本钢2300mm热轧定宽机选型安装及振动监测

摘 要：本钢热连轧厂于2008年投产一条年生产能力为515万吨的2300mm热轧生产线，为目前国内最宽幅的常规热轧机组。2300mm生产线在粗轧区域配置了目前技术上世界领先的板坯调宽设备---定宽机，该设备的投入大幅提高了粗轧工序的板坯调宽能力和尺寸精度，提高了上游工序连铸坯的产量。本文以此为出发点，将振动基础理论与国内成型的振动检测设备及分析平台的相结合，提出对定宽机主传动减速机实现振动在线监测的观点。将理论与实践相结合，具有可操作性和现实意义。同时，此思路可拓展至绝大部分工艺、工况比较复杂的重要设备的实时监测与故障分析的需要，为及时、准确地把握设备状态提供了全面的机组状态信号，可预防设备的突发性事故，减少生产线的非计划停机。

关键词：定宽机；振动；在线监测

1 绪论

本钢2300热轧项目是本钢实现品种全、质量高千万吨级精品板材基地的重点工程。该项目2006年12月开工建设，占地面积180000m2，装机设备总重量约37，887t，电气设备总容量248MW。该项目于2008年11月建成投产，本钢2300生产线无论从控制精度、产品范围，还是成本控制、安评环评等方面，都已成为目前常规热轧机组在国内的样板厂，这得益于2300生产线的先进工艺设备选型，而其中粗轧前不可或缺的、且采用世界领先技术的宽度调整设备-----定宽机的应用，则更是此条先进热轧生產线的技术亮点。

定宽机是目前世界上最先进的热轧板坯宽度调整装置，定宽机的使用将有如下至关重要的技术优势：1）可减少对来料板坯的规格限制，因为定宽机的每道次最大减宽量可达300mm以上。2）因减少了对来料板坯的规格限制，所以可提高上游连铸机的产量。3）相对于常规立辊轧机而言，定宽压力机轧制所产生边部变形（狗骨）较小，从而提高板坯的减宽效率。4）由于经定宽压力机轧制的板坯头尾变形小，因此可减少切损，从而提高带钢的产品收得率。

2 定宽机主传动安装和调试

2.1 定宽机在使用中存在的问题

结合前述，可见西马克技术的定宽机相对于石川岛技术的定宽机，是有一定的优势的，因此，本钢2300生产线选用的是采用西马克技术的定宽机。这种定宽机结构相对简单，布置形式相对合理，从2300生产线投产以来，在产品宽度的可靠控制上，的确起到了不可或缺的重要作用。同时，此定宽机投入使用的故障率也很低。

尽管如此，本钢2300线的定宽机也出现了一个在选型、设计、制造和施工期间都没有能够预见到的设备隐患-----定宽机的主传动减速机的安装水平度在使用中出现了变化。

定宽机的两台主传动减速机，每台重约72吨，分别安装在两块独立的、高度约为6米的混凝土基础上。此混凝土基础因定宽机设备布置的需要，被设计为倒“L”形的悬臂结构，定宽机主传动减速机安装于其上，且减速机输出轴端也是悬臂布置。为确保减速机的安装水平，此减速机在出厂前，在装配和调整结束后，须将两台减速机整体吊装至检测平台，将减速机以传动中心线为基准进行调平，调平后，在减速机上箱体平面的四个角（两台减速机共八个角）进行打磨，以其中一个角的打磨面为基准“0”，再用水平仪观测其余七个打磨面的标高，将观测结果用钢号打印在减速机上箱体的打磨面上。这么做的目的是为了便于减速机在安装时，其安装水平度的可靠控制。

采用以上减速机的安装水平度检查和验收方法，本钢2300线定宽机在2009年完成定宽机的安装和调试，并正式投入使用。因定宽机的轧制力高达22000KN，最大侧压能力达到350mm，使得定宽机投入时的振动及噪音都大于常规立辊轧机，这其实也是正常的。但因定宽机主传动减速机的这种特殊的悬臂安装方式，及国内同行业对定宽机设备本身的使用维护还缺乏成熟的经验，使得我们对定宽机相关设备的劣化倾向难以可靠掌控。源于上述西马克关于此减速机安装水平度的设计和验收标准，我们有理由怀疑定宽机主减速机的安装水平度如果出现偏离，将会导致更大的传动噪音和振动。基于此，我们对定宽机主传动减速机在投入后的水平度进行了观测，发现其实际水平度的确已较投产时发生偏离。我们对此采用白钢垫片对减速机水平进行重新调整，并定期观测。原先我们认为这是混凝土基础的自然沉降造成的，但通过多次观测、调整、再观测、再调整发现，其实并非如此简单。通过统计不难发现，其减速机安装水平度的变化是没有规律的。以测点位置⑥为例，由统计可以看出，位置⑥的10次实测值，均不在符合验收标准的0.22-0.42mm区间内，且其水平值的变化并无规律，并非由单一的基础沉降所导致，甚至其水平标高曾“升高”的状态。

2.2 水平度变化的影响

即使在第一次安装时，将定宽机主传动减速机安装水平全部符合要求，但是经过一段时间使用，测试结果表明，定宽机主传动减速机上测点位置发生明显无规律的改变。因定宽机主传动减速机安装水平的这种非线性变化，会不可避免地导致其在传动过程中出现较大的振动，由此会对主传动减速机相关轴承、齿轮副产生不利影响。当定宽机主传动减速机安装水平度变化超过允许范围，或振动比较严重时，需要停机进行水平调整，调整过程往往需要24-48小时，这种非计划停机会造成巨大损失。

基于上述原因，需要对振动进行有效监测和控制。由于振动产生的原因较复杂，设计、制造、安装等环节都有可能存在，且因定宽机使用投入使用的需要，这些环节不可逆。这样一来，对定宽机主传动减速机的振动如能实现在线监测，让振动的实际情况得到实时监测，不失为一个避免因长期振动而导致设备故障发生的好办法，本文对此将做详细论述。

3 定宽机振动的在线监测方案

3.1 方案概述

为了保证定宽机的安全、稳定及长周期运行，更加科学地进行设备运行、检修及维护，必须对其采用在线监测的方式实现设备状态受控。振动在线监测系统实施将定宽机全面的纳入状态监测范围，对设备安全运行及科学维修提供决策支持，帮助优化设备的运行，使得设备管理水平再上一个新的台阶。

3.2 定宽机在线振动监测实施方案

对于定宽机这种低速重载的专用设备，可采用RH2000型在线监测站进行监测。

RH2000可实现对设备振动信号的多通道同步监测及转速、温度、电流等各种工艺量信号的实时监测。可将实时采集的数据通过工厂内部以太网传输并存储在服务器的数据库中。

以上在线振动监测实施方案只是硬件上的需求，为完成对振动数据的统计和分析，还需配置有可完成以上功能需求的软件系统。对此，可采用Advanced EAM作为此综合监测方案的统一平台，并具有以下功能特色：

（1）结构，方便系统的使用、维护

系统采用B/S架构，B/S结构即浏览器/服务器结构，浏览器为Internet网或局域网中的任何一台计算机，该计算机不需安装任何专用软件；用户只需通过IE方式访问服务器IP或域名，打开服务器网页，即可登录该系统。

采用B/S结构的优点首先是使用方便，可以使得管理人员和专业分析人员对设备状态的了解和分析做到“随时随地”；其次是维护方便，系统的维护和升级全部在服务器端进行，专业分析人员和管理人员不必担心自己的计算机重新安装或系统升级。

（2）自动报警

系统能够根据预先设定自动识别设备状态，进行相应等级的自动报警，并支持对报警点和报警原因的查询。这些预先设定是指对振动的各种时域和频域指标以及其它工艺量（包括转速、温度、电流等）的统计报警设定，因此，状态识别是在充分、完整的设备状态信息基础上实现的。系统还可将报警信号接入控制室，进行声光报警，免除了人工查看数据的被动工作。

（3）设备状态实时显示与分析

系统提供多种分析工具，支持对采集数据的实时显示与分析，包括时域波形、频谱图、轴心轨迹、瀑布图、包络解调等。系统的轴承数据库支持对所有采集数据的自动频率识别与标注。

（4）自动的报告生成功能

能将各种分析界面、特征频率列表、设备总值列表、主要峰值列表、检修计划、备件计划等生成到Word文档中，便于用户撰写分析报告，为设备检修提供详实的数据支持，也降低了工作量。

（5）易于实现遠程诊断

系统采用B/S结构，使得监测数据不再局限于一台电脑，而是可以在网络中的任意一台计算机上实时显示和分析，并可以实现设备的远程诊断，从而大大提高综合监测系统监测和诊断的效率。

（6）开放性的数据平台

Advanced EAM为各种设备信息化系统提供标准数据接口，可接入其他厂家设备、备件的数据。可跟其他管理系统如CMMS、ERP、EAM、DCS等无缝集成实现数据共享，为ERP和EAM系统中的设备管理子系统提供数据支撑，以更加科学的进行维修计划制定和备品备件管理。

4 定宽机振动在线监测数据分析

4.1 定宽机运行负载态波谱主要特征

频谱主要特征：主要能量集中在4000Hz以内，主要频率构成成份54.75Hz，两组间隔都为54.75Hz，一组变频载波频率的整数倍3072Hz为中心，另外一组是电气特征通过频率的整数倍。其它部分也是如此。在其中一组电气特征放大图像上可以见到清晰的负载频率—锤头挤压板坯的周期0.645Hz。

4.2 定宽机减速机振动信号分析（以传动侧为例）

长波形显示负载态，波形特征宏观上显著周期性，载荷在初期较小（由工艺决定），随着轧制进行，略微增加，局部有随机性的较大的冲击毛刺。初期负载特征是转频的，0.63Hz。中后期波形有每回转两次重复性特征。空载振动能量较小。

5 结论

本钢2300mm生产线配置的目前技术上世界领先的板坯调宽设备---定宽机，可以大幅提高粗轧工序的板坯调宽能力和尺寸精度，提高了上游工序连铸坯的产量。但是由于该设备安装型式的特殊性和使用过程的复杂性，使其在轧制状态下产生了较大振动。本文通过对定宽机安装过程和调试测试的分析，根据振动分析理论基础，构建了定宽机设备特别是主传动减速机运行振动在线监测系统，完成了硬件和软件系统的调试。通过振动测试信号的分析，定宽机在轧制过程中，信号特征稳定，无显著的轴承特征和齿轮啮合问题。由此可见，本钢2300mm热轧机组定宽机定宽机安装水平的微量变化，现阶段对定宽机主传动减速机各部轴承、齿轮副的影响甚微，只需持续应用在线监测技术，通过对振动信号的专业化分析来掌控振动的劣化倾向。

综上所述，本文得到如下结论：（1）本钢2300mm热轧机组定宽机安装水平的微量变化对主传动轴承和齿轮副的不良影响甚微。（2）本钢2300mm热轧机组定宽机的在线监测技术完全可以拓展至其它工艺工况复杂的机械设备上应用。（3）机械振动的基础理论通过与专用传感器的数据采集、集成化的数据分析相结合，现已可以应用于各种复杂机械设备工况，并完成相关振动分析和诊断。（4）随着将此在线振动监测技术在非标设备上的普及应用，并随着其振动状态的定点采集和数据积累，此在线振动监测的数学分析模型也将逐步完善。（5）随着分析模型的完善，日后的在线监测技术将更有针对性，分析的结论将更加直观，更加准确，并可作为设备运行状态管控所不可或缺的专业化工具。

作者简介

宋舒（1974-），男，江苏江阴人，1997年8月毕业于东北大学，本科，并获得冶金机械设备专业学士学位，在职学习获得大连理工大学硕士学位，现就职于本钢板材股份有限公司战略规划部，工程师，从事项目管理工作。