基于无线振动监测技术在选矿球磨机中的应用

马永亮

（江西铜业股份公司 城门山铜矿，江西 九江 332100）

1 前言

球磨机是选矿工艺中应用非常广泛且十分重要的设备。这样的关键设备一旦发生故障后，常常因为对故障的估计不足，没有制定出好的维修策略，往往会给生产带来严重的影响，使企业蒙受较大的经济损失。因此，如何能在设备故障的早期就能及时发现、通过跟踪故障的发展变化过程，并科学的制定出维修策略，避免事故的发生是企业所要解决的一个难题。

当机械设备内部发生异常时，往往会出现振动的大小及其性质的变化。所以，根据对振动信号的测量和分析，可以实现在不停机、解体的条件下对设备劣化程度和故障原因的有效判断[1]。同时，基于无线监测技术具有现场施工免布线和后期易维护的优点，可解决选矿球磨机生产环境复杂多样以及粗放的维修作业方式等不利情况。故选用无线振动监测技术来对选矿球磨机的运行状态进行监测。通过安装在设备上（轴承等关键部位）的无线监测器对设备的振动、温度数据与监测器自身工作状态信息的自动采集。无线监测站将其下所有监测器的测量信息通过企业局域网汇总到机房的系统服务器内，经过设备管理软件的分析、处理、发布、保存，使企业的设备管理者能够准确的了解设备现状和预测运行趋势。

2 系统构成

球磨机监测系统由硬件和软件两大部分构成。系统组成如图1所示。其中，硬件系统由无线监测器DX501、无线监测站DX550、系统服务器、企业局域网和WEB客户端构成。系统软件是基于.Net开发的DX1000道信设备状态监测管理系统软件。

图1 球磨机监测系统组成

2.1 硬件的主要配置

2.1.1 无线监测器DX501

无线监测器内嵌振动加速度传感器和温度传感器以及信号采集处理电路，采集参数可通过无线监测站下达到无线监测器内，其和无线监测站通讯采用2.4GHz频段进行无线数据传输[2]。

2.1.2 无线监测站DX550

在一个区域内（例如：一个工段或一个车间）设置一台监测站，并将所辖区域内的各个无线监测器测量的数据通过局域网传输至系统中心服务器。

2.1.3 系统服务器

选用IBM x3650硬件平台作为系统服务器。

2.1.4 企业局域网络

企业局域网络作为数据信息的高速公路，承担系统各硬件单元间采集数据和分析结果的传输任务。

2.1.5 WEB客户端（工程师分析站）

系统采用B/S结构，WEB客户端可以轻松远程访问系统信息。

2.2 系统软件

球磨机监测系统软件采用基于.Net平台和B/S结构开发的Web应用系统软件，软件配置采用Windows server 2003（操作系统）+PGSQL（数据库）+DX1000（设备状态监测管理）。其中DX1000设备状态管理软件作为核心，具有设备组态、采集参数设置、采集数据处理、数据存储、设备诊断工具、对外WEB发布等功能。

3 应用实例

以一台2130再磨机的小齿轮冲击信号的产生原因分析和指导检修为案例进行阐述。该再磨机的电机型号为：YR355M-6，983r/min，功率 220KW；减速机型号：ZD60-9-Ⅰ，传动比 5；磨机型号：φ2.1×3.0，小齿轮转速 196.6r/min，小齿轮21个齿，大齿轮172个齿，小齿轮轴承为双列向心球面滚子轴承（3630）（GB286-64）。2130再磨机的机组图及测点布置如图2所示，测点定义见表1。系统监测显示7#、8#测点轴向二级报警，7#测点轴向波形频谱图测量结果如图3所示，8#测点轴向测量结果如图4所示。

图2 2130再磨机测点布置图

表1 2130再磨机测点定义

当齿轮齿面有点蚀、剥落、裂痕等局部损伤，尤其是齿轮严重磨损和齿隙增大时，故障齿轮的振动信号在波形图中可以明显看到有冲击信号，特征频率往往表现以旋转频率为间隔啮合频率及其倍频的调制，并随着故障的严重啮合频率的高倍频或分数谐波愈来愈突出[34]。该球磨机小齿轮转动周期T=60000/196.6=305ms，转动频率 fr=196.6/60=3.28Hz，大、小齿轮啮合频率fc=21*fr=68.81Hz。从7#、8#测点波形图上明显看到大量的冲击信号，频谱图上十分突出的频率成分分别约为140Hz和280Hz，它们是2倍啮合频率、4倍啮合频率。啮合频率的高倍频为主导的故障特征频率存在，这说明小齿轮磨损相当严重、大小齿轮间隙太大并且齿面有损伤。停机对小齿轮检查发现齿形磨损严重、啮合间隙较大，经过对小齿轮换面、磨修、间隙调整后振动冲击信号明显降低。

图3 7#测点轴向加速度波形、频谱图

图4 8#测点轴向加速度波形、频谱图

4 结论

本文介绍的球磨机组振动监测系统采用郑州道信公司的DX1000设备管理系统和无线监测技术，该系统具有监测技术先进和使用维护方便等特点。通过在江铜集团城门山铜矿选矿厂一年来的应用实践证明，对选矿球磨机的设备管理和开展预防性维修都起了积极地作用和实际的指导意义。

[1]沈水福、高大勇.设备故障诊断技术[M].北京：科学出版社，1990

[2]吕涛、周燕媚、郑启亮、张仁杰，基于2．4G的检测数据无线传输模块设计[J].北京：仪器仪表学报，2006，S3：2062

[3]屈梁生、何正嘉.机械故障诊断学[M].上海：上海科学技术出版社，1986

[4]杨国安.机械设备故障诊断实用技术[M].北京：中国石化出版社，2007