中板轧机测试与故障诊断实例.pps

1、 中板轧机性能测试及多源诊断中板轧机性能测试及多源诊断信息获取研究信息获取研究 西安建筑科技大学机电工程学院西安建筑科技大学机电工程学院 谷立臣 教授谷立臣 教授联系方式联系方式: 029-82201082029-82201082 研究内容研究内容引言引言引言引言 轧机主传动系统数学模型轧机主传动系统数学模型轧机主传动系统数学模型轧机主传动系统数学模型 轧机多源动态信息获取轧机多源动态信息获取轧机多源动态信息获取轧机多源动态信息获取 结论结论结论结论 研究目的研究目的研究目的研究目的 为确切查明临钢为确切查明临钢为确切查明临钢为确切查明临钢 23002300mmmm 三辊劳三辊劳三辊劳三辊劳特

2、式中板轧机的实际负荷状况，以便充分特式中板轧机的实际负荷状况，以便充分特式中板轧机的实际负荷状况，以便充分特式中板轧机的实际负荷状况，以便充分发挥设备能力、实现合理制定压下规程及发挥设备能力、实现合理制定压下规程及发挥设备能力、实现合理制定压下规程及发挥设备能力、实现合理制定压下规程及使用设备的目的，对轧制不同规格钢板的使用设备的目的，对轧制不同规格钢板的使用设备的目的，对轧制不同规格钢板的使用设备的目的，对轧制不同规格钢板的轧制力、轧制扭矩、压下量、轧制电流及轧制力、轧制扭矩、压下量、轧制电流及轧制力、轧制扭矩、压下量、轧制电流及轧制力、轧制扭矩、压下量、轧制电流及轧机刚度进行分析，为研究轧

3、机的现行工轧机刚度进行分析，为研究轧机的现行工轧机刚度进行分析，为研究轧机的现行工轧机刚度进行分析，为研究轧机的现行工艺和设备管理制度提供可靠的科学依据。艺和设备管理制度提供可靠的科学依据。艺和设备管理制度提供可靠的科学依据。艺和设备管理制度提供可靠的科学依据。某钢铁公司三辊劳特式中板轧机主传动系统某钢铁公司三辊劳特式中板轧机主传动系统在原生产工艺不变的情况下，近几年在轧制过程在原生产工艺不变的情况下，近几年在轧制过程中出现冲击与振动异常的现象，导致分动箱人字中出现冲击与振动异常的现象，导致分动箱人字齿轮断齿，造成巨大经济损失。为确切查明该机齿轮断齿，造成巨大经济损失。为确切查明该机主传动系统

4、的动态特性和实际负荷状况以便充分主传动系统的动态特性和实际负荷状况以便充分发挥设备能力、实现合理制定压下规程及使用设发挥设备能力、实现合理制定压下规程及使用设备的目的，委托我们对轧制不同规格钢板的备的目的，委托我们对轧制不同规格钢板的轧制轧制轧制轧制力、扭矩、压下量、电流等动态参数及轧机刚度力、扭矩、压下量、电流等动态参数及轧机刚度力、扭矩、压下量、电流等动态参数及轧机刚度力、扭矩、压下量、电流等动态参数及轧机刚度进行实测，并进行轧机主传动系统冲击、扭振响进行实测，并进行轧机主传动系统冲击、扭振响进行实测，并进行轧机主传动系统冲击、扭振响进行实测，并进行轧机主传动系统冲击、扭振响应特性与故障分

5、析研究应特性与故障分析研究应特性与故障分析研究应特性与故障分析研究。三辊劳特式中板轧机主传动系统可以三辊劳特式中板轧机主传动系统可以简化为简化为直串系统的力学模型，如直串系统的力学模型，如图1所示所示。图中图中K K为各轴段的刚度，为各轴段的刚度，J J为各部分的转为各部分的转动惯量，动惯量，M Me e为电机的电磁力矩，为电机的电磁力矩，M Me e为轧棍为轧棍上的轧制力矩，其中上的轧制力矩，其中J J6 6、J J7 7、J J8 8折算转动折算转动惯量为惯量为J Jn n，K K5 5、K K6 6、K K7 7折算刚度为折算刚度为K Kn n，并注意到并注意到 3 3=-3 3；M M

6、L L=-M=-ML L=-M=-MC C；M ML L、M ML L、M MC C分别为作用在减速机小、大分别为作用在减速机小、大齿轮上的力矩和测点力矩；扭矩测点在低齿轮上的力矩和测点力矩；扭矩测点在低速轴。速轴。2.2 2.2 主要技术性能参数主要技术性能参数 型式：三辊劳特式，闭口牌坊轧辊公称辊径和长度：750/500/7502300mm 主电机：N=2500KW n=494r.p.m 主减速机：中心距A=1900mm，速比i=6.316 轧辊转速：n=78.5r.p.m 轧制速度：n=2.883.10m.p.s 最大轧制力矩：160t.m 最大轧制力：1200t 开口度：300mm(实

7、际值约270mm)为了进一步从理论上阐述主传动系统的动为了进一步从理论上阐述主传动系统的动力学关系，根据图力学关系，根据图 1 1，建立方程式如下：，建立方程式如下：（1 1）（2 2）1 111221 11223332233()()0eLJKMJKKKKJKKMqqqqqqqqqq+-=+-=-+=-&333344433344455544455()()0()0()LnnnnnnnnJKMJKKKKJKKKKJKMqqqqqqqqqqqqqq+-=-+-=-+-=+-=-&解（解（1 1）和（）和（2 2）式微分方程组，注意到）式微分方程组，注意到J J3 3和和J J3 3的连接条件，进一步

8、简化得的连接条件，进一步简化得 （3 3）上式中 的为电机轴的角加速度，上式中 的为电机轴的角加速度，a a为为J J1 1、J J2 2、J J3 3、J J3 3的折算惯量，的折算惯量，b b为轧为轧机的空载力矩和摩擦力矩的和，机的空载力矩和摩擦力矩的和，M Mn n是轧制是轧制力力N N的函数。显然，轧机的轧制力矩与电的函数。显然，轧机的轧制力矩与电机的电磁力矩、传动系统的惯性力等因素机的电磁力矩、传动系统的惯性力等因素有关。有关。1neMMabq=+&1dn dtq=&由电机拖动理论知，电机的电磁力矩可表示为：由电机拖动理论知，电机的电磁力矩可表示为：，式中：，式中：N N1n1n=V

9、IVIcoscos；V V-电压值；电压值；I I-电流值；电流值；coscos-功率因数；故（功率因数；故（3 3）式可写成：）式可写成：（4 4）轧制力矩还可表示为电机的电压、电流、转速、轧制力矩还可表示为电机的电压、电流、转速、角加速度等诸多参数所组成的数学模型。角加速度等诸多参数所组成的数学模型。轧机在钢板咬入阶段，轧制力轧机在钢板咬入阶段，轧制力NN以阶跃形式作用以阶跃形式作用到主传动系统后，转速变化较大，主传动系统产到主传动系统后，转速变化较大，主传动系统产生扭振响应，出现电机电流幅值调制现象，电流生扭振响应，出现电机电流幅值调制现象，电流波形的变化率与飞轮特性有关。波形的变化率与

10、飞轮特性有关。10.975/enMNn=cos()0.975nVIdnMNabndty=+用安装于压下螺丝与上支撑辊轴承座用安装于压下螺丝与上支撑辊轴承座之间的两个测力传感器（压头）获取轧辊之间的两个测力传感器（压头）获取轧辊两端轧制力信号；用遥测仪获取主减速机两端轧制力信号；用遥测仪获取主减速机低速轴承受的扭矩信号；通过控制室内电低速轴承受的扭矩信号；通过控制室内电流互感器获取电机电流信号。轧制过程中流互感器获取电机电流信号。轧制过程中，三种动态信号的变化过程如图，三种动态信号的变化过程如图 2 2 到图到图 8 8所示。所示。0.8%0.8%20022002研制研制 60006000KN2

11、 KN2 轧制力传感器轧制力传感器 0.5%0.5%20022002阜新阜新 WYDC WYDC 位移传感器位移传感器 11rpmrpm 20022002台湾台湾 DT-2236DT-2236 转速计转速计 0.50.5 级级 20022002上海上海 PG14 PG14 数字功率计数字功率计 55 20012001日本日本 发射发射机机:MRT200AMRT200A接收机：接收机：MRT-MRT-220B220B 遥测应变仪遥测应变仪 1.51.5 级级 20002000上海上海 ZC44-4ZC44-4 兆欧表 兆欧表 0.5%0.5%20022002南京南京 CRASCRAS 微机测试系

12、统 微机测试系统 55 20022002上海上海YD-21YD-21 动态应变仪 动态应变仪 误差范围 误差范围 计量时间 计量时间 产 产 地 地 型 号型 号 仪器名称 仪器名称 由图由图 2 2 看出：对中板，纯轧制时间看出：对中板，纯轧制时间一般为一般为 400400 28002800msms；轧制过程中，主传动轧制过程中，主传动扭振系统是有粘性阻尼（欠阻尼）的自由振动，扭振系统是有粘性阻尼（欠阻尼）的自由振动，低速轴扭振响应过程可表达为：低速轴扭振响应过程可表达为：(5)(5)其中其中 n n-扭振系统固有频率；扭振系统固有频率；-阻尼系数；有阻尼系数；有阻尼振动频率 ；阻尼振动频率

13、 ；M M0 0-静态轧制力矩。静态轧制力矩。用自由衰减法确定阻尼系数用自由衰减法确定阻尼系数 ：；：；扭振系统固有频率扭振系统固有频率 n n：；：；0()sin()ntdM tMAetxwwj-=+21dnwwx=-1lnii mAmAd+=1ln0.07222ii mAmAdxpp+=B21dnwwx=-214.281dnHzwwx=-由图看出：轧制结束时刻，电机电流达到最大由图看出：轧制结束时刻，电机电流达到最大，轧制结束后，电流逐渐降到初值。电流上升曲，轧制结束后，电流逐渐降到初值。电流上升曲线反映飞轮释放能量的过程；电流下降曲线反映线反映飞轮释放能量的过程；电流下降曲线反映飞轮储备

14、能量的过程。飞轮储备能量的过程。通过对轧制不同规格钢板的轧制力、轧制扭通过对轧制不同规格钢板的轧制力、轧制扭矩、转速、压下量、轧制电流及轧机刚度等动态矩、转速、压下量、轧制电流及轧机刚度等动态参数的测试，获取了三辊劳特式中板轧机在各道参数的测试，获取了三辊劳特式中板轧机在各道次轧制过程中的多源信息。利用多源信息关联特次轧制过程中的多源信息。利用多源信息关联特性和数据级融合理论性和数据级融合理论 1 1，2 2，综合专业知识及现，综合专业知识及现场运行记录，得出如下结论：场运行记录，得出如下结论：在进行道次轧制时，轧制力和力矩超过额定值在进行道次轧制时，轧制力和力矩超过额定值，并出现严重的扭转振

15、动现象；必须修改长期使用的轧制，并出现严重的扭转振动现象；必须修改长期使用的轧制工艺，重新调整各道次的压下量。工艺，重新调整各道次的压下量。主传动系统阻尼系数小，扭转刚度偏大，建议更换新型主传动系统阻尼系数小，扭转刚度偏大，建议更换新型弹性联轴器。弹性联轴器。在各道次轧制过程中，可以通过电流信号的上升和下降在各道次轧制过程中，可以通过电流信号的上升和下降过程了解飞轮的释放和储备能量过程；这对制定各道次的过程了解飞轮的释放和储备能量过程；这对制定各道次的纯轧制时间和间隙时间、分析提高生产率的途径有重要意纯轧制时间和间隙时间、分析提高生产率的途径有重要意义。义。融合多源动态参数变化过程发现：轧制力

16、和力矩最大的融合多源动态参数变化过程发现：轧制力和力矩最大的道次，电流不是最大；因此，利用电流法监测轧机的运行道次，电流不是最大；因此，利用电流法监测轧机的运行状态时，不能仅考虑电流值，还要考虑电流的变化率。状态时，不能仅考虑电流值，还要考虑电流的变化率。END END研究多源信息获取和融合技术的体会研究多源信息获取和融合技术的体会:从设备故障诊断学的角度看，任何一种诊断从设备故障诊断学的角度看，任何一种诊断对象，单从一方面来反映该对象的状态行为，都对象，单从一方面来反映该对象的状态行为，都是不完整的，只有从多方面获取同一对象的多维是不完整的，只有从多方面获取同一对象的多维信息，再加以集成和融合，才可以得到该对象行信息，再加以集成和融合，才可以得到该对象行为的更精确反映，才能更准确可靠地实施状态为的更精确反映，才能更准确可靠地实施状态监测和故障诊断。监测和故障诊断。信息融合理论是一个形式上的框架，它是表信息融合理论是一个形式上的框架，它是表达不同源数据联合的工具和手段，旨在获取高质达不同源数据联合的工具和手段，旨在获取高质量的信息量的信息;对高质量信息的准确定义取决于应用对高质量信息的