CN112857797B - 轧机设备扭振检测系统及扭振检测方法 - Google Patents

轧机设备扭振检测系统及扭振检测方法 Download PDF

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Abstract

本发明提供轧机设备扭振检测系统及扭振检测方法，以一扭矩感测元件测得传动轴的一待轧扭矩讯号及一轧延扭矩讯号，以一讯号特征处理单元接收所述待轧扭矩讯号以及所述轧延扭矩讯号，以获得一相关的指标资料，并以分析结果判断单元接收所述指标资料并比对一异常基准值，以判断所述轧机设备于传动轴处和扭振相关的故障失效状态。

Description

轧机设备扭振检测系统及扭振检测方法
技术领域
本发明关于一种轧机设备，尤指一种轧机设备的传动轴扭振检测系统及扭振检测方法。
背景技术
轧机设备常见以变转速及变负载为操作条件，用在钢板、钢带的生产，传统检测轧机设备故障失效的方法，例如判断工辊损伤或轧机颤振，一般是借由收集轧机设备的单一个振动讯号，通过傅立叶转换的频谱讯号为基础而进行振动模态分析，借此作为判断轧机设备是否发生所述故障失效的异常指标。
综上，轧机设备虽能以测得的振动讯号进行分析而判断何处发生故障失效，但以轧机设备中传动轴断裂的失效模式而言，传动轴会断裂主要是因转动过程中发生扭振(扭转振动)所导致，前述振动讯号收集的条件中并不会考虑到扭振的因素，故无法在传动轴因扭振发生断裂前预先得知征兆，导致传动轴的断裂无从预防，因而造成轧机设备严重损坏的情形难以避免，此即本发明所欲解决的主要问题所在。
发明内容
为解决上述问题，本发明提供一种轧机设备扭振检测系统及扭振检测方法，以检测传动轴有扭振发生时的讯号，通过讯号处理以获得指标资料后比对是否异常，以判定因传动轴处的扭振所造成的故障失效模式。
本发明的一项实施例提供一种轧机设备扭振检测系统，所述轧机设备驱动源通过传动轴连接上工辊、下工辊，并以上工辊、下工辊配合上背辊、下背辊对物件进行轧延，所述扭振检测系统包括一扭矩感测元件、一讯号特征处理单元以及一分析结果判断单元，扭矩感测元件设于传动轴，当传动轴在无负载时测得一待轧扭矩讯号，并且在物件于上工辊、下工辊轧延有负载时测得一轧延扭矩讯号。讯号特征处理单元与扭矩感测元件电性连接，讯号特征处理单元接收待轧扭矩讯号以及所述轧延扭矩讯号，以获得一扭转自然频率冲击指标资料或一轧辊双边打滑指标资料，所述扭转自然频率冲击指标资料是关于待轧扭矩讯号及轧延扭矩讯号的扭转共振频率、轧延过程中的时间波形，以及间歇出现扭转共振频率的扭矩冲击最大值，所述轧辊双边打滑指标资料是关于所述待轧扭矩讯号和所述轧延扭矩讯号个别的平均扭矩。分析结果判断单元与所述讯号特征处理单元电性连接，所述分析结果判断单元接收扭转自然频率冲击指标资料并比对一异常基准值，以判断所述轧机设备的一工辊、背辊表面热裂损伤状态或工辊、背辊轴承箱失油状态，或接收所述轧辊双边打滑指标资料并比对一异常基准值，以判断所述轧机设备的一轧机打滑无法轧延状态。
较佳地，所述分析结果判断单元设置在一云端伺服器上，所述分析结果判断单元通过所述云端伺服器以网际网路与所述讯号特征处理单元电性连接。
较佳地，所述扭矩感测元件为应变规；所述讯号特征处理单元包括动态讯号分析仪。
本发明的一项实施例提供一种轧机设备扭振检测方法，所述扭振检测方法包括：以一扭矩感测元件测得所述传动轴在无负载时的一待轧扭矩讯号，且测得所述传动轴当一物件轧入所述上工辊、下工辊时的一轧延扭矩讯号；以一讯号特征处理单元接收所述待轧扭矩讯号及所述轧延扭矩讯号，获得一扭转自然频率冲击指标资料或一轧辊双边打滑指标资料，所述扭转自然频率冲击指标资料是关于所述待轧扭矩讯号及所述轧延扭矩讯号的扭转共振频率、轧延过程中的时间波形，以及间歇出现扭转共振频率的扭矩冲击最大值，所述轧辊双边打滑指标资料是关于所述待轧扭矩讯号和所述轧延扭矩讯号个别的平均扭矩；以一分析结果判断单元将所述扭转自然频率冲击指标资料比对于一异常基准值，判断所述轧机设备的一工辊、背辊表面热裂损伤状态或工辊、背辊轴承箱失油状态，或将所述轧辊双边打滑指标资料比对于一异常基准值，判断所述轧机设备的一轧机打滑无法轧延状态。
较佳地，所述扭转自然频率冲击指标资料比对所述异常基准值时，当结果为所述间歇出现扭转共振频率的扭矩冲击最大值大于一基准值，并且间歇出现周期与工辊、背辊的转速一致时，判定为所述轧机设备的工辊、背辊表面热裂损伤或工辊、背辊轴承箱失油。
较佳地，所述轧辊双边打滑指标资料比对所述异常基准值时，当结果为上工辊、下工辊呈现扭矩负载比例不平衡，并且不平衡的比例高于0.6或低于0.4时，判定为轧机打滑无法轧延。
借此，当轧机设备的上工辊和下工辊从无负载到有物件进行轧延的过程中，可通过扭矩感测元件在传动轴测得有对应的扭矩讯号，由讯号特征处理单元计算而获得与扭振相关的指标资料，再由分析结果判断单元将已获得的指标资料与异常基准值比对后，即可判定因传动轴处的扭振所造成的故障失效模式，而有助于预先得知传动轴因扭振发生而可能断裂的征兆，以避免因传动轴断裂而造成轧机设备严重损坏的情形发生。
附图说明
图1本发明实施例所应用的轧机设备示意图；
图2本发明实施例的轧机设备扭振检测系统方块图；
图3本发明实施例的轧机设备扭振检测方法步骤流程图；
图4本发明实施例的另一轧机设备扭振检测方法步骤流程图。
附图标记说明
100　　轧机设备 200　　轧机设备扭振检测系统
10 　　驱动源 11 　　传动轴
12 　　上工辊 13 　　下工辊
14 　　上背辊 15 　　下背辊
16 　　电动马达 17 　　减速机
18 　 齿轮箱 21 　　扭矩感测元件
221　　动态讯号分析仪 22 　　讯号特征处理单元
23 　　分析结果判断单元 30 　　云端伺服器
31 　　资料库 40 　　网际网路
S1 　　待轧扭矩讯号 S2 　　轧延扭矩讯号
D1 　　异常基准值 D2　 　异常基准值
S101 　步骤 S102 　步骤
S103 　步骤 S201 　步骤
S202 　步骤 S203 　步骤。
具体实施方式
为便于说明本发明于上述发明内容一栏中所表示的中心思想，兹以具体实施例表达。实施例中各种不同物件按适于说明的比例、尺寸、变形量或位移量而描绘，而非按实际元件的比例予以绘制，合先叙明。
请参阅图1至图4所示，本发明提供一种轧机设备扭振检测系统及扭振检测方法。所述轧机设备100如图1所示，驱动源10驱动两个传动轴11，且通过两个传动轴11连接上工辊12、下工辊13，并以上工辊12、下工辊13配合上背辊14、下背辊15呈相对辊动，物件可在上工辊12及下工辊13间进行轧延，而本实施例所述驱动源10包括电动马达16、减速机17以及齿轮箱18的串接，所述物件为钢材而通过轧延后成为钢板(图中未示)，于此所述的轧机设备100仅为本实施例的一种实施态样，本发明并不以此为限。
本发明的一实施例所提供的轧机设备扭振检测系统200，其大致包括一扭矩感测元件21、一讯号特征处理单元22以及一分析结果判断单元23，其中，讯号特征处理单元22与扭矩感测元件21电性连接，而分析结果判断单元23与讯号特征处理单元22电性连接。所述扭矩感测元件21在本实施例中以应变规为例，扭矩感测元件21是被设于上述传动轴11的适当位置，而当轧机设备100启动为运转状态时，扭矩感测元件21可在传动轴11无负载时(即上工辊12和下工辊13间无所述物件轧延的情形下)，扭矩感测元件21可测得一待轧扭矩讯号S1；并且，当所述物件于上工辊12和下工辊13间进行轧延，即传动轴11有负载时的情形下，扭矩感测元件21可测得一轧延扭矩讯号S2，以待轧扭矩讯号S1和轧延扭矩讯号S2作为后续扭振讯号分析的主要依据。
在本实施例中，讯号特征处理单元22包括动态讯号分析仪221，主要是在接收所述待轧扭矩讯号S1和轧延扭矩讯号S2后，以作为频谱分析的仪器。此外，所述分析结果判断单元23，在本实施例中设置在一云端伺服器30上，此云端伺服器30并建制有资料库31，而分析结果判断单元23是通过云端伺服器30以网际网路40与讯号特征处理单元22电性连接。
以上大致说明本实施例的轧机设备扭振检测系统200，而本实施例的轧机设备扭振检测方法(请配合图3、4所示)，进一步说明如下：
当本实施例轧机设备100启动而为运转状态时，通过所述扭矩感测元件21设在所述传动轴11上，借以测得所述传动轴11在无负载时的待轧扭矩讯号S1，当所述物件轧入上工辊12和下工辊13时，测得所述传动轴11的轧延扭矩讯号S2(如图3、图4的步骤S101、S201)。
综上，以讯号特征处理单元22接收待轧扭矩讯号S1及所述轧延扭矩讯号S2，以获得一扭转自然频率冲击指标资料(如图3的步骤S102)，所述扭转自然频率冲击指标资料是关于所述待轧扭矩讯号S1及所述轧延扭矩讯号S2的扭转共振频率、轧延过程中的时间波形，以及间歇出现扭转共振频率的扭矩冲击最大值。当扭转自然频率冲击指标资料获得之后，分析结果判断单元23将所述扭转自然频率冲击指标资料比对于一异常基准值D1，以判断所述轧机设备100的工辊(上工辊12、下工辊13)、背辊(上背辊14、下背辊15)表面热裂损伤状态，或者是工辊、背辊轴承箱失油状态。例如，所述扭转自然频率冲击指标资料比对所述异常基准值D1时，结果为所述间歇出现扭转共振频率的扭矩冲击最大值大于一基准值(此基准值于本实施例中设定为4)，并且间歇出现周期与工辊、背辊的转速一致时，判定失效模式为所述轧机设备100的工辊、背辊表面热裂损伤，或工辊、背辊轴承箱失油，或工辊、背辊表面热裂损伤及工辊、背辊轴承箱失油同时发生(如图3的步骤S103)。在本实施例中，所述异常基准值D1和异常基准值D2储存在前述云端伺服器30的资料库31中。
综上，以讯号特征处理单元22接收待轧扭矩讯号S1及所述轧延扭矩讯号S2，也可获得一轧辊双边打滑指标资料(如图4的步骤S202)，所述轧辊双边打滑指标资料是关于所述待轧扭矩讯号S1和所述轧延扭矩讯号S2个别的平均扭矩。当轧辊双边打滑指标资料获得之后，分析结果判断单元23将所述轧辊双边打滑指标资料比对于一异常基准值D2，以判断所述轧机设备100的一轧机打滑无法轧延状态(如图4的步骤S203)。例如，所述轧辊双边打滑指标资料比对所述异常基准值D2时，结果为上工辊12、下工辊13呈现扭矩负载比例不平衡的情形，并且不平衡的比例高于0.6，或者低于0.4时，即可判定失效模式为轧机打滑无法轧延。
由上述的说明不难发现本发明的特点在于，当轧机设备100的上工辊12和下工辊13从无负载到有物件进行轧延的过程中，可通过扭矩感测元件21于传动轴11测得有对应的轧扭矩讯号S1和轧延扭矩讯号S2，而由讯号特征处理单元22计算获得与扭振相关的扭转自然频率冲击指标资料或轧辊双边打滑指标资料，再由分析结果判断单元23将已获得的指标资料与异常基准值D1、D2比对后，即可判定因传动轴11处的扭振所造成的故障失效模式，例如前述所判定为工辊、背辊表面热裂损伤或工辊、背辊轴承箱失油，或为轧机打滑无法轧延的失效模式，有助于预先得知传动轴11因扭振发生而可能断裂的征兆，以避免因传动轴11断裂而造成轧机设备100严重损坏的情形发生。
以上所举实施例仅用以说明本发明而已，非用以限制本发明的范围。举凡不违本发明精神所从事的种种修改或变化，俱属本发明意欲保护的范畴。

Claims (10)

1.一种轧机设备扭振检测系统，所述轧机设备驱动源通过传动轴连接上工辊、下工辊，并以上工辊、下工辊配合上背辊、下背辊对物件进行轧延，其特征在于，所述扭振检测系统包括：
一扭矩感测元件，设于所述传动轴，当所述传动轴在无负载时测得一待轧扭矩讯号，并且所述物件在所述上工辊、下工辊轧延有负载时测得一轧延扭矩讯号；
一讯号特征处理单元，与所述扭矩感测元件电性连接，所述讯号特征处理单元接收所述待轧扭矩讯号以及所述轧延扭矩讯号，以获得一扭转自然频率冲击指标资料，所述扭转自然频率冲击指标资料是关于所述待轧扭矩讯号及所述轧延扭矩讯号的扭转共振频率、轧延过程中的时间波形，以及间歇出现扭转共振频率的扭矩冲击最大值；以及
一分析结果判断单元，设置在一云端伺服器上，所述分析结果判断单元通过所述云端伺服器以网际网路与所述讯号特征处理单元电性连接，所述分析结果判断单元接收所述扭转自然频率冲击指标资料并比对一异常基准值，以判断所述轧机设备的一工辊、背辊表面热裂损伤状态或工辊、背辊轴承箱失油状态。
2.如权利要求1所述的轧机设备扭振检测系统，其特征在于：该云端伺服器建制一资料库，该资料库储存所述异常基准值。
3.如权利要求2所述的轧机设备扭振检测系统，其特征在于：所述扭矩感测元件为应变规；所述讯号特征处理单元包括动态讯号分析仪。
4.一种轧机设备扭振检测系统，所述轧机设备驱动源通过传动轴连接上工辊、下工辊，并以上工辊、下工辊配合上背辊、下背辊对物件进行轧延，其特征在于，所述扭振检测系统包括：
一扭矩感测元件，设于所述传动轴，当所述传动轴在无负载时测得一待轧扭矩讯号，并且所述物件在所述上工辊、下工辊轧延有负载时测得一轧延扭矩讯号；
一讯号特征处理单元，与所述扭矩感测元件电性连接，所述讯号特征处理单元接收所述待轧扭矩讯号以及所述轧延扭矩讯号，以获得一轧辊双边打滑指标资料，所述轧辊双边打滑指标资料是关于所述待轧扭矩讯号和所述轧延扭矩讯号的平均扭矩；以及
一分析结果判断单元，设置在一云端伺服器上，所述分析结果判断单元通过所述云端伺服器以网际网路与所述讯号特征处理单元电性连接，所述分析结果判断单元接收所述轧辊双边打滑指标资料并比对一异常基准值，以判断所述轧机设备的一轧机打滑无法轧延状态。
5.如权利要求4所述的轧机设备扭振检测系统，其特征在于：该云端伺服器建制一资料库，该资料库储存所述异常基准值。
6.如权利要求5所述的轧机设备扭振检测系统，其特征在于：所述扭矩感测元件为应变规；所述讯号特征处理单元包括动态讯号分析仪。
7.一种轧机设备扭振检测方法，所述轧机设备驱动源通过传动轴连接上工辊、下工辊，并以上工辊、下工辊配合上背辊、下背辊对物件进行轧延，其特征在于，所述扭振检测方法包括：
以一扭矩感测元件测得所述传动轴在无负载时的一待轧扭矩讯号，并且测得所述传动轴当一物件轧入所述上工辊、下工辊时的一轧延扭矩讯号；
以一讯号特征处理单元接收所述待轧扭矩讯号及所述轧延扭矩讯号，获得一扭转自然频率冲击指标资料，所述扭转自然频率冲击指标资料是关于所述待轧扭矩讯号及所述轧延扭矩讯号的扭转共振频率、轧延过程中的时间波形，以及间歇出现扭转共振频率的扭矩冲击最大值；以及
以一分析结果判断单元将所述扭转自然频率冲击指标资料比对于一异常基准值，判断所述轧机设备的一工辊、背辊表面热裂损伤状态或工辊、背辊轴承箱失油状态，其中，所述分析结果判断单元设置在一云端伺服器上，所述分析结果判断单元通过所述云端伺服器以网际网路与所述讯号特征处理单元电性连接。
8.权利要求7所述的轧机设备扭振检测方法，其特征在于：在所述扭转自然频率冲击指标资料比对所述异常基准值的步骤时，当结果为所述间歇出现扭转共振频率的扭矩冲击最大值大于一基准值，并且间歇出现周期与工辊、背辊的转速一致时，判定为所述轧机设备的工辊、背辊表面热裂损伤或工辊、背辊轴承箱失油。
9.一种轧机设备扭振检测方法，所述轧机设备驱动源通过传动轴连接上工辊、下工辊，并以上工辊、下工辊配合上背辊、下背辊对物件进行轧延，其特征在于，所述扭振检测方法包括：
以一扭矩感测元件测得所述轧机设备在未负载的运转状态下的所述传动轴的一待轧扭矩讯号，并且测得在一物件轧入所述轧机设备时的所述传动轴的一轧延扭矩讯号；
以一讯号特征处理单元接收所述待轧扭矩讯号及所述轧延扭矩讯号，获得一轧辊双边打滑指标资料，所述轧辊双边打滑指标资料是关于所述待轧扭矩讯号和所述轧延扭矩讯号的平均扭矩；以及
以一分析结果判断单元接收所述轧辊双边打滑指标资料比对于一异常基准值，判断所述轧机设备的一轧机打滑无法轧延状态，其中，所述分析结果判断单元设置在一云端伺服器上，所述分析结果判断单元通过所述云端伺服器以网际网路与所述讯号特征处理单元电性连接。
10.如权利要求9所述的轧机设备扭振检测方法，其特征在于：在所述轧辊双边打滑指标资料比对于所述异常基准值时，当结果为上工辊、下工辊呈现扭矩负载比例不平衡，并且不平衡的比例高于0.6，或低于0.4时，判定为轧机打滑无法轧延。
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