[发明专利]高速线材精轧机振动状态在线监测方法

摘要

本发明公开了一种高速线材精轧机振动状态在线监测方法，即本方法利用振动传感器获取精轧机的电机、齿轮箱和辊箱的轴承振动信号，并对该振动信号作频谱分析，提取精轧机的特征信号，采用分类指标监测精轧机运行状态的劣化趋势，避免因精轧机的电机、齿轮箱轴承和各个机架辊箱轴承零部件故障、轴系对中不良、齿轮表面故障以及齿面啮合状态异常、轴承松动等导致的轧机非计划停机，支撑高速线材精轧机设备的正常运行。

主权项

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$\mathrm{\Ψ}\left(t\right)=\underset{k=1}{\overset{4}{\mathrm{\Σ}}}{X}_i\left(t\right)---\left(9\right)$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$H\left(i\right)=\frac{M\left(i\right)}{W\left(i\right)}---\left(10\right)$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$\mathrm{\ρ}\left(t\right)=\underset{k=1}{\overset{6}{\mathrm{\Σ}}}{X}_i\left(t\right)---\left(11\right)$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。