本鋼2300mm熱軋定寬機選型安裝及振動監(jiān)測

摘 要：本鋼熱連軋廠于2008年投產一條年生產能力為515萬噸的2300mm熱軋生產線，為目前國內最寬幅的常規(guī)熱軋機組。2300mm生產線在粗軋區(qū)域配置了目前技術上世界領先的板坯調寬設備---定寬機，該設備的投入大幅提高了粗軋工序的板坯調寬能力和尺寸精度，提高了上游工序連鑄坯的產量。本文以此為出發(fā)點，將振動基礎理論與國內成型的振動檢測設備及分析平臺的相結合，提出對定寬機主傳動減速機實現(xiàn)振動在線監(jiān)測的觀點。將理論與實踐相結合，具有可操作性和現(xiàn)實意義。同時，此思路可拓展至絕大部分工藝、工況比較復雜的重要設備的實時監(jiān)測與故障分析的需要，為及時、準確地把握設備狀態(tài)提供了全面的機組狀態(tài)信號，可預防設備的突發(fā)性事故，減少生產線的非計劃停機。

關鍵詞：定寬機；振動；在線監(jiān)測

1 緒論

本鋼2300熱軋項目是本鋼實現(xiàn)品種全、質量高千萬噸級精品板材基地的重點工程。該項目2006年12月開工建設，占地面積180000m2，裝機設備總重量約37，887t，電氣設備總容量248MW。該項目于2008年11月建成投產，本鋼2300生產線無論從控制精度、產品范圍，還是成本控制、安評環(huán)評等方面，都已成為目前常規(guī)熱軋機組在國內的樣板廠，這得益于2300生產線的先進工藝設備選型，而其中粗軋前不可或缺的、且采用世界領先技術的寬度調整設備-----定寬機的應用，則更是此條先進熱軋生產線的技術亮點。

定寬機是目前世界上最先進的熱軋板坯寬度調整裝置，定寬機的使用將有如下至關重要的技術優(yōu)勢：1）可減少對來料板坯的規(guī)格限制，因為定寬機的每道次最大減寬量可達300mm以上。2）因減少了對來料板坯的規(guī)格限制，所以可提高上游連鑄機的產量。3）相對于常規(guī)立輥軋機而言，定寬壓力機軋制所產生邊部變形（狗骨）較小，從而提高板坯的減寬效率。4）由于經定寬壓力機軋制的板坯頭尾變形小，因此可減少切損，從而提高帶鋼的產品收得率。

2 定寬機主傳動安裝和調試

2.1 定寬機在使用中存在的問題

結合前述，可見西馬克技術的定寬機相對于石川島技術的定寬機，是有一定的優(yōu)勢的，因此，本鋼2300生產線選用的是采用西馬克技術的定寬機。這種定寬機結構相對簡單，布置形式相對合理，從2300生產線投產以來，在產品寬度的可靠控制上，的確起到了不可或缺的重要作用。同時，此定寬機投入使用的故障率也很低。

盡管如此，本鋼2300線的定寬機也出現(xiàn)了一個在選型、設計、制造和施工期間都沒有能夠預見到的設備隱患-----定寬機的主傳動減速機的安裝水平度在使用中出現(xiàn)了變化。

定寬機的兩臺主傳動減速機，每臺重約72噸，分別安裝在兩塊獨立的、高度約為6米的混凝土基礎上。此混凝土基礎因定寬機設備布置的需要，被設計為倒“L”形的懸臂結構，定寬機主傳動減速機安裝于其上，且減速機輸出軸端也是懸臂布置。為確保減速機的安裝水平，此減速機在出廠前，在裝配和調整結束后，須將兩臺減速機整體吊裝至檢測平臺，將減速機以傳動中心線為基準進行調平，調平后，在減速機上箱體平面的四個角（兩臺減速機共八個角）進行打磨，以其中一個角的打磨面為基準“0”，再用水平儀觀測其余七個打磨面的標高，將觀測結果用鋼號打印在減速機上箱體的打磨面上。這么做的目的是為了便于減速機在安裝時，其安裝水平度的可靠控制。

采用以上減速機的安裝水平度檢查和驗收方法，本鋼2300線定寬機在2009年完成定寬機的安裝和調試，并正式投入使用。因定寬機的軋制力高達22000KN，最大側壓能力達到350mm，使得定寬機投入時的振動及噪音都大于常規(guī)立輥軋機，這其實也是正常的。但因定寬機主傳動減速機的這種特殊的懸臂安裝方式，及國內同行業(yè)對定寬機設備本身的使用維護還缺乏成熟的經驗，使得我們對定寬機相關設備的劣化傾向難以可靠掌控。源于上述西馬克關于此減速機安裝水平度的設計和驗收標準，我們有理由懷疑定寬機主減速機的安裝水平度如果出現(xiàn)偏離，將會導致更大的傳動噪音和振動?；诖耍覀儗Χ▽挋C主傳動減速機在投入后的水平度進行了觀測，發(fā)現(xiàn)其實際水平度的確已較投產時發(fā)生偏離。我們對此采用白鋼墊片對減速機水平進行重新調整，并定期觀測。原先我們認為這是混凝土基礎的自然沉降造成的，但通過多次觀測、調整、再觀測、再調整發(fā)現(xiàn)，其實并非如此簡單。通過統(tǒng)計不難發(fā)現(xiàn)，其減速機安裝水平度的變化是沒有規(guī)律的。以測點位置⑥為例，由統(tǒng)計可以看出，位置⑥的10次實測值，均不在符合驗收標準的0.22-0.42mm區(qū)間內，且其水平值的變化并無規(guī)律，并非由單一的基礎沉降所導致，甚至其水平標高曾“升高”的狀態(tài)。

2.2 水平度變化的影響

即使在第一次安裝時，將定寬機主傳動減速機安裝水平全部符合要求，但是經過一段時間使用，測試結果表明，定寬機主傳動減速機上測點位置發(fā)生明顯無規(guī)律的改變。因定寬機主傳動減速機安裝水平的這種非線性變化，會不可避免地導致其在傳動過程中出現(xiàn)較大的振動，由此會對主傳動減速機相關軸承、齒輪副產生不利影響。當定寬機主傳動減速機安裝水平度變化超過允許范圍，或振動比較嚴重時，需要停機進行水平調整，調整過程往往需要24-48小時，這種非計劃停機會造成巨大損失。

基于上述原因，需要對振動進行有效監(jiān)測和控制。由于振動產生的原因較復雜，設計、制造、安裝等環(huán)節(jié)都有可能存在，且因定寬機使用投入使用的需要，這些環(huán)節(jié)不可逆。這樣一來，對定寬機主傳動減速機的振動如能實現(xiàn)在線監(jiān)測，讓振動的實際情況得到實時監(jiān)測，不失為一個避免因長期振動而導致設備故障發(fā)生的好辦法，本文對此將做詳細論述。

3 定寬機振動的在線監(jiān)測方案

3.1 方案概述

為了保證定寬機的安全、穩(wěn)定及長周期運行，更加科學地進行設備運行、檢修及維護，必須對其采用在線監(jiān)測的方式實現(xiàn)設備狀態(tài)受控。振動在線監(jiān)測系統(tǒng)實施將定寬機全面的納入狀態(tài)監(jiān)測范圍，對設備安全運行及科學維修提供決策支持，幫助優(yōu)化設備的運行，使得設備管理水平再上一個新的臺階。

3.2 定寬機在線振動監(jiān)測實施方案

對于定寬機這種低速重載的專用設備，可采用RH2000型在線監(jiān)測站進行監(jiān)測。

RH2000可實現(xiàn)對設備振動信號的多通道同步監(jiān)測及轉速、溫度、電流等各種工藝量信號的實時監(jiān)測。可將實時采集的數(shù)據(jù)通過工廠內部以太網傳輸并存儲在服務器的數(shù)據(jù)庫中。

以上在線振動監(jiān)測實施方案只是硬件上的需求，為完成對振動數(shù)據(jù)的統(tǒng)計和分析，還需配置有可完成以上功能需求的軟件系統(tǒng)。對此，可采用Advanced EAM作為此綜合監(jiān)測方案的統(tǒng)一平臺，并具有以下功能特色：

（1）結構，方便系統(tǒng)的使用、維護

系統(tǒng)采用B/S架構，B/S結構即瀏覽器/服務器結構，瀏覽器為Internet網或局域網中的任何一臺計算機，該計算機不需安裝任何專用軟件；用戶只需通過IE方式訪問服務器IP或域名，打開服務器網頁，即可登錄該系統(tǒng)。

采用B/S結構的優(yōu)點首先是使用方便，可以使得管理人員和專業(yè)分析人員對設備狀態(tài)的了解和分析做到“隨時隨地”；其次是維護方便，系統(tǒng)的維護和升級全部在服務器端進行，專業(yè)分析人員和管理人員不必擔心自己的計算機重新安裝或系統(tǒng)升級。

（2）自動報警

系統(tǒng)能夠根據(jù)預先設定自動識別設備狀態(tài)，進行相應等級的自動報警，并支持對報警點和報警原因的查詢。這些預先設定是指對振動的各種時域和頻域指標以及其它工藝量（包括轉速、溫度、電流等）的統(tǒng)計報警設定，因此，狀態(tài)識別是在充分、完整的設備狀態(tài)信息基礎上實現(xiàn)的。系統(tǒng)還可將報警信號接入控制室，進行聲光報警，免除了人工查看數(shù)據(jù)的被動工作。

（3）設備狀態(tài)實時顯示與分析

系統(tǒng)提供多種分析工具，支持對采集數(shù)據(jù)的實時顯示與分析，包括時域波形、頻譜圖、軸心軌跡、瀑布圖、包絡解調等。系統(tǒng)的軸承數(shù)據(jù)庫支持對所有采集數(shù)據(jù)的自動頻率識別與標注。

（4）自動的報告生成功能

能將各種分析界面、特征頻率列表、設備總值列表、主要峰值列表、檢修計劃、備件計劃等生成到Word文檔中，便于用戶撰寫分析報告，為設備檢修提供詳實的數(shù)據(jù)支持，也降低了工作量。

（5）易于實現(xiàn)遠程診斷

系統(tǒng)采用B/S結構，使得監(jiān)測數(shù)據(jù)不再局限于一臺電腦，而是可以在網絡中的任意一臺計算機上實時顯示和分析，并可以實現(xiàn)設備的遠程診斷，從而大大提高綜合監(jiān)測系統(tǒng)監(jiān)測和診斷的效率。

（6）開放性的數(shù)據(jù)平臺

Advanced EAM為各種設備信息化系統(tǒng)提供標準數(shù)據(jù)接口，可接入其他廠家設備、備件的數(shù)據(jù)?？筛渌芾硐到y(tǒng)如CMMS、ERP、EAM、DCS等無縫集成實現(xiàn)數(shù)據(jù)共享，為ERP和EAM系統(tǒng)中的設備管理子系統(tǒng)提供數(shù)據(jù)支撐，以更加科學的進行維修計劃制定和備品備件管理。

4 定寬機振動在線監(jiān)測數(shù)據(jù)分析

4.1 定寬機運行負載態(tài)波譜主要特征

頻譜主要特征：主要能量集中在4000Hz以內，主要頻率構成成份54.75Hz，兩組間隔都為54.75Hz，一組變頻載波頻率的整數(shù)倍3072Hz為中心，另外一組是電氣特征通過頻率的整數(shù)倍。其它部分也是如此。在其中一組電氣特征放大圖像上可以見到清晰的負載頻率—錘頭擠壓板坯的周期0.645Hz。

4.2 定寬機減速機振動信號分析（以傳動側為例）

長波形顯示負載態(tài)，波形特征宏觀上顯著周期性，載荷在初期較?。ㄓ晒に嚊Q定），隨著軋制進行，略微增加，局部有隨機性的較大的沖擊毛刺。初期負載特征是轉頻的，0.63Hz。中后期波形有每回轉兩次重復性特征。空載振動能量較小。

5 結論

本鋼2300mm生產線配置的目前技術上世界領先的板坯調寬設備---定寬機，可以大幅提高粗軋工序的板坯調寬能力和尺寸精度，提高了上游工序連鑄坯的產量。但是由于該設備安裝型式的特殊性和使用過程的復雜性，使其在軋制狀態(tài)下產生了較大振動。本文通過對定寬機安裝過程和調試測試的分析，根據(jù)振動分析理論基礎，構建了定寬機設備特別是主傳動減速機運行振動在線監(jiān)測系統(tǒng)，完成了硬件和軟件系統(tǒng)的調試。通過振動測試信號的分析，定寬機在軋制過程中，信號特征穩(wěn)定，無顯著的軸承特征和齒輪嚙合問題。由此可見，本鋼2300mm熱軋機組定寬機定寬機安裝水平的微量變化，現(xiàn)階段對定寬機主傳動減速機各部軸承、齒輪副的影響甚微，只需持續(xù)應用在線監(jiān)測技術，通過對振動信號的專業(yè)化分析來掌控振動的劣化傾向。

綜上所述，本文得到如下結論：（1）本鋼2300mm熱軋機組定寬機安裝水平的微量變化對主傳動軸承和齒輪副的不良影響甚微。（2）本鋼2300mm熱軋機組定寬機的在線監(jiān)測技術完全可以拓展至其它工藝工況復雜的機械設備上應用。（3）機械振動的基礎理論通過與專用傳感器的數(shù)據(jù)采集、集成化的數(shù)據(jù)分析相結合，現(xiàn)已可以應用于各種復雜機械設備工況，并完成相關振動分析和診斷。（4）隨著將此在線振動監(jiān)測技術在非標設備上的普及應用，并隨著其振動狀態(tài)的定點采集和數(shù)據(jù)積累，此在線振動監(jiān)測的數(shù)學分析模型也將逐步完善。（5）隨著分析模型的完善，日后的在線監(jiān)測技術將更有針對性，分析的結論將更加直觀，更加準確，并可作為設備運行狀態(tài)管控所不可或缺的專業(yè)化工具。

作者簡介

宋舒（1974-），男，江蘇江陰人，1997年8月畢業(yè)于東北大學，本科，并獲得冶金機械設備專業(yè)學士學位，在職學習獲得大連理工大學碩士學位，現(xiàn)就職于本鋼板材股份有限公司戰(zhàn)略規(guī)劃部，工程師，從事項目管理工作。