一种振动-磨损耦合作用下二十辊轧机状态退化建模方法与流程

本发明属于二十辊轧机的状态监测与分析，涉及到一种振动-磨损耦合作用下二十辊轧机状态退化建模方法。

背景技术：

0、技术背景

1、辊轧机作为一种重要的金属加工设备，广泛应用于金属材料的轧制加工过程中，其性能状态直接影响产品质量。然而，长期运行和高强度工作导致辊轧机的状态会因振动与磨损等因素逐渐退化，进而影响其性能和寿命。因此，准确预测和评估辊轧机的状态退化程度对于设备维护和生产计划具有重要意义。

2、现有的辊轧机状态退化评估分析还存在部分需要进行优化的地方，具体体现在以下几个方面：

3、1、当前无法有效保障及时发现设备的退化和故障，从而无法及时采取预防性维护措施，增加了设备的突然故障的可能性，无法提高设备的可靠性和安全性，无法降低维护成本，降低了设备的使用寿命；

4、2、当前无法实现设备的智能化管理，降低了设备的可靠性和安全性，提高了维护成本，降低了生产效率，提高了生产事故的风险，降低了生产计划的可靠性。

技术实现思路

1、鉴于以上现有技术存在的问题，本发明提供一种振动-磨损耦合作用下二十辊轧机状态退化建模方法，用于解决据上述技术问题。

2、为了实现上述目的及其他目的，本发明采用的技术方案如下：

3、本发明提供了一种振动-磨损耦合作用下二十辊轧机状态退化建模方法，该方法包括如下步骤：

4、步骤1：在目标二十辊轧机的关键部位安装数据采集设备，进而采集得到目标二十辊轧机对应目标监测时间段各监测时间点内各关键部位的振动数据，并将目标监测时间段各目标监测时间点统称为各目标监测时间点；

5、步骤2：对目标二十辊轧机对应各目标监测时间点内各关键部位的振动数据进行数据分析，由此分析得出目标二十辊轧机对应目标监测时间段内各关键部位的振动特性；

6、步骤3：通过监测目标二十辊轧机的磨损情况，进而收集得到目标二十辊轧机对应各目标监测时间点内各关键部位的磨损数据；

7、步骤4：分析得到目标二十辊轧机对应目标监测时间段内各关键部位的磨损特性；

8、步骤5：构建得到目标二十辊轧机对应各关键部位的参考振动-磨损耦合模型；

9、步骤6：依据目标二十辊轧机对应的参考振动-磨损耦合模型，进而对目标二十辊轧机对应各关键部位进行状态退化评估。

10、示例性的，所述步骤1中目标二十辊轧机对应目标监测时间段各监测时间点内各关键部位的振动数据具体包括振动幅值、振动频率、振动加速度、振动速度和振动偏移量。

11、示例性的，所述步骤2中对目标二十辊轧机对应各目标监测时间点内各关键部位的振动数据进行数据分析，具体分析过程如下：

12、步骤2.1：依据目标二十辊轧机对应各目标监测时间点内各关键部位的振动数据，由此得到目标二十辊轧机对应各目标监测时间点各关键部位的振动频率，并将其进行相互比对，筛选计算得到目标二十辊轧机对应各关键部位的采样频率θg，g表示各关键部位的编号，g＝1,2,...u；

13、依据分析公式分析得到目标二十辊轧机对应各关键部位的移动窗口大小值ψg，其中，p表示各目标监测时间点的编号，p＝1,2,...s,θgp表示目标二十辊轧机对应第p个目标监测时间点第g个关键部位的振动频率，l表示预设的窗口捕捉信号周期的参考长度，ι1表示预定义移动窗口修正值；

14、获取目标二十辊轧机对应目标监测时间段内监测时间点总数目，由此获取目标二十辊轧机对应各关键部位的监测时间点总数目mg，通过计算得出目标二十辊轧机对应各关键部位的频率移动平均值ηg；

15、步骤2.2：获取目标二十辊轧机对应各目标监测时间点各关键部位的振动幅值，将目标二十辊轧机对应各关键部位各目标监测时间点的振动幅值进行互相比对，由此筛选出目标二十辊轧机对应各关键部位的最大振动幅值和最小振动幅值

16、依据分析公式分析得出目标二十辊轧机对应各关键部位的平均振动幅值φg，其中，s表示目标监测时间点总数目，agp表示目标二十辊轧机对应第p个目标监测时间点第g个关键部位的振动幅值；

17、步骤2.3：获取目标二十辊轧机对应各目标监测时间点各关键部位的振动加速度和振动速度νgp；

18、通过计算得出目标二十辊轧机对应各关键部位的振动加速度标准差ξg；

19、依据目标二十辊轧机对应各关键部位的振动加速度标准差同理计算可得目标二十辊轧机对应各关键部位的振动速度标准差ξ′g；

20、步骤2.4：获取目标二十辊轧机对应各目标监测时间点各关键部位的振动偏移量，计算得出二十辊轧机对应各关键部位的振动偏移均方根值λg，具体计算公式为：

21、ηgp表示目标二十辊轧机对应第p个目标监测时间点第g个关键部位的振动偏移量。

22、示例性的，所述步骤2中分析得出目标二十辊轧机对应目标监测时间段内各关键部位的振动特性，具体分析过程如下：

23、步骤2.5：获取目标二十辊轧机对应各关键部位的频率移动平均值，依据分析公式分析得出目标二十辊轧机对应目标监测时间段内各关键部位的振动频率偏差系数其中，η′g、δη′g′分别表示预定义的二十辊轧机对应第g个关键部位的参考振动频率值和许可振动频率差值；

24、步骤2.6：依据目标二十辊轧机对应目标监测时间段内各关键部位的振动频率偏差系数的分析方式同理分析得出目标二十辊轧机对应目标监测时间段内各关键部位的振动幅值偏差系数、振动加速度偏差系数、振动速度偏差系数和振动偏移偏差系数；

25、步骤2.7：进而通过计算得到目标二十辊轧机对应各关键部位的振动综合偏差系数其中，e表示自然常数，分别表示目标二十辊轧机对应目标监测时间段内第g个关键部位的振动幅值偏差系数、振动加速度偏差系数、振动速度偏差系数和振动偏移偏差系数，b1、b2、b3、b4和b5分别表示预定义的振动频率偏差系数、振动幅值偏差系数、振动加速度偏差系数、振动速度偏差系数和振动偏移偏差系数对应振动综合偏差系数的权重因子，且b1+b2+b3+b4+b5＝1。

26、示例性的，所述步骤3中目标二十辊轧机对应各目标监测时间点各关键部位的磨损数据为磨损量和磨损速率。

27、示例性的，所述步骤3中收集得到目标二十辊轧机对应各目标监测时间点各关键部位的磨损数据，具体收集过程如下：

28、步骤3.1：通过布设的监测仪器，由此得到目标二十辊轧机对应各目标监测时间点内各关键部位的磨损图像，进一步提取得到目标二十辊轧机对应各目标监测时间点内各关键部位的磨损表面积和磨损深度，将目标二十辊轧机对应各目标监测时间点内各关键部位的磨损表面积和磨损深度进行相乘，得出目标二十辊轧机对应各目标监测时间点内各关键部位的磨损体积τgp，通过计算得出目标二十辊轧机对应各目标监测时间点内各关键部位的磨损量表示预定义单位磨损体积对应的参考磨损量；

29、步骤3.2：依据目标二十辊轧机对应各目标监测时间点内各关键部位的磨损量，比对得到目标二十辊轧机对应各关键部位内第一目标监测时间点的磨损量和末尾目标监测时间点的磨损量，并分别获取末尾目标监测时间点和第一目标监测时间点对应的时间点，依据分析公式分析得出目标二十辊轧机对应目标监测时间段内各关键部位的磨损速率t末尾、t第一分别表示末尾目标监测时间点和第一目标监测时间点对应的时间点，分别表示目标二十辊轧机对应第g个关键部位内末尾目标监测时间点的磨损量和第一目标监测时间点的磨损量；

30、并将目标二十辊轧机对应目标监测时间段内各关键部位的磨损速率作为目标二十辊轧机对应各目标监测时间点各关键部位的磨损速率。

31、示例性的，所述步骤4中分析得到目标二十辊轧机对应监测时间点各关键部位的磨损特性，具体构建过程如下：

32、步骤4.1：获取目标二十辊轧机对应的出厂时间以及每天使用平均时长，利用计算得到目标二十辊轧机对应的累计使用总时长c，c出、分别表示目标二十辊轧机对应的出厂时间以及每天使用平均时长，c现表示当时时间；

33、步骤4.2：通过计算得到目标二十辊轧机对应各关键部位的磨损综合偏差系数βg，其中，δβg表示预定的二十辊轧机对应第g个关键部位的许可磨损偏差值。

34、示例性的，所述步骤5中构建得到目标二十辊轧机对应各关键部位的参考振动-磨损耦合模型，具体构建过程如下：

35、步骤5.1：从参考信息库中提取得到二十辊轧机对应各关键部位的标准振动-磨损耦合模型，由此从中提取出二十辊轧机对应各关键部位参考振动次数对应的参考磨损量；

36、步骤5.2：获取二十辊轧机对应各关键部位的参考振动次数，将其与目标二十辊轧机对应各关键部位的振动综合偏差系数进行相乘计算，得到目标二十辊轧机对应各关键部位的偏差振动次数；

37、步骤5.3：获取二十辊轧机对应各关键部位参考振动次数对应的参考磨损量，将其与目标二十辊轧机对应各关键部位的偏差振动次数进行相乘计算，再将计算的结果与目标二十辊轧机对应各关键部位的磨损综合偏差系数进行相乘计算，由此计算得到目标二十辊轧机对应各关键部位偏差振动次数的偏差磨损量；

38、步骤5.4：以此目标二十辊轧机对应各关键部位偏差振动次数的偏差磨损量构建得出目标二十辊轧机对应各关键部位的参考振动-磨损耦合模型。

39、示例性的，所述步骤6中对目标二十辊轧机对应各关键部位进行状态退化评估，具体评估过程如下：

40、步骤6.1：利用当时时间与目标二十辊轧机对应的出厂时间进行做差计算，得出目标二十辊轧机对应的使用时长，从参考信息库中提取出二十辊轧机对应使用时长区间对应各关键部位参考振动次数的参考磨损量，进一步得到目标二十辊轧机对应使用时长区间内各关键部位参考振动次数的参考磨损量；

41、步骤6.2：利用计算得出目标二十辊轧机对应各关键部位的状态评估系数εg，其中，r′g表示目标二十辊轧机对应使用时长区间内第g个关键部位参考振动次数的参考磨损量，rg表示目标二十辊轧机对应第g个关键部位偏差振动次数的偏差磨损量，δrg表示预定义的二十辊轧机对应第g个关键部位许可偏差量；

42、步骤6.3：将目标二十辊轧机对应各关键部位的状态评估系数与预定义的二十辊轧机对应各关键部位的参考状态评估系数进行比对，若目标二十辊轧机对应某关键部位的状态评估系数大于或等于预定义的二十辊轧机对应各关键部位的参考状态评估系数，则将标二十辊轧机对应该关键部位的状态标记为正常状态，反之则标记为退化状态。

43、如上所述，本发明提供的一种振动-磨损耦合作用下二十辊轧机状态退化建模方法，至少具有以下有益效果：

44、本发明提供的一种振动-磨损耦合作用下二十辊轧机状态退化建模方法，通过对目标二十辊轧机对应各目标监测时间点内各关键部位的振动数据进行数据分析，由此分析得出目标二十辊轧机对应目标监测时间段内各关键部位的振动特性，同时依据目标二十辊轧机对应各目标监测时间点内各关键部位的磨损数据，分析得到目标二十辊轧机对应目标监测时间段内各关键部位的磨损特性，进而建得到目标二十辊轧机对应各关键部位的参考振动-磨损耦合模型，最终对目标二十辊轧机对应各关键部位进行状态退化评估，有效的解决了当前对于二十辊轧机退化建模评估分析还存在一定局限性的问题，一方面，有效的保障了及时发现设备的退化和故障，从而采取预防性维护措施，避免设备的突然故障，减少生产停机时间，提高设备的可靠性和安全性，一方面，机械状态退化评估还可以帮助我们优化设备的维护策略。通过分析设备的状态退化趋势，从而降低维护成本，延长设备的使用寿命，另一方面，机械状态退化评估可以帮助我们实现设备的智能化管理，提高设备的可靠性和安全性，降低维护成本，提高生产效率。

技术特征：

1.一种振动-磨损耦合作用下二十辊轧机状态退化建模方法，其特征在于，该方法包括如下步骤：

2.根据权利要求1所述的一种振动-磨损耦合作用下二十辊轧机状态退化建模方法，其特征在于，所述步骤1中目标二十辊轧机对应目标监测时间段各监测时间点内各关键部位的振动数据具体包括振动幅值、振动频率、振动加速度、振动速度和振动偏移量。

3.根据权利要求2所述的一种振动-磨损耦合作用下二十辊轧机状态退化建模方法，其特征在于，所述步骤2中对目标二十辊轧机对应各目标监测时间点内各关键部位的振动数据进行数据分析，具体分析过程如下：

4.根据权利要求3所述的一种振动-磨损耦合作用下二十辊轧机状态退化建模方法，其特征在于，所述步骤2中分析得出目标二十辊轧机对应目标监测时间段内各关键部位的振动特性，具体分析过程如下：

5.根据权利要求1所述的一种振动-磨损耦合作用下二十辊轧机状态退化建模方法，其特征在于，所述步骤3中目标二十辊轧机对应各目标监测时间点各关键部位的磨损数据为磨损量和磨损速率。

6.根据权利要求5所述的一种振动-磨损耦合作用下二十辊轧机状态退化建模方法，其特征在于，所述步骤3中收集得到目标二十辊轧机对应各目标监测时间点各关键部位的磨损数据，具体收集过程如下：

7.根据权利要求6所述的一种振动-磨损耦合作用下二十辊轧机状态退化建模方法，其特征在于，所述步骤4中分析得到目标二十辊轧机对应监测时间点各关键部位的磨损特性，具体构建过程如下：

8.根据权利要求1所述的一种振动-磨损耦合作用下二十辊轧机状态退化建模方法，其特征在于，所述步骤5中构建得到目标二十辊轧机对应各关键部位的参考振动-磨损耦合模型，具体构建过程如下：

9.根据权利要求1所述的一种振动-磨损耦合作用下二十辊轧机状态退化建模方法，其特征在于，所述步骤6中对目标二十辊轧机对应各关键部位进行状态退化评估，具体评估过程如下：

技术总结
本发明涉及二十辊轧机的状态监测与分析技术领域，涉及到一种振动‑磨损耦合作用下二十辊轧机状态退化建模方法，通过对目标二十辊轧机对应各目标监测时间点内各关键部位的振动数据进行数据分析，由此分析得出目标二十辊轧机对应目标监测时间段内各关键部位的振动特性，同时依据目标二十辊轧机对应各目标监测时间点内各关键部位的磨损数据，分析得到目标二十辊轧机对应目标监测时间段内各关键部位的磨损特性，进而建得到目标二十辊轧机对应各关键部位的参考振动‑磨损耦合模型，最终对目标二十辊轧机对应各关键部位进行状态退化评估，有效的保障了及时发现设备的退化和故障，从而采取预防性维护措施，有效避免设备的突然故障。

技术研发人员：郑书伟,许洪勃,郑玉堃
受保护的技术使用者：无锡星钇冶金技术有限公司
技术研发日：
技术公布日：2024/12/5