在生产钢板的冷连轧机及平整机中，因共振或机械损耗产生的振动，有时会导致钢板出现条纹状缺陷（颤痕）。为了解决这一问题，本研究聚焦缺陷产生时的异常振动，构建了振动监控系统，对安装在轧机上部的振动传感器信号进行监控与分析。通过该系统，可在早期捕捉颤痕产生的趋势，并将异常情况告知操作人员，从而及时采取处理措施，提高产品质量。
在生产表面质量要求严格的钢板的冷连轧机（TCM）、连续镀锌生产线（CGL）及连续退火生产线（CAL）的平整机中，由共振或机械磨损引发的轧机颤振，易使钢板产生周期性厚度波动（波动幅度为数微米），并形成条纹类表面缺陷（颤痕）。为了解决这一问题，本研究聚焦颤痕产生时的异常振动，构建了可在初期阶段检测颤振的振动监控系统。以下将重点阐述构建该振动监控系统时需注意的要点。 通常而言，颤振的产生可大致分为“操作条件引发”和“轴承劣化引发”两类（如表1所示）。操作条件引发的颤振，是在轧制时带钢速度与轧辊转速不匹配，导致带钢打滑而产生的。当打滑产生的振动与轧机本体的固有频率一致时，会引发共振现象，其能量会使轧制负荷发生变化。 众所周知，轧制负荷的变化会导致钢板厚度波动，进而产生颤痕。打滑的产生原因主要分为四个方面：1）人工干预调整轧制速度时的张力波动；2）轧制油的特性（种类、浓度、温度）；3）轧制条件（压下率、轧制负荷）；4）轧辊磨损（摩擦力下降）。 操作条件引发的颤振呈零散发生状态，已知其发生时的频率范围为80-300Hz。另一方面，构成轧机的轧辊轴承若发生劣化，会导致轧辊振动，进而可能产生颤振。轴承劣化引发的颤振呈持续发生状态，其频率会根据轴承损坏部位（滚道表面、外轮滚动面等）及转速而变化。 为检测颤振，在轧机的机架上部及工作轧辊轴承处安装了振动传感器。表2为振动传感器的规格参数。用于测量振动的参数有位移、速度、加速度三种：位移适用于测量轧机转轴晃动等频率相对较低的振动；加速度则适用于测量齿轮损坏等频率相对较高的振动。本次研究中，由于待测量的颤痕产生时的振动频率范围为5Hz-1kHz，因此选择在该频率范围内可稳定测量的“速度”作为测量参数。 图1展示了操作条件引发打滑及轴承劣化引发颤振时的振动频率分析结果：操作条件引发的颤振，其峰值以各轧机的固有频率为中心分布；轴承劣化引发的颤振，其峰值则出现在由产线速度与轴承损坏位置决定的频率（定义为“基频”）处，这一特征较为明显。 因此，通过对振动速度信号进行频率分析，可根据分析结果确定颤痕的产生原因。通过上述研究，颤振检测方法设置了两项功能。 图2展示了颤痕的产生状况。在实时监控中，当振动速度超过预设阈值时，系统会输出报警信号，告知操作人员当前存在异常振动。操作人员可通过调整操作条件，如降低产线速度、减少润滑油量、更换轧辊等，抑制由操作条件引发的颤痕产生。 图3展示了通过频率分析进行监控的画面。由于轴承劣化导致的异常振动，其发生频率会随产线速度而变化。因此，在软件设计上，针对频率分析的报警判定值，能够在任意频率带宽内设置阈值。通过预先在轴承的基本频率带宽内设置报警阈值并进行异常判定，当出现由轴承劣化导致的颤痕时，就可以确定故障的原因。 图4展示了振动监控系统的构成图。该系统通过数据处理计算机监控生产线运行过程中的振动速度，当振动速度超过预设阈值时，输出报警信号告知操作人员。测量得到的振动数据会存储到实绩采集服务器中。此外，当实时监控与频率分析监控的结果均超过报警阈值（危险级）时，上位计算机的产量判定系统会将该钢卷标记为“保留”，避免存在潜在颤痕缺陷的钢卷外流出厂。 此外，该系统还将钢卷信息及生产线信息，如产线速度、轧制负荷、轧制长度、张力等导入颤振检测控制盘，实现了对实绩采集服务器内振动数据的检索功能，构建了可结合过往操作状况与振动数据进行综合分析的系统。 为监控颤痕产生状况，系统还支持在办公室远程监控各生产线振动监控系统的振动数据，图5为远程监控系统的构成图。通过该系统，办公室计算机可实时分析实绩采集服务器中存储的数据，从而快速开展颤痕产生时的数据解析工作。 作为颤痕产生的应对措施，本研究构建了振动监控系统，并将其导入冷连轧机、CGL及CAL的平整机中。结果表明，该系统可在早期阶段检测出颤振的产生，有效防止带有颤痕的钢卷流向客户。
