安阳钢铁公司 河南省安阳市 455000
摘要：现阶段，我国的高速线材轧制生产线多数都为进口设备，引进的机械设备一般都比较复杂.故障率也比较高，一旦出现大的故障，需要停产很长时间。为了准确了解设备的运行状态，及时发现设备存在的问题，合理安排轧机的生产与维修，减少重大设备事故的发生。
关键词：高速线材轧；故障诊断；专家系统；
目前的轧钢机械设备逐渐向大型化、连续化、高速化、复杂化和自动化的方向发展，多数企业采用的定期计划维修制度，不论设备是否有故障都按人为计划定期检修，很难预防各种随机因素引起的事故，也不可避免地产生过修和失修，造成很大浪费。由于诊断与监测技术能诊断和预报设备故障，因此在设备正常还没有故障时可以不停车，发现故障前兆时能及时停车，按所诊断故障的性质和部位进行检修，大大提高机器的利用率，节约维修时间和费用。
一、系统结构与技术分析
1.各部件的主要功能为，（l）下位机：完成数据采集、频谱分析、报警、打印和上位机通信等。（2）上位机：接收下位机传递的数据，运用专家系统进行分析、诊断并给出诊断报告。（3）信号调理系统：对加速度信号进行预处理后送A/D卡。（4）温度、流量、压力巡检显示：可对1 6个检测点的温度、3个检测点的供油流量、3个点的供油压力同时进行检测。同时用L E D显示，并将所有数据送给下位机，作为诊断辅助数据。（5）测速板：对每台电机输出的速度进行检测，作为诊断的辅助数据。
2.振动信号分析。高速线材轧机周围环境复杂，机械、电气干扰严重，使加速度传感器检测到的信号上叠加了许多无用干扰信号。如不将这些干扰信号滤除，则势必会影响频谱分析故障诊断。干扰信号频率较正常的振动信号频率高，通常采用低通滤波的方法就可以解决，但采用低通滤波后，一些反应故障信息的冲击信号也被滤掉了。冲击信号频率往往比正常振动信号及干扰信号频率都要高得多。正常振动信号频率0-50 H z，干扰信号频率500-10000 H z，冲击信号频率10000-50000 H z U故障诊断需要的是0-500 H z和10000一50000H z两个频段的信息，0-500 H z频段的信息可用来作为常规故障诊断，而10000-50000 H z频段的信息则用于作精密诊断。振动信息的检测是利用贴于被测物体表面的加速度传感器来进行的。加速度传感器是将承受到的冲击力转换为电荷信号的检测装置。传感器信号包括两部分的信息：一部分为正常的机械振动信息，正常振动信息是类似正弦的简谐运动，其振动的频率与机械的运动速度成正比；另一部分是当机械设备出现故障时（如轴承、齿轮的裂纹、局部脱落等）机械部件之间的相互冲击力，反应到加速度传感器上，使传感器的输出产生脉冲信号，它是宽度不足1 Us的窄脉冲，具有周期性，可用周期脉冲函数p（t）来描述。因此，在一定的频率范围内，可取频率范围为50 k H z，冲击力脉冲经频谱分析，如果能在振动信号的谱图中看到这种等幅的谱线，对诊断分析是十分有价值的。
3.共振解调技术.共振解调是从振动测量技术的基础上发展起来的一门技术，主要是检测、诊断机械设备出现故障时在振动信息中的微冲击。从上面的分析中知道，通过频率分析进行故障诊断，要在谱图上看到反应冲击信息的谱线，在时域上必须保证冲击信息通过高速A/D卡采集，在实际运用中用A/D卡将冲击信号全部信息都采集到是非常困难的。为了得到周期性冲击信号的全部信息，必须对信号进行调理。周期性的脉冲波包含了无限的频谱，其中一些频率必被传感器自身的谐振频带所包含。传感器的共振放大因子大约是3 0 d B，因此，在高频部分就可以得到一些被放大的谱线大约比传感器谐振带之外的谱线高3 0倍。这些谱线反应到时域上，就成为自由衰减的振荡，即冲击能量是逐渐消失的。根据传感器的这一机理，我们设计了一套电子谐振器：谐振频率f 0=3 0--5 0 k H z；频带1 0k H z。当振动信号送人谐振器后，1 0 k H z以下的信息可以全部滤除，剩下信号的高频部分，这相当于去掉了强大的正常振动信息，保留了冲击信息。谐振器输人输出解调处理后的示波拍照波形分别如图1中（a）、（b）、（c）所示
从图1可以看出，用A/D卡采集M出是很容易的。要得到图1的波形，要求品质因数Q值，带宽选择得当，方可得到满意的效果。设计的谐振器中心频率f 0、品质因数Q可以方便地进行随意调节，使得谐振器的输出具有与传感器类似的自由衰减振荡波形。图1（c）表示自由衰减振荡的解调包络图，其频率与冲击信号的频率一致，在时域上得到了放大并展宽了的解调波，使送人计算机的信息得以保证，很容易被高速A/D卡进行采集，从而为故障诊断提供了依据。这个信息提供给计算机专家系统，可得出如下的结论：（l）只有存在故障冲击，才存在高频的冲击力频谱，才能激励谐振器共振；没有故障冲击就不能激励谐振器共振。因此，谐振器和包络检波器输出的共振解调波与故障冲击有着唯一的对应性。（2）共振解调波的幅值随着故障冲击程度上升而上升，量度共振解调的幅值，便可以对故障实现初级诊断。
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图1共振解调波形
R人一谐振器输人信号；R出一谐振器输出信号；M出一解调器输出信号
二、滚动轴承故障诊断
1.滚动轴承失效形式。滚动轴承是应用最为广泛的基础机械零件之一。同时，它也是机械设备中最容易损坏的元件之一。根据工况条件和工作环境的不同，滚动轴承的损坏情况及其原因是十分复杂的，也就是说，一个出现故障的轴承可能同时存在多种损坏现象，两其中每一种现象都可能是由多种不同的原因引起的；反过来，同一个原因也可能引起多种不同的损坏现象。滚动轴承最常见的故障是疲劳点蚀及保持架失去平衡。
2.滚动轴承振动的检测。为了得到理想的滚动轴承振动信号，利用振动诊断滚动轴承故障，需解决好检测点的选择、检测参数的确定和检测时间的安排。（1）检测点的选择。总的原则是将检测点选择在离轴承最近，能直接反映轴承诊断的位置上，应尽量避免选择在中间的法兰接合面等使振动衰减的地方．如果轴承座是外鳝在外面的，则检测位置应选择在轴承座上；若轴承座是装在内部的，则检测位置应选择在轴承座刚性高的部位或基础上。（2）检测参数的确定。根据滚动轴承的固有特性、制造条件、使用情况的不同，它所引起的振动既有频率约为数千赫兹以下的低频脉动，也有频率约为数十千赫的高频振动（固有振动），加速度传感器具有适用频带宽的特点，因此选择加速凄黄感器。（3）检测时间的安排。滚动辘承瓣振动捡测可努为定期投溯帮逡续在线羧溺两秘。连续在线监测主鬻适用于重要场含或于工况恶劣不易靠近场合的滚动轴承，珏及滚动轴承热速恶他豹除段。
三、专家诊断系统
机械故障诊断是一项复杂的技术，本系统采用二个方面进行综合诊断即人工分析与专家系统相结合的方法。人工分析采用常规的频谱分析方法，而专家系统分析软件是根据以往的正常运行状态与现行状态的对照比较，再综合小波分析来进行诊断，可以得到准确的诊断结果。共振解调技术相当于用硬件进行微观检测分析，而小波分析是利用软件进行微观检测分析，二者相辅相成。综合这两种分析方法，再配上诊断软件构成完善的专家诊断系统。
总之，采用了以上机械及各故障诊断与监测技术，大大提高了关键进口设备运行的安全性、可靠性；降低了设备故障率，产生了可观的经济效益。
参考文献：
[1]李永忠．机械故障诊断．2018．
[2]胡红艳．浅谈高速线材轧机机械故障诊断系统.2018.