姚 舜

(寶鋼股份公司冷軋廠 上海201900)

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熱鍍鋅機(jī)組拉矯機(jī)振動(dòng)紋缺陷分析

姚 舜①

(寶鋼股份公司冷軋廠 上海201900)

介紹了寶鋼某熱鍍鋅機(jī)組出現(xiàn)拉矯機(jī)振動(dòng)紋缺陷后的故障排除的經(jīng)過(guò)，并著重對(duì)振動(dòng)檢測(cè)數(shù)據(jù)分析和診斷的方法進(jìn)行了闡述。

熱鍍鋅 拉矯機(jī) 振動(dòng)紋 頻率

1 案例分析與測(cè)試方案

2010年7月寶鋼某熱鍍鋅機(jī)組生產(chǎn)IF鋼時(shí)在平整拉矯機(jī)后連續(xù)出現(xiàn)振動(dòng)紋缺陷，并有愈演愈烈的趨勢(shì)。圖1是熱鍍鋅機(jī)組的一次振動(dòng)紋取樣照片，從條紋寬度(160mm)上看，不是通常汽車(chē)板用戶(hù)抱怨的情況(既鋅鍋區(qū)域出現(xiàn)的振動(dòng)紋缺陷)。

圖1 振動(dòng)紋現(xiàn)場(chǎng)取樣照片

經(jīng)過(guò)生產(chǎn)線上多次取樣，發(fā)現(xiàn)在拉矯機(jī)出口端的測(cè)張輥后出現(xiàn)振紋，而拉矯機(jī)入口部位沒(méi)有振動(dòng)紋，其間難以取樣，故初步認(rèn)為圖2所包含的設(shè)備為引發(fā)振動(dòng)紋的重點(diǎn)懷疑對(duì)象。另外本例振動(dòng)紋的紋距較寬且肉眼可見(jiàn)，不象是固有頻率引發(fā)的顫振，也太不象與潤(rùn)滑、打滑有關(guān)的振紋類(lèi)型。而工藝上的原因比設(shè)備原因更難判斷，獲取信號(hào)也更不容易，因此首先排查設(shè)備原因，在保證設(shè)備完好或在設(shè)備狀態(tài)心中有數(shù)的前提下再查找工藝問(wèn)題。

圖2 熱鍍鋅機(jī)組拉矯機(jī)輥系示意圖

1-轉(zhuǎn)向單元; 2-矯直單元; 3-防C翹單元; 4-防L翹單元; 5-測(cè)張輥; 6-擠干輥

現(xiàn)場(chǎng)初步觀察測(cè)張輥5的振動(dòng)明顯高于其他部位，然而更換測(cè)張輥后振動(dòng)紋依舊，解體軸承未發(fā)現(xiàn)缺陷；測(cè)張輥表面無(wú)紋；經(jīng)檢測(cè)測(cè)張輥徑向跳動(dòng)量正常，因而排除了測(cè)張輥的問(wèn)題。另外，圖2中1～5輥均為被動(dòng)輥，而擠干輥6為主動(dòng)輥，雖然振動(dòng)紋在其前已經(jīng)產(chǎn)生，但考慮到能量的因素，有必要評(píng)價(jià)和診斷擠干輥及其傳動(dòng)系統(tǒng)的狀態(tài)，尋找與振動(dòng)紋頻率相關(guān)的振動(dòng)成分及能量來(lái)源。而矯直輥2抬起后，振動(dòng)紋依然存在，鑒于以上分析，首先將上述1、3、4、5、6輥?zhàn)鳛檎駝?dòng)測(cè)試和分析的對(duì)象。

主要設(shè)備參數(shù)：

擠干輥軸承型號(hào)：2222-4CC-W33；

擠干輥輥徑 φ=300mm；

輥1～輥5軸承型號(hào)：6319-2Z(深溝球軸承)；

輥1～輥5輥徑相同： φ=250mm。

2 數(shù)據(jù)分析與診斷

分別使用CSI 2130分析儀和寶鋼工業(yè)檢測(cè)公司自主研發(fā)的Teleson8823數(shù)采器采集了上述測(cè)點(diǎn)的振動(dòng)信號(hào)，振動(dòng)數(shù)值由表1所示(空白處為不方便測(cè)量的部位)。測(cè)試對(duì)象2#機(jī)組為問(wèn)題機(jī)組，1#機(jī)組為相鄰的正常機(jī)組。

表1 振動(dòng)數(shù)值

由表1可知，問(wèn)題機(jī)組的振動(dòng)值明顯大于相鄰的1#機(jī)組；其次，軸向振動(dòng)偏大。由于紋距不隨帶鋼速度而變化，這種情況符合旋轉(zhuǎn)機(jī)械故障引起的振動(dòng)紋推論，而不是固有頻率引發(fā)的振動(dòng)。因而重點(diǎn)還是對(duì)設(shè)備的排查包括檢查設(shè)備安裝的情況。再則測(cè)張輥在近期已更換過(guò)，所以初步認(rèn)為軸承不會(huì)有問(wèn)題，因而第一時(shí)間告知現(xiàn)場(chǎng)維護(hù)人員檢查設(shè)備安裝的情況?？v觀所有記錄的頻譜以及包絡(luò)譜，各輥、各方向的速度譜基本一致，都是以8.906Hz及其倍頻成分為主。圖3和圖4分別是輥5的振動(dòng)速度譜和輥3的振動(dòng)速度譜。

圖3 輥5的振動(dòng)速度譜

圖4 輥3的振動(dòng)速度譜

兩個(gè)重要頻率的計(jì)算：

振動(dòng)紋的頻率：

fc=v×1000/(λ×60)

(1)

輥的旋轉(zhuǎn)頻率：

fw=v×1000/(φ×π×60)

(2)

式中fc-振動(dòng)紋的頻率，Hz；fw-輥的旋轉(zhuǎn)頻率，Hz；v-帶鋼線速度，m/min；λ-振動(dòng)紋的紋距，mm；φ-輥徑，mm。

式中數(shù)據(jù)1000為單位轉(zhuǎn)換(m/mm)、60為單位轉(zhuǎn)換(min/s)。

由上兩式，將機(jī)組帶鋼速度80m/min、振動(dòng)紋距160mm代入，得到：fc=8.33Hz；fw=1.7Hz。

根據(jù)計(jì)算的結(jié)果在頻譜上找到實(shí)測(cè)的精確值為：fw=1.79Hz和fc=8.906Hz。

由此，可以解析頻譜：振動(dòng)能量主要由8.906Hz及其諧波組成，并伴有轉(zhuǎn)速1.79Hz的邊帶。而此8.906Hz即為振動(dòng)紋的頻率，說(shuō)明引起振動(dòng)紋的激振源已相當(dāng)可觀，是振動(dòng)的主要成分。而轉(zhuǎn)速的邊帶證明該能量與旋轉(zhuǎn)軸系有關(guān)。

那么，這個(gè)激振源是哪來(lái)的？表2是6319-2Z軸承缺陷頻率系數(shù)，由此可知，8.9Hz左右正是軸承內(nèi)圈的缺陷頻率。說(shuō)明導(dǎo)致本次振動(dòng)紋的原因是拉矯機(jī)內(nèi)軸承故障引起的，并重點(diǎn)懷疑是軸承內(nèi)圈的問(wèn)題。

表2 6319-2Z軸承的缺陷頻率系數(shù)

圖5是檢修后軸承解體的照片(破壞性解體)，明顯看出內(nèi)圈的損傷已相當(dāng)嚴(yán)重。

圖5 軸承內(nèi)圈損壞情況

這是一個(gè)用振動(dòng)診斷方法找出和解決帶鋼生產(chǎn)中振動(dòng)紋缺陷的實(shí)例，是一個(gè)設(shè)備故障引起的振動(dòng)紋案例，用振動(dòng)測(cè)試方法較快找出了振動(dòng)紋的致因。在不是設(shè)備故障引起的振動(dòng)紋場(chǎng)合，振動(dòng)測(cè)試和分析方法仍然是最基本的查找振動(dòng)紋致因的手段，因?yàn)槭紫纫懦黠@的設(shè)備問(wèn)題，明晰設(shè)備的振動(dòng)組成，調(diào)整好設(shè)備，同時(shí)對(duì)振動(dòng)成分的“因”和“果”進(jìn)行深入的剖析。

3 討論

3.1 帶鋼振動(dòng)紋的形成原因

在薄帶鋼軋制過(guò)程中,帶鋼表面會(huì)經(jīng)常出現(xiàn)一種明暗相間、與帶鋼運(yùn)動(dòng)方向垂直的條紋，這種缺陷稱(chēng)為振動(dòng)紋[1]。振動(dòng)紋問(wèn)題是世界上普遍存在的，許多鋼鐵企業(yè)都曾經(jīng)或正在被這一問(wèn)題所困擾。為此國(guó)內(nèi)外專(zhuān)家學(xué)者對(duì)振動(dòng)紋進(jìn)行了大量的研究工作[2]。

帶鋼振動(dòng)紋的產(chǎn)生有2種途徑，一是軋機(jī)(平整機(jī))發(fā)生了一定頻率的振動(dòng)，另一個(gè)是軋輥表面本身已有了振紋，通過(guò)軋制把振動(dòng)紋傳遞到帶鋼表面[3]。這兩個(gè)途徑也適應(yīng)于拉矯機(jī)振動(dòng)紋的產(chǎn)生。

拉矯機(jī)振動(dòng)紋的產(chǎn)生原因也有張力輥打滑，并由此造成速度的周期性波動(dòng)，從而在小輥徑的彎曲輥處產(chǎn)生振動(dòng)紋。[4]

3.2 本案例振動(dòng)紋的形成原因

雖然本例存在軸承故障，但不是任何設(shè)備故障都會(huì)產(chǎn)生明顯的振動(dòng)紋，須滿(mǎn)足一定的輥徑、軋制速度的匹配關(guān)系，并經(jīng)過(guò)一個(gè)發(fā)生發(fā)展的過(guò)程。理論和實(shí)踐已證明，當(dāng)軋輥的周長(zhǎng)是振動(dòng)紋紋距的整數(shù)倍時(shí)，是最易形成振動(dòng)紋的。這個(gè)針對(duì)軋輥的振動(dòng)紋易發(fā)條件對(duì)其他與帶鋼接觸的小輥也同樣成立。本機(jī)組的工作轉(zhuǎn)速的范圍變化不大，輥1～輥5的輥徑相同(φ=250mm)，由此逐漸形成了案例中160mm寬的振動(dòng)紋，此時(shí)振動(dòng)紋紋距和輥徑正好形成了整數(shù)倍：

250π/160≈5 (其中250和160都不是精確測(cè)量值)

從而滿(mǎn)足振動(dòng)紋生成的條件，隨著設(shè)備部件的劣化，具備了形成振動(dòng)紋的內(nèi)因和外因，造成每一次缺陷引起的沖擊均在同一部位產(chǎn)生碰撞，逐漸形成了振動(dòng)紋。頻譜上振動(dòng)紋諧波分量中有五個(gè)轉(zhuǎn)頻邊帶印證了這個(gè)分析。

3.3 測(cè)張輥振動(dòng)的影響

這是因?yàn)闇y(cè)張輥是獨(dú)立的軸承座，而拉矯機(jī)各輥軸承固定在統(tǒng)一的牌坊下，限制了振動(dòng)響應(yīng)的幅度，而軸向的限制較小，以致起初誤認(rèn)為是測(cè)張輥或者安裝的問(wèn)題。因此不能僅以振動(dòng)值的大小確定故障的部位，還要看具體結(jié)構(gòu)，這也是今后在診斷中應(yīng)注意的問(wèn)題。

3.4 不同帶速下紋距的確認(rèn)

本案例中現(xiàn)場(chǎng)人員關(guān)于紋距始終不變的說(shuō)法非常重要，從(1)、(2)，可以分析出，如果帶速發(fā)生變化，則輥?zhàn)拥霓D(zhuǎn)頻和振動(dòng)紋的頻率成比例變化，因而紋距保持不變，這是旋轉(zhuǎn)部件引發(fā)振動(dòng)紋的特點(diǎn)，是查找原因的關(guān)鍵。但也遇到一些場(chǎng)合，因?yàn)闄C(jī)組的工作轉(zhuǎn)速變化不大給現(xiàn)場(chǎng)人員造成紋距不變的錯(cuò)覺(jué)。由于每次振動(dòng)紋的致因很可能是不同的，所以在今后的處理問(wèn)題中，這一步必須得到精確確認(rèn)，這是縮小查找范圍、確定方向的重要環(huán)節(jié)。

4 結(jié)束語(yǔ)

拉矯振動(dòng)紋形成的原因有三種：一為輥?zhàn)颖旧肀砻嬖谀ハ鬟^(guò)程中產(chǎn)生的振動(dòng)紋在平整拉矯過(guò)程中傳遞到帶鋼上；二為拉矯機(jī)輥?zhàn)釉诶C和轉(zhuǎn)動(dòng)過(guò)程中時(shí)發(fā)生了一定頻率的振動(dòng)；三為拉矯機(jī)前后張力輥打滑，并由此造成速度的周期性波動(dòng)，從而在小輥徑的彎曲輥處產(chǎn)生振動(dòng)紋。

并不是任何設(shè)備故障都會(huì)產(chǎn)生明顯的振動(dòng)紋，須滿(mǎn)足一定的輥徑、軋制速度的匹配關(guān)系，并經(jīng)過(guò)一個(gè)發(fā)生發(fā)展的過(guò)程。

如果帶速發(fā)生變化，則輥?zhàn)拥霓D(zhuǎn)頻和振動(dòng)紋的頻率成比例變化，因而紋距保持不變，這是旋轉(zhuǎn)部件引發(fā)振動(dòng)紋的特點(diǎn)，是查找原因的關(guān)鍵。

[1]陳培林, 王澤濟(jì), 汪晨. 帶鋼表面振動(dòng)紋的研究[J]. 世界鋼鐵, 2002, Vol.2 (4): 28-31.

[2]鐘 掘, 陳培林, 徐樂(lè)江, 等. 帶鋼表面振紋的工業(yè)試驗(yàn)與發(fā)現(xiàn)[J]. 中國(guó)有色金屬學(xué)報(bào), 2000, Vol.10 (2): 291-296.

[3]陳培林, 王澤濟(jì). 帶鋼表面振動(dòng)紋的產(chǎn)生及其抑制[J]. 鋼鐵, 2006, Vol. 41 (5): 28-31.

[4]唐成龍. 冷軋帶鋼“拉矯橫向振動(dòng)紋”的成因分析[J]. 冶金設(shè)備, 2004, Vol.2 (4): 69-71.

Analysis of the Tension Leveller Vibration Lines Defect in Hot Continuous Galvanizing Line

Yao Shun

(Cold Mill Plant, Baoshan Iron&steel Co., Ltd., Shanghai 201900)

This paper introduces the troubleshooting process of chatter marks on tension leveller of the continuous galvaniging line for Basteel and gives detailed analyzing and diagnosis approach for vibration data.

Hot galvanizing Tension leveller Vibration lines Frequenc

姚舜，男，1972年出生，2003年畢業(yè)于東北工業(yè)大學(xué)機(jī)電一體化專(zhuān)業(yè),碩士，高級(jí)工程師，2007年被聘為寶鋼股份機(jī)械設(shè)備首席工程師至今

TG333.7

B

10.3969/j.issn.1001-1269.2014.01.011

2013-11-22)