矿渣立磨减速机故障状态的检测与诊断分析

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【摘 要】根据在矿粉立磨监测过程中积累的大量现场经验和数据资料，将传统的振动信号分析、先进的扭矩信号监测和矿粉生产工艺数据有效结合起来，能够很好地避免在生产中的许多可能发生的减速机故障。应用德国DALOG公司开发的系统状态监测技术，对大型立磨减速机进行预警以及故障识别，减少甚至避免减速机的故障尤其是重大故障的发生。

【关键词】DALOG 状态监测 故障诊断

矿渣立磨减速机在立磨系统中既要起到减速和传递功率、带动磨盘转动的作用，又要承受磨盘、物料的重力以及碾磨压力，再加上生产条件复杂多变，立磨减速机成为整套立磨设备容易出现问题，因此立磨减速机一旦发生故障，会直接导致全线停产的恶劣后果，使企业蒙受巨大经济损失。我公司经过立磨专业设计人员和DALOG公司技术交流，针对太钢立磨检测要求，研发立磨在线监测系统。监测系统能够实时监测扭矩信号、震动加速度信号。

1减速机监测系统组成与特点

减速机监测系统主要由转速传感器、扭矩传感器系统、XY方向振动传感器、加速度传感器、振动检测单元、DALOG监测系统以及DALOG分析软件。DALOG减速机监测系统不同于传统监测系统的主要特点是：它不仅仅监测滚子轴承，而且监测齿轮箱的齿轮啮合。除了记录传统的振动信号外，同时也安装一个可靠的扭矩检测系统。在对振动信号的频域信息进行分析的同时，也对扭矩信号的频谱进行分析。

扭矩信号通过遥测传感器的非接触测量进行可靠的记录。为了获得扭矩信号，一个电阻应变片，一个信号放大器以及一个天线环需要安装在驱动轴上。天线环可以分离，被安装在现存的设备上，接入供电电压后，通过固定在机床上的天线头读出信号数据。扭矩信号是最重要的信号之一，它提供的信息包括：设备的运行状态、危险的过载、扭频等等。

设备每一重要部件都有自身的转动和啮合频率，分析扭矩曲线有明显周期性振动，根据设备固有频率分析出设备部件磨损和损伤程度和裂化趋势，及早准备备件，指导检修安排。减速机的扭矩值直接反映了设备的运行状况，要查看设备运行是否正常首先要分析扭矩信号，为了查看扭矩信号是否异常，系统设置了5类扭矩报警信号（表1），并且简单分析了造成扭矩报警的原因。

表1 故障报警原因

报警名称 报警原因

1 扭矩最大值报警 a、减速机损坏

b、磨辊轴承损坏，同时磨辊轴承温度上升。

c、磨盘内部进入异物，同时冲击报警。

2 扭矩均值报警 a、立磨投料量过大，过负荷运行

b、磨机启动时报警，磨盘布料过多，阻力过大

c、饱磨现象发生，物料不能及时排出

d、研磨压力过大

e、磨辊轴承损坏，常伴有轴承温度上升，转速低现象

3 扭矩峰值冲击报警 a、启动磨机时，离合器间隙大

b、磨机磨盘上进金属异物

c、磨机衬板等部件落下进入磨盘中

d、减速机损坏

4 负扭矩报警 a、料床形成不好，磨机不稳定，磨机本身振动大

b、减速机出现断轴断齿故障

5 动态值报警 a、料床形成不好，磨机不稳定，磨机本身振动大

b、磨辊出现裂缝、断裂和焊层局部脱落，对照特征曲线分析

c、磨盘衬板出现坑洞、开裂现象，对照特征曲线分析

2减速机故障判断与案例

DALOG监测系统从加速度和包络信号来分析特征值，给出设备异常以及设备运行状态的变化。例如Rms值、峭度值等等。通过频域特征分析出故障的位置。例如：齿轮啮合频率和谐波、边频带、滚子轴承频率、轴的旋转频率等等。

除了从加速度信号构建的特征值外，从扭矩信号也构建特征值。例如：扭矩的最大、平均和最小值、齿轮啮合频率和谐波、边频带、滚子轴承频率、轴的旋转频率等等。加速度信号，包括信号和扭矩信号的特征值，结合生产过程变量的特征数据，可以提供最大可能的精确预测以及设备故障的确诊。

2010年6月在立磨运行中发现3号立磨出现主电机电流波动较大，立磨产量无法增加等问题，停机对于设备进行检查没有发现明显问题，然后我们对DALOG的信号进行分析。通过观察4号传感器的振动峰峰值的趋势值从2010年7月25日到7月31日有明显增大的趋势。考察4 号传感器采集的振动原始信号的时域图，比较多个时间点的时域图变化。通过比较2010年7月19日的时域图和2010年7月31日的时域图，可以清楚的看到在2010年7月31日的时域图上出现了明显的冲击信号。

图1 4号传感器2010年7月19日和7月31日的时域图

其中左图1为7月19日的时域图，右图1为7月31日的时域图。分别对这两个时间点的信号进行快速傅立叶变换（FFT），变换后的频谱如图5所示：

图2 4号传感器2010年7月19日和7月31日的频谱图

从图2中的A点：7月19日4号传感器的振动频谱和B点：7月31日4 号传感器的振动频谱的比较中可以看出。在7月31日的振动频谱上出现了大量围绕298Hz（伞齿轮啮合频率）及其多次谐波频率的边频带。边频带的间隔频率为16.5Hz。此间隔频率和输入轴的旋转频率相同。（通过查看特征频率表可以知道伞齿轮啮合频率的计算值为297Hz，输入轴的旋转频率计算值为16.5Hz）。

将各个不同时间点的时域图，频谱图进行比较，或者通过瀑布图都可以看到和输入轴旋转频率相关的故障的演化。结合特征值的变化趋势，我们可以清楚的获知被监测设备的状态是否发生改变，是否有故障产生。通过频谱分析，根据不同部件的特征频率，我们可以定位到是减速机上哪一部分可能产生了故障。停机后检查输入轴和伞齿轮，发现在输入轴小伞齿轮的一个轮齿中部出现比较大的裂纹。

3 结语

通过实践证明采用扭矩和振动信号时域波形各项参数的趋势分析可以对机器设备的运行情况做出总体的判断，根据实际情况对立磨的各主要部件进行简易诊断。应用振动信号分析方法可以解决减速机设备中大部分的问题，在实际使用中收到很好的效果。通过实践证明，将扭矩和低频振动等多种传感器信号综合起来对立磨系统进行监测，能够取得比较好的监测效果。

参考文献：

[1]范爱华，黄震西，喻P.减速机故障状态的监测和诊断分析[J].钢铁研究，2004，03：58-61.

[2]邢建海，刘箴，张彦杰.TRMS矿渣立磨的保养与维修[J].中国水泥，2010，08：64-67.