高速线材精轧机常见故障分析与故障诊断方法研究本科毕业论文.docx
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高速线材精轧机常见故障分析与故障诊断方法研究本科毕业论文
学号：
1006060113
XingtaiPolytechnicCollege
毕业论文
GRADUATEDESIGN
论文题目：
高速线材精轧机常见故障分析与
故障诊断方法研究
学生姓名：
专业班级：
材料成型与控制技术
院系：
资源与环境工程系
指导教师：
目 录
摘要2
ABSTRACT3
引言4
1高速线材轧机的发展5
1.1线材轧机的发展与高速线材轧机的诞生5
1.2高速线材轧机的发展概况5
1.2.1高速线材轧机机型5
1.2.2高速线材轧机的发展与成熟6
1.2.3高速线材精轧轧机的典型结构6
2高速线材精轧机的故障机理和故障特征8
2.1精轧机轴承的故障机理和故障特征8
2.1.1滚动轴承常见故障形式8
2.1.2滚动轴承的震动信号特征10
2.2精轧机齿轮的故障机理和故障特征10
2.2.1齿轮常见的故障形式10
2.2.2齿轮的震动信号号特征11
3高速线材精轧机故障诊断方法研究13
3.1精轧机振动信号的时域波形分析13
3.2精轧机振动信号的幅值域分析14
结论15
致谢16
参考文献17
摘要
精轧机组是线材厂的关键设备，对精轧机组进行在线监测，可以提前预知设备的工作状态以及故障的发展趋势，对保证企业的安全生产有重大意义。
锥齿轮箱是精轧机的重要零部件，因此研究锥齿轮箱的诊断技术对于降低设备维修费用，提高产品质量和市场竞争力具有重要的工程应用价值。
论文针对高速线材精轧机故障开展研究，利用便携式仪器，对关键设备进行点检，按照一定周期采集设备的振动数据进行统计并分析。
以曲线形式反映在系统工作站，成功捕捉到精轧机的各种故障，避免了恶性事故的发生，取得了显著的经济效益。
关键词:
高速线材轧机；齿轮箱；在线监测；故障研究
ABSTRACT
Thefinishingmillisthekeypartofhighspeedrollingmill.Theworkingconditionandfaulttrendscanbepredictedbytheon-linemonitoringandfaultdiagnosissystem,whichisveryimportanttoensurethesafetyinproduction.Bevelgearboxisanimportantcomponentoffinishingmill,thereforetostudythediagnosistechnologyofbevelgearboxtoreduceequipmentmaintenancecosts,improveproductqualityandmarketcompetitivenesshasimportantengineeringapplicationvalue.Paperforhighspeedwirerodfinishingmillfailuretocarryouttheresearch,theuseofportableinstruments,thekeyequipmenttocheck,accordingtocertaincyclevibrationdataacquisitionequipmentforstatisticsandanalysis.Workstationincurveformreflectedinthesystem,successfullycapturethefinishingmillallkindsoffault,toavoidthemalignantaccident,hasobtainedtheremarkableeconomicbenefits.
Keywords:
High-speedwiremills;GearBox;On-LineMonitoring;Faultdiagnosis;
引言
企业的发展动力来源于员工的较高素质，员工的专业知识与技能的熟练握是企业高效率生产及操作技能水平。
进行这次毕业论文设计，也为将来的工作打下了坚实的基础。
无论是实际应用中，还是在理论研究方面。
我都尽量使它符合实际操作。
因为我实习的岗位为精装工，所以我比较侧重实际操作技能，不断要求自己提高实际动手解决为体的能力，使自己的工作水平更上个台阶以及对我国钢铁企业尽一份自己的微薄之力。
1高速线材轧机的发展
1.1线材轧机的发展与高速线材轧机的诞生
据资料介绍，第一台轧机问世于17世纪，比较正规的第一台横列式轧机建于1817年，，由于受冶金工业发展限制，直到19世纪末仍以横列式为主。
20世纪线材轧机发展迅速，由横列式、半连续式、连续式直到高速线材轧机的诞生，每一种新的布置都使线材的轧制速度、质量、和盘重有所提高，唯独高速线材轧机取得了突飞猛进的发展。
纵观轧机发展史，不得不提二种具有代表性的轧机：
一种是以美国摩根公司为代表研制的精轧机组集体传动的二辊水平式轧机；一种是以德国是罗曼公司为代表研制的精轧机组单独驱动的平——立交替式轧机。
集体传动受到了轧制速度和扭转翻钢的限制。
轧制速度高，活套出口速度就高，甩尾打结因此频频发生；轧制速度高，扭转导管故障显著增加，即便优化扭转导管，轧制速度也不过35m/s.二辊水平轧机虽然多线轧制，各条线之间互不影响，但是一条线有故障，必须全线停下来，当恢复轧制时，高速轧机需要慢速“爬行”通过轧件，然后在高速生产，所以多线轧制的作业率低。
更重要的是多线轧制的产品断面尺寸精度低，对于线材来说，可能影响较小，但是对于表面质量要求十分严格的冷镦才、弹簧丝、琴钢丝等，提高其精度是十分必要的。
1.2高速线材轧机的发展概况
1.2.1高速线材轧机机型
纵观高速线材轧机的发展史，一般轧机最大速度在40米每秒左右，因此，所谓高速轧机，一般是指最大轧制速度高于40m/s。
高速轧机的特点是高速、无扭、微张力。
其产品的特点是盘重大、精度好、质量高。
因此，高速轧机仅仅是高速线材轧机的关键设备之一。
其机型按轧辊大小可分为大辊径（直径250-290毫米）和小辊径（直径152-210毫米）；按轧辊中心线相对于地面布置的角度，可分为15度、75度、45度、平-立辊交替二辊式等；按轧辊的支撑状况，可分为双支点（三辊式和框架式）和悬臂式两种。
而45度高速轧机，按机架间轧辊交汇位置不同，又分为侧交和顶交；按传动方式不同，又分为外齿传动和内齿传动两种。
上述各种机型可概括为三辊式、45度、15度/75度和平-立交替式4种。
1.2.2高速线材轧机的发展与成熟
如前所述，一般将轧制速度大于40米每秒的轧机称为高速轧机。
因此轧制速度是高速线材轧机的一个重要参数。
摩根式精轧机是当代具有代表性的高速轧机。
20多年的发展，摩根轧机一次又一次取得了质的飞跃。
表1摩根轧机各代情况
代
Ⅰ
Ⅱ
Ⅲ
Ⅳ
Ⅴ
Ⅵ
保证轧制速度
43
50
61
75
80
100
最大辊径时的轧制速度
50
60
75
90
100
120
电机最大转速时的轧制速度
60
72
90
112
120
140
从表1可看出，轧制速度一次又一次的提高。
轧制速度提高了，盘重自然而然的就增加了。
因为当成品轧制速度为43米每秒时，盘重通常为600千克左右，当轧制速度提高到50到75米每秒时，盘重可增加到1000-2000千克，个别的甚至达到2500千克。
为了适应高速度的要求，无扭精轧机组进行了改进，例如：
降低机组重心，降低传动轴高度，减少机组的振动。
说道振动，因为摩根三代到五代均采用45度侧交，这种方式的轧机传动轴距基础平面太高，机组振动大，噪音大，而振动限制速度的增长，所以他又被淘汰的趋势。
强化轧机，增大精轧机组大辊径轧机的数量。
改进轧机调整性能。
为了适应高速度调整和控制调整的要求，高速线材轧机在精轧机组增设了辊缝传感器和数字显示器。
1.2.3高速线材精轧轧机的典型结构
高速线材精轧机组是典型的高精度、高集成度设备，一般由电机、增速箱、齿轮分配箱、锥齿轮箱和辊箱组成。
以唐山德龙钢铁有限公司线材厂的精轧机为例，其如图1所示。
机架为V型互成90°布置，10个机架安放于整体刚性底座上，由电机集中驱动。
主电机通过增速箱和分配箱的齿轮，带动两根输出轴，输出轴通过齿形联轴器与两根传动轴相联，分别驱动上下两侧的奇数和偶数机架。
传动如图2、3所示。
图1精轧机现场实况
图2整体示意图
图3箱体内传动示意图
2高速线材精轧机的故障机理和故障特征
2.1精轧机轴承的故障机理和故障特征
滚动轴承是旋转机械转子系统以及部分往复机械曲轴组件的重要支承部件，其基本结构包括轴承外圈、轴承内圈、滚动体（钢球）、保持架（器）等元件（如图4所示）。
图4滚动轴承示意图
在旋转机械的各种故障中，滚动轴承故障占有相当大的比例，据不完全统计，旋转机械的故障中约有30%是由滚动轴承引起的。
因为滚动轴承是机器上的易损件，严重的轴承故障会导致机器剧烈的振动和噪音，降低设备效率，甚至引起设备损坏。
一直以来，我们习惯于对滚动轴承采用定期更换的维修方式，但是由于轴承的原始状况和工作条件等都很复杂，其使用寿命一般很难人为预计。
也就是说，与其他机械零件相比，滚动轴承的寿命离散性很大。
比如在我厂，有的轴承已远超过设计寿命而依然在使用，而有的轴承在新安装上机后就出现烧损、断裂等故障。
所以滚动轴承的诊断方法，一直是机械故障诊断中重点发展的技术之一。
滚动轴承故障的准确诊断可以减少或杜绝事故的发生，最大限度发挥轴承的工作潜能，对节约开支，具有重大意义。
2.1.1滚动轴承常见故障形式
滚动轴承在运转过程中可能会由于各种原因引起损坏，如装配不当、润滑不良、水分和异物的侵入、腐烛和过载等都可能会导致轴承过早的发生损坏。
即使在安装、润滑和使用维护都正常的情况下，经过一段时间的运转，轴承也会出现疲劳剥落和磨损而导致无法正常工作。
滚动轴承在工作时，内、外套圈间有相对运动，滚动体既自转又围绕轴承中心公转，滚动体和套圈分别受到不同的脉动接触应力。
总之，滚动轴承的故障原因是十分复杂的。
滚动轴承的主要故障形式如下：
（1）疲劳脱落
滚动轴承的内外滚道和滚动体表面既承受载荷又相对滚动，由于交变载荷的作用，首先在表面下一定深度处（最大剪应力处）形成裂纹，继而扩展到接触表面使表层发生剥落坑，最后发展到大片剥落，这种现象就是疲劳剥落。
疲劳剥落会造成运转时的冲击载荷、振动和噪声加剧。
通常情况下，疲劳剥落往往是滚动轴承失效的主要原因。
（2）磨损
由于尘埃、异物的侵入，滚道和滚动体相对运动时会引起表面磨损，润滑不良也会加剧磨损，磨损的结果使轴承游隙增大，表面粗糙度增加，降低了轴承运转精度，因而也降低了机器的运动精度，振动及噪声也随之增大。
（3）塑性变形
当轴承受到过大的冲击载荷或静载荷时，或因热变形引起额外的载荷，或有硬度很高的异物侵入时都会在滚道表面上形成凹痕或划痕。
这将使轴承在运转过程中产生剧烈的振动和噪声。
而且一旦有了压痕，压痕引起的冲击载荷会进一步引起附近表面的剥落。
（4）诱烛
锈烛是滚动轴承最严重的问题之一，高精度轴承可能会由于表面锈蚀导致精度丧失而不能继续工作。
水分或酸、碱性物质直接侵入会引起轴承锈烛。
当轴承停止工作后，轴承温度下降达到露点，空气中水分凝结成水滴附在轴承表
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