策

齒輪是鋼鐵冶煉機(jī)械設(shè)備中的重要結(jié)構(gòu)，其直接關(guān)乎著機(jī)械運(yùn)轉(zhuǎn)性能。但是在運(yùn)行的過程中，相應(yīng)的齒輪均需要承受振動(dòng)影響，具體表現(xiàn)在譜圖上面出現(xiàn)邊頻帶，所以波形圖或者頻譜圖二者均可以在一定程度上反映齒輪振動(dòng)的情況，但是在采用時(shí)域處理法而言，需要對(duì)振動(dòng)加速度等條件進(jìn)行確定，并要盡量減少其他噪聲的干擾。目前，?對(duì)鋼鐵冶煉機(jī)械設(shè)備齒輪故障的處理對(duì)策而言，?主要包括頻率診斷法和時(shí)域診斷法兩種類型，下面就這兩種具體齒輪故障處理對(duì)策進(jìn)行詳細(xì)闡述：

（1）頻域診斷處理對(duì)策。頻域診斷主要是通過分析相應(yīng)的頻譜來達(dá)到識(shí)別齒輪故障。在齒輪正常運(yùn)作的過程中，相互交錯(cuò)的齒輪會(huì)負(fù)責(zé)傳遞動(dòng)力，所以相應(yīng)的齒輪嚙合部位會(huì)因齒數(shù)的數(shù)目而發(fā)生改變。此時(shí)如果將輪齒比作彈簧，其剛度會(huì)伴隨著荷載的變化而發(fā)生變化，并且主要呈現(xiàn)周期性變化，這樣就會(huì)增加其振動(dòng)，所以振動(dòng)與齒輪是否處于正常工作狀態(tài)下無關(guān)，是始終存在的。如此一來，待齒輪發(fā)生故障時(shí)，相應(yīng)的振動(dòng)信號(hào)會(huì)發(fā)生變化，具體表現(xiàn)為譜圖之上存在邊頻帶。

（2）時(shí)域診斷處理對(duì)策。理論上來講，可以借助波形圖或者頻譜圖來描述物體的振動(dòng)，所以除了可以借助頻譜來診斷冶煉機(jī)械設(shè)備故障之外，還可以借助時(shí)域來分析冶煉機(jī)械設(shè)備故障。在采用該種方法對(duì)故障進(jìn)行處理的過程中，主要通過提取轉(zhuǎn)軸回轉(zhuǎn)一周時(shí)刻的時(shí)標(biāo)信號(hào)以及振動(dòng)加速度信號(hào)等來確保按特定整周期來截取有關(guān)的信號(hào)，同時(shí)該法也可以消除其他干擾噪聲的因素。

2.3 滾動(dòng)軸承故障處理對(duì)策

在冶煉機(jī)械設(shè)備中的滾動(dòng)軸承運(yùn)行過程中，也會(huì)因振動(dòng)問題而對(duì)其造成損傷，此時(shí)相應(yīng)的軸承損傷部位處的振動(dòng)聲也各不相同，所以可以借助特定的儀器來測(cè)定振動(dòng)聲音，以更好地辨別軸承出現(xiàn)故障的部位。實(shí)際上，在不同的軸承部位，其所承受的荷載各不相同，所以此時(shí)在測(cè)量儀器之前，需要對(duì)機(jī)器的使用來進(jìn)行合理測(cè)量。而振動(dòng)測(cè)試法則是當(dāng)前檢測(cè)滾動(dòng)軸承故障的振動(dòng)故障檢測(cè)法，主要包括以下幾種：①fk～頻信號(hào)接收法。在滾軸軸承出現(xiàn)腐蝕或者壓痕的時(shí)候，其在運(yùn)轉(zhuǎn)的過程中就會(huì)相應(yīng)地產(chǎn)生一些較短的周期性脈沖，實(shí)際所產(chǎn)生的形狀也比較陡峭，同時(shí)表面上的缺陷也會(huì)致使相應(yīng)的脈沖頻率發(fā)生變化。此時(shí)可以借助聽覺來判斷相應(yīng)的脈沖頻率，但是由于該法容易受到外界環(huán)境的干擾，所以其只適用于簡(jiǎn)單設(shè)備檢測(cè)。②共振解調(diào)法。該法就是將傳感器的一階諧振頻率區(qū)作為實(shí)際的監(jiān)測(cè)頻帶，濾除其他的低頻分量。此時(shí)如果軸承發(fā)生了故障問題，那么就會(huì)引發(fā)脈沖的變化，同時(shí)相應(yīng)的高階諧波會(huì)在傳感器的共振頻率上發(fā)生變化，所以可以通過對(duì)高頻變化進(jìn)行監(jiān)測(cè)，可以達(dá)到檢測(cè)元件故障的目的。

總之，隨著工業(yè)化進(jìn)程的推進(jìn)，鋼鐵行業(yè)在推動(dòng)社會(huì)經(jīng)濟(jì)發(fā)展方面發(fā)揮了巨大推動(dòng)作用。而冶煉機(jī)械設(shè)備作為鋼鐵行業(yè)生產(chǎn)中一個(gè)重要的組成部分，其質(zhì)量關(guān)乎生產(chǎn)的運(yùn)行質(zhì)量和效率。本文針對(duì)其常見的故障診斷方法和處理對(duì)策進(jìn)行了探究，以期為冶煉機(jī)械設(shè)備的檢修和維護(hù)工作提供參考。

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來源：《中國市場(chǎng)》2016年41期