摘要：减定径机组在线监测联合保护系统提供不间断的振动和温度监测，避免人工检测的不准确性和周期性。对监测数据实时显示、自动处理分析、储存，以便于跟踪设备的长期运行变化情况。对检测到的故障随时报警并且提供有效参考，对故障早期判断、及时准确检修、降低故障损失发挥基础性作用。
关键词：减定径机组 振动 温度 综合处理 提示预警 保护 判断故障
Reducing sizing mills on-line monitoring combined protection system
Liu Liang、Zhao Xun、Du Xiangkun、Qi Xiangyu、Pu Jinglong
Harbin Hafei Industry Co., Ltd, Heilongjiang, Harbin, 150066
Summary：Reducing sizing mills on-line monitoring combined protection system provides continue vibration and temperature monitoring. It avoids the uncertain and periodicity which made by manual monitoring. To monitor the real-time date display, auto-process、analysis and store, it is better to track the equipment long-time running changing situations. The system will alert any time when it detects the fault. And it will supply the effective reference. It plays a fundamental role for the early fault diagnosis、timely correct overhaul and reduce fault loss.
Key-words：Reducing sizing mills, vibration, temperature, synthesize, prompt and alert, protection, fault diagnosis
1概述
高速线材生产线以设备运行速度高、轧件产出速度快著称，目前国内高速线材轧制Φ6.5mm以下规格线速度可以达到105m/s，Φ8mm规格可以达到97m/s以上，减定径机组是生产线成品速度和精度保障的核心设备。按照理论设计速度空负荷试车时轧辊轴转速11700r/min，实际生产时轧辊轴输出转速约9000r/min；现代高线生产工艺经常采用低温轧制方案增强成品的力学性能，使减定径机组的轧制负荷增大；高速线材生产线的产出效益主要取决于减定径机组的运行速度和效率，减定径机组长期处在大负荷高速度运行工况。生产线对减定径机组运行状态的监测尤为重要。
2 设备基本情况及现有检测手段
为了实现传动和工艺要求减定径机组的机械结构相对比较复杂，分为换档变速箱、传动箱和辊箱三部分大总成部件，其中辊箱轴承设计采用油膜轴承，传动箱分为上下三级变向传动，换档变速箱采用两级换挡设计（图一减定径机组示意图）。
图一 减定径机组示意图
Pic.1 diagrammatic drawing of reducing sizing mills
图二 人工离线监测示意图
Pic.2 diagrammatic drawingof manual off-line monitoring
生产现场通过点检检测的方式严格对机组运行状态进行监护，测振动的方式是用手持式测振仪，测温的方式是用红外测温枪，都在箱体的外侧测量。按照设计要求振动值≤4mm/s，温升低于75℃，因为设备机械结构复杂轴承座齿轮在箱体内部较深层级，温度、振动外传不明显，箱体外侧振动值、温度数据不准确，一般箱体外侧振动值2.5mm/s左右，温度50℃左右。由于减定径机组高速大负荷的运行特性，运行状态出现变化到发生故障的时间比较短。人工测量记录有异常时往往要通过设备声音结合经验来判断，是否停机检修、检查哪个部位等，存在很大不确定性，经常会存在停机检修不及时或故障判断不准确的情况（图二 人工离线监测示意图）。
导致设备在线重故障或者影响检修效率；人工监测属于离线监测存在间断性，当轴承、齿轮等重要零部件出现故障时很快就会引发整机大故障，出现大故障时只能整机更换，导致生产线停机时间长严重影响生产。并且整机修复的费用比较高，如果损坏严重存在整机报废的可能造成较大经济损失。对减定径机组的运行监测应该采用在线监测的方式，自动检测、分析并且采取保护措施，对机组运行检测、保护，对检修、维修提供指导参考。
3 振动和温度在线检测的具体实施
对减定径机组的监测分为振动和温度两个方面
3.1振动在线检测分析：根据设备输入转速及减定径机组各个传动级的速比信息建立传动模型，参考输入转速可以计算得出各个位置的应有频率，通过模型将需要监测位置换算为此位置的特征频率。例如：传动箱（图三 传动箱下层传动示意图）K1传动轴与输入轴速比2，电机输入1000r/min时K1传动轴转速2000r/min，此时该轴的旋转频率为33.3赫兹。
图三 传动箱下层传动示意图
Pic.3 diagrammatic drawing of drive housing bottom
监测各个频率的振动幅值变化，设备正常稳定运行时任意位置和频率都是有规律的。当某一频率振动幅值超出规律变化或者增加到第一设定值4 mm/s时，系统会发出预警并显示故障位置，提醒现场对设备故障进行检修处理。振动幅值达到第二设值6mm/s时会发出设备自动停车指令，设备立即停止运行避免造成进一步损坏或重故障。在减定径机组主传动箱体安装振动检测头（图四 滚动轴承测振示意图），将测试数据实时传回振动数据分析模块，经数据分析模块处理后在显示界面实时显示各监测位置的实际振动情况。在减定径机组主电机采集输入转速实时数据，这样在已知转速下减定径机组想要检测位置的频率是相对应的。
图四 滚动轴承测振示意图
Pic.4 diagrammatic drawing of antifriction bearing vibration monitoring
当某一频率振动幅值超出规律变化或者增加到设定值时，根据振动设定的级别在显示界面提示预警，或立即向减定径机组传动控制系统发出指令停车。同时在显示界面给出判断的故障位置。
3.2温度在线检测分析：设备稳定运行时轴承温度、供油温度、回油温度、设备负荷（传动电机负载功率）之间处于相对稳定状态，建立相应的关联数据模型。监测各油膜轴承位置的温度情况（图五 油膜轴承测温示意图），当温度升高时会发出预警并显示高温位置，当温度上升速率较快大于5℃/min或者超过设定值120℃时发出设备自动停车指令，设备立即停止运行避免造成进一步损坏或重故障。
图五 油膜轴承测温示意图
Pic.5 diagrammatic drawing of oil film bearing temperature monitoring
在减定径机组供油口、油膜轴承的基背处偏心套内、箱体回油位置安装测试头监测轴承温度，将实时温度监测数据传回温度数据分析模块，将实时温度现在显示界面，经过数据分析处理后按照温度设定级别在显示界面提示报警，或立即向减定径机组传动控制系统发出指令停车。同时在显示界面给出判断的故障位置（图六 减定径机组在线监测联合保护系统原理图）。
3.3振动值在线检测和温度在线检测的互相辅助判定作用，当减定径机组轧制负荷变化时，设备振动值和油膜轴承温度都会有相应的变化。将振动值在线检测和温度在线检测的数据综合处理，过滤掉因设备负荷变化导致单独测温或测振数据的不准确性。例如：在减定径机组负荷增大时传动电机功率、油膜轴承温度和震动幅值都会增加，在这种情况下系统可以判断为负荷或速度提升使整体指标上升，避免振动或温度监测单一指标误认为故障的情况；如传动电机功率、转速没有发生变化，减定径机组的振动值或者温度上升系统就可以判断为故障信号执行报警或停车等指令。通过综合处理进一步提高故障判断的准确程度。
通过对机组振动和温度的联合数据监测，可以判定减定径机组负荷是否合理，例如：减定径机组负荷过大时振动值和油膜轴承温度都会又增加。合理分配负荷对设备正常运行和工艺合理性给出指导，在电机功率没有变化时两架辊箱的振动和油膜轴承温度出现较大差异，就说明两个机架的负荷分配不均匀，可以及时调整辊缝、料形等工艺参数，重新分配负荷。起到对设备的保护作用同时为生产线的产能和产品精度提高发挥作用。
图六 减定径机组在线监测联合保护系统原理图
Pic.6 schematic diagram of reducing sizing mills on-line monitoring combined protection system
4 结语
通过对减定径机组振动、温度的在线监测分析，以及二者的互相辅助判定作用，实现减定径机组故障的早期判断，为检修提供明确参考。在线监测联合保护系统可以增强机组运行的保障性，降低设备维护成本、提高运行效率。
参考文献
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论文作者:刘亮,赵勋,杜祥坤,亓翔宇,濮精龙
论文发表刊物:《基层建设》2019年第20期
论文发表时间:2019/9/21
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