[发明专利]高速线材精轧机振动状态在线监测方法

权利要求书

1.一种高速线材精轧机振动状态在线监测方法，其特征在于本方法包括如下步骤：

步骤一、在精轧机的电机、齿轮箱和辊箱的各轴承座上设置用于输出振动信号的振动传感器，采集各振动传感器的原始输出信号Yi，对该原始输出信号Y_i作频谱分析，提取精轧机的特征信号；

步骤二、由步骤一的原始输出信号Yi经计算得到各轴承座轴承的内外环相对转速频率f_r，各轴承座的轴承故障表现在不寻常振动级值有冲击，轴承各零部件的振动特征频率与轴承参数的关系为

轴承外环振动频谱：f₀=nf_r(1-dcosα/D)/2                     (1)

轴承内环振动频谱：f_i=nf_r(1+dcosα/D)/2                     (2)

轴承滚动体振动频谱：f_p=f_r(D/d){1-[d(cosα)/D]²}/2              (3)

轴承保持架振动频谱：f_h={f_i[1-d(cosα)/D]±f_o[1+d(cosα)/D]}/2    (4)

式中：n为滚动体数、f_r为内外环相对转速频率、d为滚动体直径、D为节圆直径、α为滚子与轨道面的接触角；

步骤三、设定轴承故障因子，轴承内圈故障因子B₁、轴承外圈故障因子B₂、轴承滚动体故障因子B₃、轴承保持架故障因子B₄，则轴承各部件故障因子与振动频谱间的关系为：

B₁=(A_fi+1/A_fi+U_fi+1/U_fi)/4                          (5)

B₂=(A_f0+1/A_f0+U_f0+1/U_f0)/4                        (6)

B₃=(A_fp+1/A_fp+U_fp+1/U_fp)/4                         (7)

B₄=(A_fh+1/A_fh+U_fh+1/U_fh)/4                         (8)

式中A_fi,U_fi分别为轴承内环振动频谱f_i处的振动幅值和f_i在正负10%范围内振动值的加权平均，A_fo,U_f0分别为轴承外环振动频谱f_o处的振动幅值和f_o在正负10%范围内振动值的加权平均，A_fp,U_fp为轴承滚动体振动频谱f_p处的振动幅值和f_p在正负10%范围内振动值的加权平均，A_fh,U_fh为轴承保持架振动频谱f_h处的振动幅值和f_h在正负10%范围内振动值的加权平均；

步骤四、设定轴承的内环、外环、滚动体和保持架故障因子的报警值分别为B_s1、B_s2、B_s3和B_s4，监测步骤三中轴承故障因子B₁、B₂、B₃和B₄，当B₁、B₂、B₃和B₄分别大于B_s1、B_s2、B_s3和B_s4时，在线监测系统预报轴承异常；

步骤五、对于经步骤一采集的各振动传感器的原始输出信号Yi，将Yi经振动频谱分析FFT变换分别取得各轴承座对应轴系的1倍频转动频率、2倍频转动频率、3倍频转动频率和4倍频转动频率处的振动幅值分量Xi(t)，i取1、2、3和4，则1至4倍频转动频率的总振动值为

Ψ(t)=Σk=14Xi(t)---(9)]]>

分别监测X2(t)和X4(t)与Ψ(t)的比值Q，当比值Q大于20%时，在线监测系统预报轴承座所在轴系对中状态不良；

步骤六、对于经步骤一采集的各振动传感器的原始输出信号Yi，将Yi经振动频谱分析FFT变换分别取得各轴承座对应轴系的1倍频转动频率，则传动系统齿轮的啮合频率GMF为轴的转动频率与该轴上齿轮齿数Z的乘积，

监测传动系统齿轮的啮合状态选择频率范围为：1×GMF―3×GMF，

其中1×GMF表示齿轮的啮和频率，3×GMF齿轮啮合频率的3倍，

将该Yi经振动频谱分析FFT变换分别取得对应轴系的1×GMF、2×GMF、3×GMF频率处的振动幅值分量M(i)，设W（i)分别为振动频谱在i×GMF处的正负5%范围内振动值的加权平均值，i取1、2、和3；

则齿轮表面良好程度系数为

H(i)=M(i)W(i)---(10)]]>

当H（i）小于80%时，在线监测系统预报齿轮表面异常；分别监测W＝W(1)＋W(2)＋W(3)与总振动值Ψ(t)的比值C，当该比值C大于30%时，在线监测系统预报齿面啮合异常

步骤七、对于经步骤一采集的各振动传感器的原始输出信号Yi，将Yi经振动频谱分析FFT变换分别取得轴承座对应轴系的1至6倍频转动频率处的振动幅值分量Xi(t)，i取1、2、3，4，5和6，则1至6倍频转动频率的总振动值为

ρ(t)=Σk=16Xi(t)---(11)]]>

分别监测X₁(t)与ρ(t)的比值L，当比值L大于50%时，在线监测系统预报所在轴系轴承松动。