高线吐丝机在线监测与故障诊断技术的与应用

价值工程0引言吐丝机是高速线材生产的关键设备，布置在精轧机后，其作用是将线材绕制成一定直径的线圈,然后平铺在风冷辊道上[1]。

吐丝机运转的正常与否，直接关系着吐丝质量和成品丝的收集。

为提高吐丝机运转的可靠性，延长其使用寿命，安装了棒线材轧机网络监测诊断系统—LeadMeasur-GX2，对包括吐丝机在内的精轧机组的振动情况进行监测，并分析诊断故障结果，从而及时掌握设备的运行状况，及时甚至早期发现设备的异常状况，为合理地制订设备的维护计划提供技术依据，以防止由于某些易损件（例如滚动轴承、连接螺栓、齿轮等）的突然失效而造成的重大设备事故。

1高线吐丝机典型设备故障及特点1.1吐丝机滚动轴承的主要故障高线吐丝机滚动轴承故障约占全部故障的50%左右。

滚动轴承事故往往发生在转速较高的设备上。

滚动轴承的内外圈故障一般短时间内不会对吐丝机造成大的影响，但不处理会引起轴承运转问题，造成间隙误差加大，并产生额外热量，从而使磨损加快，最后酿成较大的事故。

内外圈故障的原因和润滑、安装状况、轴承质量、使用情况都有关，往往很难直接判断事故的具体原因。

轴承滚动体事故往往是保持架的问题，如果保持架损坏造成滚动体脱落，对于吐丝机轴承而言，极易引起伞齿轮啮合不好而发生打齿事故，造成一对伞齿轮报废，使连带损失加大，检修更换和组装备件时间增长。

一般的滚动轴承故障往往会事先有迹象，如能及时诊断并进行处理，往往会避免较大的连带事故发生。

高线吐丝机滚动轴承的主要故障有：磨损、疲劳剥落、塑性变形、腐蚀、断裂等。

1.2吐丝机传动齿轮的主要故障齿轮打齿事故可分为部分打齿和全打齿，其中部分打齿是指齿的局部损坏，暂时不会影响设备的使用，但会有一些征兆，如震动加大，造成齿轮整个承载能力的下降等，不及时处理会造成全打齿的发生。

全打齿是指部分或全部的整根齿损坏，发生后会有剧烈震动，设备不能继续运行，而由于螺旋伞齿轮的运行精度要求更高，在使用中，往往小的断齿事故就会使设备不能直接使用。

高线吐丝机齿轮的主要故障形式有：齿面接触疲劳与点蚀、齿面磨损、齿面胶合和划痕、弯曲疲劳与断齿等。

2共振解调技术应用共振解调技术的主要目的是为了检测机械设备出现故障隐患时的微冲击，利用加速度传感器监测机械设备的振动来获取轴承、齿轮及其他旋转机械因故障产生的微冲击信息。

冲击信号自身包含无限次谐波脉冲，高频分量尤其丰富，利用冲击信号的这一特点，采用高频谐振器剔除信号中难以区分正常与否的低频振动信息，获取信号中由碰撞冲击而产生的高频成分，由谐振器转换成高频自由衰减振荡的共振波形，再由解调电路转换为低频信号，这样就可以从幅值和频率两个方面实现高信噪比的故障诊断[2]。

轴承外圈故障的特征频率为：fc=fK0z=（Do —d ）foz/2Do=（Do —d ）nz/120Do （1）式中：Do ———轴承的节径，mm ；D ———滚动体直径，mm ；Z ———滚动体个数，个；n ———轴的转速，r/min 。

式（1）为根据理论计算轴承外圈有故障时的特征频率。

如果从振动信号的频谱中看到对应的谱线，就可以对轴承外环的故障作出诊断[3]。

3吐丝机在线监测系统吐丝机在线监测系统采用加速度传感器，安装在吐丝机本体上，通过抗干扰的屏蔽线路把设备的振动信号测取出来，送至信号预处理仪进行处理。

处理后的数字信号在经过时域波形、频谱、倒谱、历史数据与当前数据的比较等多种分析功能，提取振动信号中的各种有用信息，确定设备运行的情况，达到对设备状态的监测、故障诊断的目的。

———————————————————————作者简介：张丹（1968-），女，河北唐山人，本科生，工程师，讲师，研究方向为冶金机械；吴爱新（1969-），女，河北廊坊人，工程硕士，高级讲师，研究方向为金属塑性变形及生产过程控制。

高线吐丝机在线监测与故障诊断技术的研究与应用The Research and Application of Laying Head On-line Monitoring and Fault Diagnostic Technique张丹ZHANG Dan ；吴爱新WU Ai-xin（唐山科技职业技术学院，唐山063001）（Tangshan Vocational College of Science and Technology ，Tangshan 063001，China ）摘要：为提高对吐丝机等高线设备的事故预知与维修能力，达到降低成本、减少事故发生频率的目的，本文重点研究了吐丝机网络监测诊断系统—LeadMeasur-GX2系统在线材生产过程中的应用情况，通过对系统运行情况的分析，总结出了包括吐丝机在内的精轧机组的振动情况与事故之间的因果关系，从而对事故进行前瞻性的预测，实现了对重大故障的及时发现与处理，保障了设备的安全可靠的运行，降低了设备故障率。

Abstract:Equipment of high speed wire-rod including Laying Head is fitted with on-line monitoring system in order to improve the ability of predictive maintenance of highline equipment like Laying Head ，and to achieve the goal of lowering costs ，cutting down the time taken by accident.Through the operation of the system ，catastrophic failure can be discovered in time,which plays a positive and secure role in the safe and reliable operation of equipment and thus reduces equipment failure rate.关键词：吐丝机；在线监测；故障诊断Key words:laying head ；on-line monitoring ；fault diagnostic 中图分类号：TH6文献标识码：A 文章编号：1006-4311（2012）33-0032-02·32·Value Engineering高速线材生产线吐丝机监测诊断系统的软件，还具有设备故障诊断分析功能，这部分功能是这个监测诊断系统的关键，安装在生产现场的吐丝机上，传感器测出的震动值，经过诊断系统的分析功能，进行简易故障诊断和精密诊断两级分析工作，并提供丰富的图形显示，为技术人员进行生产和事故的分析创造了良好条件。

经过对这些信息进行仔细分析后，技术人员能迅速掌握吐丝机的工作状态和设备事故的位置和类型，使工厂能够及时的对设备进行维护。

3.1分析功能分析功能主要包括：①简易故障诊断分析，应用峰值、均值、均方根值、脉冲指标、歪度指标、峭度指标等时域指标；②峰值是指振动物体（或质点）在振动过程中偏离平衡位置的最大距离。

峰值窗口的功能是用柱形图的形式显示设备的振动峰值；③均值是指峰值的平均值。

均值窗口的功能是用柱形图的形式显示设备的振动平均值；④均方根值，也就是振动有效值，反映了信号能量的大小。

均方根值窗口的功能是用柱形图的形式显示设备的振动均方根值；⑤脉冲指标所表示的是波形是否有冲击，是峰值的平均值。

脉冲指标窗口的功能是用柱形图的形式显示设备的脉冲指标；⑥歪度指标反映了波形对于纵坐标的不对称性。

歪度指标窗口的功能是用柱形图的形式显示各个设备的歪度指标；⑦崤度指标是对歪度指标的再度积分，崤度对大幅值敏感，对探测信号中含有脉冲信号的故障比较有效。

崤度窗口的功能是用柱形图的形式显示设备的崤度。

3.2精密诊断分析精密诊断分析主要包括：①时域分析就是根据振动的波动曲线，通过分析波动曲线可以找出振动的分布和形状；②频谱分析就是表征信号幅值与频率之间的相互关系；③倒谱分析能突出主要频率成分，分辨复杂频谱图的各个组成部分；④小波分析是将非稳定的信号分解后返回到时域，结合频域的滤波，重组波形的时域分析手段。

3.3趋势分析功能吐丝机故障在线监测诊断系统软件还具有趋势分析功能，可以对机组的振动信号数据进行仔细的趋势与故障随机预测分析，对发生事故的时间进行前瞻性的预测，对轧机设备的维护很重要，维修人员可以根据这个信息来决定是否进行检修和应急的事故抢修处理，并及时备出相应的备品备件，也可进行其他设备的检修维护工作。

系统自投入使用以来，排除了多起故障隐患，避免了重大设备事故的发生，提高了对设备的预知维修能力。

4诊断实例4.1预测吐丝机轴承故障LeadMeasur-GX2在检测系统一次的报警显示中，高线吐丝机的振动峰值出现增大趋势，并达到黄色报警值。

三天后出现红色报警信号，此后振动峰值逐渐攀升，最高峰值达到800mm/s2左右。

高线吐丝机的振动峰值出现增大趋势并连续出现红色报警，说明吐丝机存在明显的振动源。

设备点检人员用人工方法进行监听、测温，打开视孔盖检查等未发现明显异常。

在排除了检测系统本身设备故障而产生的误报警之后，设备点检人员决定利用LeadMeasur-GX2在线监测系统的精密诊断分析功能和趋势分析功能对吐丝机进行进一步的诊断。

4.2故障数据分析由LeadMeasur-GX2在线监测系统看出，高线吐丝机峰值从开始黄色报警以后逐渐出现上升趋势，并超过了设定的红色报警值。

技术人员从检测系统的吐丝机峰值信息判断，在线监测系统的振动量指标从检测系统出现黄色报警后三天开始连续出现红色警报，设备很可能存在了隐患。

再从检测系统的崤度值趋势显示信息看出，吐丝机的峭度趋势从开始报警之日起就有逐渐有上升趋势，并超过了正常值3，最高达到了30以上，说明故障信号中含有脉冲信号，技术人员因此判断可能是轴承出现了故障隐患。

由开始报警之后三天的频域趋势信息得知，吐丝机对应的频率19.531Hz 与I轴和II轴的特征频率相一致，但是比较接近II轴，与I轴误差太大，所以可能是II轴有故障隐患。

由开始报警之后第五天的时域趋势显示信息可以清楚的发现，吐丝机时域趋势有明显冲击，而且时间间隔为0.049s，冲击频率为20.408Hz，与高速轴转频的特征频率基本一致，技术人员得出结论，很有可能是吐丝机的II轴轴承有故障。

经过对吐丝机各种趋势分析结果的进一步分析和故障频率、振动幅值及对应特征频率表的对比得出，高线吐丝机II轴轴承可能存在故障，其振动值逐渐扩大，但是现场检测轴承外表未见明显异常，润滑油化验有微量金属含量存在，因此怀疑可能是轴承内外圈以及滚动体点蚀的局部剥落造成的振动。