塔式起重機(jī)的工況監(jiān)測(cè)與故障診斷

◎馬銘澤

塔式起重機(jī)的工況監(jiān)測(cè)與故障診斷

◎馬銘澤

工況監(jiān)測(cè)與故障診斷是塔式起重機(jī)施工安全的重要影響因素之一。文章主要通過(guò)介紹塔式起重機(jī)工程監(jiān)測(cè)以及故障診斷技術(shù)的應(yīng)用狀況，從而探討塔式起重機(jī)的振動(dòng)監(jiān)測(cè)方法、無(wú)損檢測(cè)方法以及溫度監(jiān)測(cè)方法，并且針對(duì)具體的故障診斷方法分類概述。

塔式起重機(jī)作為城市建筑施工中不可缺少的運(yùn)輸設(shè)備，在施工中的作用比較突出，不僅能夠加快工程的施工進(jìn)度，同時(shí)還能夠縮短工期，降低工程的施工成本。但是由于這種起重機(jī)往往在較為惡劣的條件下施工，并且起重機(jī)的結(jié)構(gòu)復(fù)雜，重心高，起重量大，起動(dòng)和制動(dòng)頻繁，從而導(dǎo)致機(jī)器在施工過(guò)程中極易發(fā)生故障，輕者會(huì)使得系統(tǒng)的性能下降，嚴(yán)重的情況下會(huì)給人們的生命財(cái)產(chǎn)安全造成威脅。所以，需要加強(qiáng)對(duì)塔式起重機(jī)的工況監(jiān)測(cè)，對(duì)機(jī)器故障進(jìn)行診斷，以此提升起重機(jī)系統(tǒng)的安全性以及可靠性。

塔式起重機(jī)的工況監(jiān)測(cè)方法

振動(dòng)監(jiān)測(cè)法。振動(dòng)監(jiān)測(cè)法就是通過(guò)對(duì)振動(dòng)信號(hào)的采集以及分析，從中提取信號(hào)特征，根據(jù)信號(hào)特征來(lái)識(shí)別設(shè)備出現(xiàn)的故障類型。這種監(jiān)測(cè)方法在旋轉(zhuǎn)機(jī)械的故障診斷中使用比較普遍。塔式起重機(jī)的機(jī)械系統(tǒng)比較復(fù)雜，其運(yùn)動(dòng)機(jī)構(gòu)包括兩個(gè)方面的內(nèi)容，既有旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)機(jī)構(gòu)，同時(shí)又有往復(fù)運(yùn)動(dòng)機(jī)構(gòu)，由于往復(fù)運(yùn)動(dòng)機(jī)構(gòu)的振動(dòng)頻率較低，噪聲干擾較大，利用傳統(tǒng)的機(jī)械分析方法很難對(duì)其內(nèi)部狀況進(jìn)行分析。隨著信號(hào)處理技術(shù)的發(fā)展，促進(jìn)了振動(dòng)監(jiān)測(cè)在往復(fù)運(yùn)動(dòng)機(jī)構(gòu)領(lǐng)域中的應(yīng)用。可以通過(guò)對(duì)振動(dòng)信號(hào)的分析，從中提取特征量進(jìn)行故障診斷，采用單通道的信息往往無(wú)法正確的反映設(shè)備的具體運(yùn)行狀況，為了獲取更全面的設(shè)備運(yùn)行狀態(tài)，在振動(dòng)監(jiān)測(cè)中加入了全信息融合理論，這種監(jiān)測(cè)理論就是利用描點(diǎn)法畫出特征頻率下的軸心軌跡，然后用合成的橢圓刻劃不同頻率分量下轉(zhuǎn)子的振動(dòng)行為。這種方法能夠?qū)C(jī)械觀察的角度進(jìn)行擴(kuò)展，能更加直觀的反映出機(jī)械的故障。

溫度檢測(cè)法。溫度是設(shè)備運(yùn)行狀態(tài)的主要指標(biāo)，塔式起重機(jī)的許多故障都是由熱度異常引起的，因此可以通過(guò)溫度監(jiān)測(cè)法判斷設(shè)備是否出現(xiàn)故障。目前采用的溫度監(jiān)測(cè)方法主要有兩種，一種是紅外測(cè)溫法，還有一種是光纖測(cè)溫法。其中紅外測(cè)溫法是當(dāng)前溫度檢測(cè)中使用最為普遍的一種方法，也是技術(shù)最成熟的一種測(cè)溫方法。這種檢測(cè)方法主要是通過(guò)探測(cè)設(shè)備的紅外輻射信號(hào)獲取設(shè)備的熱狀態(tài)，具有較高的檢測(cè)效率。但是這種檢測(cè)方法的不足之處在于容易受到環(huán)境的干擾，無(wú)法獲取機(jī)械內(nèi)部結(jié)構(gòu)的溫度。光纖檢測(cè)法主要是利用激光在光纖中傳輸產(chǎn)生的信號(hào)反射原理獲取空間溫度分析信息，進(jìn)而檢測(cè)光纖所處的環(huán)境的溫度變化。這種方法抗干擾能力了較強(qiáng)，適用于大范圍的測(cè)量場(chǎng)合。

無(wú)損檢測(cè)法。無(wú)損檢測(cè)顧名思義就是對(duì)設(shè)備進(jìn)行非破壞性的檢測(cè)，從而發(fā)現(xiàn)設(shè)備表面以及內(nèi)部缺陷的一種技術(shù)。塔式起重機(jī)的結(jié)構(gòu)為金屬結(jié)構(gòu)，在受到較大載荷的情況下，其內(nèi)部的金屬結(jié)構(gòu)就會(huì)出現(xiàn)變形，這種潛在的隱患很可能導(dǎo)致重大事故的發(fā)生。采用無(wú)損檢測(cè)法可以發(fā)現(xiàn)起重機(jī)內(nèi)部的損害，并且及時(shí)進(jìn)行修理。

塔式起重機(jī)的故障診斷方法

解析模型下的故障診斷法。基于解析模型下的故障診斷主要包括三種診斷方法，有狀態(tài)估計(jì)法、等價(jià)空間法以及參數(shù)估計(jì)法三種。主要利用這些方法來(lái)建立一種區(qū)域映射的精確數(shù)學(xué)模型，其映射范圍主要是從征兆域向故障域映射。由于塔式起重機(jī)是一種比較復(fù)雜的機(jī)械設(shè)備，通過(guò)解析模型法對(duì)故障進(jìn)行診斷有較大的難度。

模式識(shí)別下的故障診斷法。識(shí)別模式是針對(duì)不同的故障類型就會(huì)產(chǎn)生不同的故障特征，然后通過(guò)對(duì)設(shè)備的故障狀態(tài)與故障特征進(jìn)行匹配，從而識(shí)別設(shè)備出現(xiàn)的故障類型。這種故障識(shí)別方法在系統(tǒng)比較復(fù)雜，診斷模型未知的情況下適用性較強(qiáng)。

其他故障診斷法。比較典型的塔式起重機(jī)故障診斷法還有神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)法、模糊理論法、專家系統(tǒng)法等，其中神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)法的主要診斷原理是利用大量神經(jīng)元組成的并行分布結(jié)構(gòu)的信息處理網(wǎng)絡(luò)，對(duì)非線性系統(tǒng)進(jìn)行模擬，這種故障處理方法的優(yōu)勢(shì)就是具有自適應(yīng)性，但是其缺陷主要是知識(shí)解釋困難，難以建立有效的規(guī)則體系。模糊理論法是利用模糊規(guī)則以及模糊推理方式在故障與征兆之間建立一種關(guān)系，利用矩陣求解的方式推出故障向量，從而得到具體的診斷結(jié)果，這種故障診斷的優(yōu)勢(shì)在于可以利用專家的經(jīng)驗(yàn)知識(shí)來(lái)處理不確定的信息，但是缺點(diǎn)在于當(dāng)測(cè)量值增多時(shí)，測(cè)量準(zhǔn)確性就會(huì)降低。

塔式起重機(jī)工況監(jiān)測(cè)及故障診斷的發(fā)展趨勢(shì)

隨著計(jì)算機(jī)技術(shù)的發(fā)展，塔式起重機(jī)的工況監(jiān)測(cè)以及故障診斷開始朝著一體化和智能化的方向發(fā)展，主要表現(xiàn)為系統(tǒng)發(fā)展的一體化以及軟件的智能化。

由于塔式起重機(jī)事故頻發(fā)，需要對(duì)起重機(jī)實(shí)時(shí)進(jìn)行監(jiān)測(cè)，讓操作人員能夠隨時(shí)知道起重機(jī)的運(yùn)行狀況，從而避免操作過(guò)程中出現(xiàn)失誤。塔式起重機(jī)在啟動(dòng)過(guò)程中會(huì)受到較大的沖擊，使得零件受到磨損，因此，需要加強(qiáng)對(duì)起重機(jī)動(dòng)作的控制，增強(qiáng)起重機(jī)的柔韌性使其更為平衡。又因?yàn)樗狡鹬貦C(jī)的結(jié)構(gòu)復(fù)雜，容易發(fā)生故障，所以需要建立故障診斷系統(tǒng)方便及時(shí)發(fā)現(xiàn)起重機(jī)存在的故障。因此，今后塔式起重機(jī)的發(fā)展將會(huì)向著安全監(jiān)測(cè)、故障診斷一體化的方向發(fā)展，可以更好地增強(qiáng)系統(tǒng)的可靠性和安全性。受到計(jì)算機(jī)智能診斷技術(shù)發(fā)展的影響，塔式起重機(jī)工況監(jiān)測(cè)以及故障診斷系統(tǒng)也開始向著智能化的方向發(fā)展。

塔式起重機(jī)通常是在高空作業(yè)，這種作業(yè)方式危險(xiǎn)性比較大，因此對(duì)于起重機(jī)的安全要求自然也相對(duì)較高，對(duì)起重機(jī)運(yùn)行的可靠性要求也比較高。如果機(jī)械出現(xiàn)故障的頻率高，關(guān)鍵時(shí)刻就會(huì)導(dǎo)致機(jī)械操作失靈，增加事故發(fā)生的頻率。因此，對(duì)于起重機(jī)的工況監(jiān)測(cè)和故障診斷是保障起重機(jī)安全運(yùn)行的基礎(chǔ)。在施工監(jiān)測(cè)中，可以采用振動(dòng)監(jiān)測(cè)法、溫度檢測(cè)法以及無(wú)損檢測(cè)法對(duì)塔式起重機(jī)的工況進(jìn)行監(jiān)測(cè)，最后可以借助于計(jì)算機(jī)實(shí)施神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)檢測(cè)法來(lái)診斷機(jī)械故障，確保機(jī)械在有保障的情況下作業(yè)，提高高空作業(yè)的安全性。

（作者單位： 遼寧省營(yíng)口市特種設(shè)備監(jiān)督檢驗(yàn)所）