鋼鐵冶煉機(jī)械設(shè)備故障診斷及措施探討

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摘要：冶煉技術(shù)作為我國重工業(yè)發(fā)展的重要支柱，不僅是其他行業(yè)發(fā)展的重要基礎(chǔ)，也是我國經(jīng)濟(jì)發(fā)展的重要推力。在我國的重工業(yè)鋼鐵冶煉技術(shù)中，冶煉的機(jī)械設(shè)備是非常重要的。如果設(shè)備出現(xiàn)故障不僅會(huì)影響整個(gè)工業(yè)生產(chǎn)鏈，還會(huì)對(duì)企業(yè)造成嚴(yán)重的經(jīng)濟(jì)損失。本文主要以鋼鐵冶煉機(jī)械設(shè)備故障的診斷作為研究的主線，結(jié)合實(shí)際情況對(duì)機(jī)械故障進(jìn)行診斷性分析，旨在為有關(guān)技術(shù)人員提供參考借鑒。

關(guān)鍵詞：鋼鐵冶煉；機(jī)械設(shè)備；故障診斷

1機(jī)械設(shè)備故障維修的發(fā)展現(xiàn)狀及其重要性

1.1故障診斷維修技術(shù)發(fā)展現(xiàn)狀

機(jī)械設(shè)備故障診斷全稱為機(jī)械狀態(tài)監(jiān)測與故障診斷。顧名思義主要是指對(duì)于設(shè)備的故障的診斷是從運(yùn)行狀態(tài)的監(jiān)測，再到設(shè)備故障的分析診斷和修理。機(jī)械設(shè)備的故障診斷是一個(gè)交叉性很強(qiáng)的綜合性技術(shù)手段，它不僅需要技術(shù)人員有著扎實(shí)的理論基礎(chǔ)，還要有高超的診斷及維修技術(shù)[1]。近年來，隨著我國科教興國政策的實(shí)施，我國的機(jī)械故障診斷技術(shù)產(chǎn)生了質(zhì)的飛躍。

1.2機(jī)械設(shè)備故障維修的重要性

隨著機(jī)器大生產(chǎn)時(shí)代的到來，流水化機(jī)器生產(chǎn)已經(jīng)成為整個(gè)生產(chǎn)的主旋律。機(jī)械化流水作業(yè)不僅能提高企業(yè)生產(chǎn)的效率，還能解放一部分勞動(dòng)力，為企業(yè)創(chuàng)造更多的經(jīng)濟(jì)效益。因此在企業(yè)生產(chǎn)過程中，做好機(jī)械設(shè)備故障診斷工作是非常重要的[1]。一旦在生產(chǎn)的過程中出現(xiàn)機(jī)械故障，不僅會(huì)降低企業(yè)的生產(chǎn)效率，增加企業(yè)的生產(chǎn)成本，還會(huì)影響企業(yè)未來的發(fā)展。因此，做好機(jī)械設(shè)備故障診斷工作是非常重要的。

2鋼鐵冶煉機(jī)械設(shè)備故障診斷方法

2.1人工智能診斷法

隨著科技的不斷發(fā)展，人工智能也在不斷的改變?nèi)藗兊纳睿撹F冶煉機(jī)械設(shè)備故障的診斷中也被廣泛應(yīng)用。人工智能作為最前沿的控制領(lǐng)域，它是在建模處理以及信號(hào)輸出的基礎(chǔ)上進(jìn)行發(fā)展。相對(duì)于傳統(tǒng)的建模系統(tǒng)來說，人工智能診斷方法具有很強(qiáng)的應(yīng)用優(yōu)勢，首先，當(dāng)鋼鐵冶煉機(jī)械設(shè)備發(fā)橫故障時(shí)，可以利用AI智能系統(tǒng)進(jìn)行故障的排除工作，精準(zhǔn)的找到發(fā)生故障的點(diǎn)，這樣就極大地節(jié)約了故障排除的時(shí)間。此外，相比于專家智能診斷技術(shù)和神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)智能診斷技術(shù)來說，人工智能診斷技術(shù)不僅能夠縮短排查時(shí)間，還能利用計(jì)算機(jī)大數(shù)據(jù)來解決一些比較復(fù)雜的大系統(tǒng)故障[2]。由此可見，人工智能診斷技術(shù)相比較之下更有發(fā)展優(yōu)勢和應(yīng)用價(jià)值。

2.2系統(tǒng)數(shù)學(xué)模型診斷法

系統(tǒng)數(shù)學(xué)模型診斷法主要是指利用現(xiàn)代化的優(yōu)化法和現(xiàn)代控制理論，以系統(tǒng)數(shù)學(xué)模型作為基礎(chǔ)，再利用參數(shù)模型估計(jì)與辨識(shí)、Luenberger觀測器、Kalman濾波器、等價(jià)空間方程等方法做出殘差，并根據(jù)閾值對(duì)殘差進(jìn)行研究分析，最終找到機(jī)械故障發(fā)生的點(diǎn)。系統(tǒng)數(shù)學(xué)模型診斷法在實(shí)施的過程中要求數(shù)字系統(tǒng)與控制系統(tǒng)緊密結(jié)合，它也是對(duì)故障點(diǎn)進(jìn)行實(shí)時(shí)監(jiān)控、容錯(cuò)控制、系統(tǒng)修復(fù)與重構(gòu)等的前提。但是在實(shí)際應(yīng)用中想要掌握精準(zhǔn)的系統(tǒng)數(shù)學(xué)模型還是存在一定的難度，對(duì)于建立一些難度較大數(shù)學(xué)模型系統(tǒng)還是比較困難的。

2.3信號(hào)處理診斷法

信號(hào)處理診斷法主要是指依據(jù)設(shè)備所產(chǎn)的特定信號(hào)來判斷機(jī)械是否存在機(jī)械故障。信號(hào)處理診斷法是鋼鐵冶煉機(jī)械故障診斷法中最常用到的一種方法[2]。主要分為自適應(yīng)信號(hào)處理方法、各種譜分析方法、時(shí)間序列特征提取方法等。比如，當(dāng)鋼鐵冶煉設(shè)備的溫度出現(xiàn)異常時(shí)，設(shè)備就會(huì)將溫度信號(hào)傳送給接收裝置，當(dāng)傳送裝置接收到溫度故障信息時(shí)，會(huì)對(duì)所接收到的信號(hào)進(jìn)行分析，方便設(shè)備檢修人員快速找到故障發(fā)生點(diǎn)。信號(hào)處理診斷法與建立數(shù)學(xué)模型法相比，其適應(yīng)能力更強(qiáng)，應(yīng)用的范圍也更廣。

2.4其它診斷方法

除人工智能診斷法、信號(hào)處理法和系統(tǒng)數(shù)學(xué)建模的診斷法以外，在鋼鐵冶煉機(jī)械設(shè)備診斷中還會(huì)用到定性模型診斷法、基于灰色系統(tǒng)理論診斷法和識(shí)別診斷法等[3]。在實(shí)際生產(chǎn)的過程中，技術(shù)人員還會(huì)根據(jù)實(shí)際的生產(chǎn)情況來選擇最適合當(dāng)前生產(chǎn)環(huán)境的診斷方法。

3鋼鐵冶煉機(jī)械設(shè)備故障診斷技術(shù)分析

隨著機(jī)械化進(jìn)程的不斷推進(jìn)，應(yīng)用于鋼鐵冶煉工藝中的機(jī)械設(shè)備種類也在不斷更新，數(shù)量也在不斷的增多。在大型鋼鐵冶煉廠中，設(shè)備種類多以傳送設(shè)備、傳動(dòng)設(shè)備、液壓設(shè)備為主。鋼鐵冶煉設(shè)備不僅關(guān)系到冶煉鋼鐵的質(zhì)量，還會(huì)影響到鋼鐵冶煉的效率。為了保證機(jī)械設(shè)備的各種傳動(dòng)設(shè)備的正常運(yùn)行，在實(shí)際生產(chǎn)過程中，要及時(shí)對(duì)鋼鐵冶煉機(jī)械設(shè)備的運(yùn)行狀況進(jìn)行監(jiān)測，在機(jī)械發(fā)生故障時(shí)能夠及時(shí)做出診斷。不同的機(jī)械故障，所對(duì)應(yīng)的故障診斷系統(tǒng)也不相同。機(jī)械故障診斷系統(tǒng)的主要工作原理是依據(jù)機(jī)械運(yùn)動(dòng)的振動(dòng)參數(shù)為主，轉(zhuǎn)速、溫度、位移、壓力為輔。機(jī)械設(shè)備故障的診斷系統(tǒng)是由信息采集、狀況分析、數(shù)據(jù)采集以及數(shù)據(jù)通訊單元組成，該系統(tǒng)不但可以與DCS或PLC組合成分散式診斷系統(tǒng)，還可以獨(dú)立工作[4]。圖1為鋼鐵冶煉的設(shè)備故障診斷過程。當(dāng)機(jī)械設(shè)備出現(xiàn)故障時(shí)，診斷系統(tǒng)會(huì)通過傳感器將機(jī)械設(shè)備的工作信號(hào)傳送到控制系統(tǒng)中，計(jì)算機(jī)處理系統(tǒng)中的不同傳感器會(huì)根據(jù)采集到的信號(hào)特征傳到主機(jī)，主機(jī)會(huì)根據(jù)機(jī)械的振動(dòng)情況、設(shè)備壓力以及溫度狀況等來分析故障的特征信號(hào)。診斷系統(tǒng)對(duì)傳感器上的特征信號(hào)進(jìn)行收集分析后，可以了解到當(dāng)前設(shè)備故障的發(fā)展?fàn)顟B(tài)，再將得到的數(shù)據(jù)進(jìn)行分析，做出決策。

4鋼鐵冶煉常見設(shè)備故障的處理措施

在鋼鐵冶煉過程中經(jīng)常會(huì)出現(xiàn)一些設(shè)備故障，工作人員要及時(shí)進(jìn)行機(jī)械設(shè)備的故障排查，及時(shí)消除設(shè)備故障隱患，保證機(jī)械設(shè)備的正常進(jìn)行[3]。

4.1轉(zhuǎn)子不平衡故障分析

在整個(gè)機(jī)器設(shè)備中不同的零件出現(xiàn)故障，進(jìn)行診斷的方法也不相同。轉(zhuǎn)子是機(jī)械中比較重要的一個(gè)轉(zhuǎn)換零件，轉(zhuǎn)子在進(jìn)行轉(zhuǎn)動(dòng)工作時(shí)，高速運(yùn)轉(zhuǎn)會(huì)使其自身每一個(gè)點(diǎn)時(shí)時(shí)刻刻都產(chǎn)生離心力。當(dāng)機(jī)械設(shè)備出現(xiàn)轉(zhuǎn)子不平衡的故障時(shí)，轉(zhuǎn)子自身產(chǎn)生的離心力無法進(jìn)行正常的抵消，從而導(dǎo)致轉(zhuǎn)子運(yùn)行異常。一旦機(jī)械設(shè)備發(fā)生轉(zhuǎn)子不平衡故障，首先要根據(jù)轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)動(dòng)的頻譜來進(jìn)行分析，根據(jù)異常的閾值來分析出現(xiàn)異常振動(dòng)的轉(zhuǎn)子是否是剛性轉(zhuǎn)子，依據(jù)譜圖中的數(shù)據(jù)通過與正常轉(zhuǎn)動(dòng)狀態(tài)的圖譜進(jìn)行對(duì)比分析，找到真正出現(xiàn)問題的區(qū)域，以及導(dǎo)致設(shè)備轉(zhuǎn)子異常工作的原因。只有準(zhǔn)確的找到故障發(fā)生的原因，進(jìn)行及時(shí)準(zhǔn)確的故障修護(hù)。此外，在轉(zhuǎn)動(dòng)頻率以及相位相同時(shí)，可以根據(jù)質(zhì)點(diǎn)的離心振幅的差率來判斷是不是基礎(chǔ)共振，如果離心振幅存在差率，說明故障原因是由轉(zhuǎn)子不平衡導(dǎo)致的。

4.2齒輪故障處理分析

齒輪對(duì)于大型機(jī)械設(shè)備來說是非常重要的，機(jī)械內(nèi)部的齒輪運(yùn)轉(zhuǎn)情況會(huì)直接影響到生產(chǎn)的質(zhì)量。機(jī)器在工作的過程中，齒輪與其他零件之間會(huì)存在摩擦，所以齒輪設(shè)備故障發(fā)生時(shí)，齒輪可能會(huì)出現(xiàn)振動(dòng)情況，這可以通過監(jiān)測圖譜上出現(xiàn)的邊頻帶是波形圖還是頻譜圖來判斷。我國現(xiàn)階段對(duì)于機(jī)械設(shè)備故障中的齒輪故障的處理方法主要有兩種，一種是時(shí)間域診斷法，這種方法主要是通過對(duì)齒輪轉(zhuǎn)動(dòng)一周的時(shí)間及振動(dòng)加速信號(hào)進(jìn)行研究分析，對(duì)照正常工作時(shí)的周期信號(hào)，此外這種方法還可以幫助消除噪音干擾因素，并以此來確保機(jī)械的正常工作；另一種方法是頻域處理法，這種方法是齒輪故障處理中常會(huì)用到的方法之一，主要是通過對(duì)頻譜進(jìn)行分析，來判斷齒輪故障。在機(jī)器進(jìn)行運(yùn)行時(shí)，機(jī)械內(nèi)部的齒輪之間會(huì)相互咬合，給彼此傳遞動(dòng)力，但是久而久之齒輪之間的咬合部分所能承受的負(fù)荷力會(huì)存在變化，當(dāng)其中一個(gè)齒輪所受到的力與正常工作時(shí)受到的力不同時(shí)，齒輪的運(yùn)轉(zhuǎn)就會(huì)出現(xiàn)問題，振動(dòng)信號(hào)也會(huì)與正常工作時(shí)不同。

4.3滾動(dòng)軸承的故障處理分析

在機(jī)械設(shè)備中，軸承就相當(dāng)于是整個(gè)機(jī)械運(yùn)轉(zhuǎn)的力臂，推動(dòng)整個(gè)機(jī)械正常工作。在機(jī)械正常工作時(shí)，不同部位的軸承在轉(zhuǎn)動(dòng)工作也會(huì)對(duì)自身造成傷害，技術(shù)人員可以根據(jù)軸承振動(dòng)所發(fā)出的聲音來判斷軸承的損傷程度以及損傷位置，還可以為之后的檢測提供一個(gè)相對(duì)準(zhǔn)確的故障信息[4]。當(dāng)然不同的損傷位置，所呈現(xiàn)出的數(shù)據(jù)是不一樣的，需要我們進(jìn)行對(duì)比研究。就目前所掌握的數(shù)據(jù)資料來看，判斷滾動(dòng)軸承是否出現(xiàn)故障的方式有兩種：一種是諧振信號(hào)接收法。這種方法主要是通過對(duì)比零件本身固有的頻率特點(diǎn)來分析，軸承的磨損程度。第二種就是脈沖信號(hào)接收發(fā)，主要是指利用脈沖信號(hào)對(duì)軸承表面的磨損壓痕以及腐蝕情況所產(chǎn)生的不同頻率進(jìn)行分析，這種方法也可以通過聽覺來計(jì)算。軸承故障會(huì)影響整個(gè)機(jī)械內(nèi)部的正常運(yùn)轉(zhuǎn)頻率，也會(huì)影響機(jī)械的振動(dòng)沖擊，一旦機(jī)械的滾動(dòng)軸承出現(xiàn)問題，它還會(huì)影響其他零部件的正常工作。在實(shí)際的運(yùn)轉(zhuǎn)中，診斷裝置會(huì)將接收到的振動(dòng)信號(hào)傳到感應(yīng)器上，再被濾波器接收，分析裝置會(huì)根據(jù)振動(dòng)信號(hào)來分析軸承的故障。

5結(jié)束語

綜上所述，在實(shí)際的鋼鐵冶煉中機(jī)械設(shè)備會(huì)經(jīng)常發(fā)生故障，建立現(xiàn)代化的故障診斷系統(tǒng)是非常有必要的。通過對(duì)機(jī)械內(nèi)部的運(yùn)轉(zhuǎn)狀況進(jìn)行實(shí)時(shí)的監(jiān)測，不僅能夠幫助企業(yè)做好事故預(yù)防，還能提高生產(chǎn)效率，為企業(yè)創(chuàng)造更多的經(jīng)濟(jì)價(jià)值。

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作者：李翠 單位：新疆工業(yè)職業(yè)技術(shù)學(xué)院