QD20/5-13.5 橋式起重機機械故障及監(jiān)控系統(tǒng)的研究

秦晉華， 許桂仙

（同煤集團同家梁礦， 山西 大同 037000）

引言

橋式起重機作為工業(yè)領(lǐng)域中非常重要的機械設(shè)備，其運行的可靠性會對企業(yè)生產(chǎn)效率甚至安全性造成直接影響。由于橋式起重機機械結(jié)構(gòu)的復雜性，再加上服役環(huán)境的復雜性，使其在使用過程中經(jīng)常出現(xiàn)各種機械故障[1，2]。如何保證橋式起重機的正常安全穩(wěn)定運行以保障其生產(chǎn)效率是使用者面臨的重要問題[3]。

1 橋式起重機構(gòu)成與分類

企業(yè)主要利用橋式起重機完成較重物料的裝載、卸料、運輸?shù)裙ぷ鳎诤芏喙I(yè)領(lǐng)域都得到了廣泛應用。橋式起重機主要由四大部分構(gòu)成，分別如下[4-5]：大車結(jié)構(gòu)。具有四個車輪，在電機驅(qū)動下沿縱向方向運輸物料；小車結(jié)構(gòu)。具有兩個車輪，在電機驅(qū)動下沿橫向方向運輸物料；升降結(jié)構(gòu)。升降結(jié)構(gòu)完成物料在豎直方向運動，保證物料正常運輸；電氣系統(tǒng)。除上述主要機械裝置外，橋式起重機還需配備相應電氣設(shè)備才能完成相關(guān)工作，比如配電室和控制室等。

根據(jù)應用領(lǐng)域不同可以將橋式起重機劃分成為很多種類型，常見的有兩用橋式起重機、吊鉤式起重機、抓斗式起重機等[6]。本文以QD20/5-13.5 橋式起重機為例介紹其常見故障類型，其它類型起重機具有相通之處。

2 橋式起重機常見機械故障

2.1 制動器故障

制動器無法打開、剎車不靈和制動軸瓦發(fā)熱等都是常見的制動器故障類型。制動器無法打開的原因主要有制動螺桿和傳動系統(tǒng)破壞；剎車不靈的原因包括制動輪表面不清潔或出現(xiàn)不正常磨損、力矩調(diào)整不合適等；制動輪與瓦襯之間間隙太小正常運行時發(fā)生摩擦、表面過于粗糙等原因引發(fā)制動軸瓦發(fā)熱問題。

2.2 減速器故障

漏油和振動異常是減速器的兩種常見故障。減速器由于設(shè)計原因沒有設(shè)計通氣孔或者尺寸偏小，兩個箱體內(nèi)部壓力失去平衡最終引發(fā)漏油問題，生產(chǎn)制作精度不高、密封不好也會出現(xiàn)漏油現(xiàn)象；減速器齒輪異常磨損、主要結(jié)構(gòu)件剛性不足、傳動軸與電機輸出軸不同心、減速器未牢靠固定都可能造成異常振動問題。

2.3 升吊設(shè)備故障

第一為鋼絲繩跑槽。鋼絲繩超負荷工作磨損嚴重、吊裝方式不對、受力不均衡等可能導致鋼絲繩跑槽，嚴重時會導致鋼絲繩斷裂。第二為溜鉤，即吊裝物料過程中物料發(fā)生墜落。制動器系統(tǒng)失效是導致該問題的主要原因。第三，卷筒故障。由于長時間重載荷運行使得卷筒發(fā)生嚴重磨損，在磨損位置厚度變薄最終破裂，使得卷筒強度降低無法滿足使用需要。第四為過卷現(xiàn)象。控制元件和極限開關(guān)等不正常工作、抱閘松動等可能引發(fā)過卷問題，最終導致鋼絲繩撕斷。

2.4 車輪啃軌故障

大車車輪與軌道之間發(fā)生不正常磨損，即所謂的車輪啃軌。大車輪磨損程度不一導致車輪直徑存在差異，在工作時運行速度不同導致車輪與軌道發(fā)生磨損，車輪和軌道的制作和安裝精度不夠，軌道在長時間重載荷作用下發(fā)生變形，電機驅(qū)動速度不同等會導致車輪啃軌問題。

3 橋式起重機常見機械故障的預防措施

3.1 制動器故障的預防措施

對于不同故障類型需采取不同的應對策略。如果是制動器無法打開，可對主彈簧進行修復或直接更換；對傳動系統(tǒng)和制動螺桿進行仔細檢查，排除卡塞問題；若發(fā)現(xiàn)零部件損壞則直接更換。如果是剎車不靈，對制動輪表面進行清潔，對磨損嚴重的制動瓦襯進行更換，對損壞的主彈簧進行更換，確保制動力矩能夠滿足實際需要。如果是制動瓦襯發(fā)熱，則需要對瓦襯與制動輪之間的間距進行調(diào)整使之不至于在正常工作時發(fā)生摩擦而生熱。

3.2 減速器故障的預防措施

合理設(shè)計減速器結(jié)構(gòu)，結(jié)合實際情況開設(shè)通氣孔并保證孔的尺寸滿足要求，檢查各密封位置的密封性，如果發(fā)現(xiàn)存在漏油問題應該馬上停止工作進行檢查維護。安裝傳感器實時監(jiān)測減速器的振動問題，尤其是齒輪的振動問題，如果發(fā)現(xiàn)振動異常則需要馬上停機檢修。另外，要保證減速器制作材料的剛性滿足要求并按照標準規(guī)范進行安裝牢固。

3.3 升吊設(shè)備故障的預防措施

如果是跑槽問題，則需要先拆卸輪盤外殼，并打鉤降落到地面鋼絲繩放松后再將鋼絲繩恢復。如果是溜鉤問題，對磨損嚴重的制動器進行更換，將螺絲調(diào)整到合適位置。如果是卷筒故障，需要加強日常維護檢修，強化潤滑以降低磨損，若發(fā)現(xiàn)滾筒表面磨損嚴重要及時更換。可以裝置報警裝置以防止過卷問題，當?shù)蹉^組上升至極限位置時就會自動激發(fā)報警裝置提醒工作人員。

3.4 車輪啃軌故障的預防措施

可從下面幾個角度檢查排除故障。第一為橋架結(jié)構(gòu)，對橋架的位置進行嚴格檢測，糾正偏差使之滿足技術(shù)要求；第二為傳動系統(tǒng)，檢測傳動系統(tǒng)各結(jié)構(gòu)件間的間隙，如果發(fā)現(xiàn)存在不滿足要求的地方進行調(diào)整，對電機轉(zhuǎn)速進行嚴格控制使之同步；第三為車輪，更為車輪保證它們具有相同的直徑，同時嚴格控制安裝精度；第四為軌道，確保軌道表面的清潔，不得存在雜物，同時保證軌道的位置精度滿足要求。從上述幾個方面著手能夠很好地緩解甚至解決車輪啃軌問題。

4 監(jiān)控系統(tǒng)方案的設(shè)計

本文設(shè)計的監(jiān)控系統(tǒng)分為兩大塊內(nèi)容，分別為數(shù)據(jù)信息采集傳輸系統(tǒng)和遠程監(jiān)控系統(tǒng)。起重機相關(guān)的機械故障被采集并傳輸?shù)綌?shù)據(jù)庫中，經(jīng)分析處理后可通過瀏覽器進行查看。

4.1 監(jiān)控系統(tǒng)總體方案的設(shè)計

本監(jiān)控系統(tǒng)具有下述功能：通過傳感器采集橋式起重機相關(guān)信息數(shù)據(jù)，如橫梁應力、減速器主軸振動情況等；對采集到的數(shù)據(jù)信息進行簡單處理并輸送至數(shù)據(jù)庫進行保存；分析處理各類信號數(shù)據(jù)，并傳輸至計算機；通過顯示器對起重機的狀態(tài)進行實時顯示，診斷故障。

橋式起重機由很多機械零部件構(gòu)成，因此機械故障類型很多，故障監(jiān)控系統(tǒng)需要采集處理的數(shù)據(jù)類型也多。不同類型故障需要采用不同的信號采集方式，對于相同類型的故障可以通過相同的信號檢測方式，對采集到的信號進行統(tǒng)一儲存。如圖1 所示為故障監(jiān)控系統(tǒng)總體方案邏輯圖。

圖1 故障監(jiān)控系統(tǒng)方案邏輯圖

4.2 遠程監(jiān)控系統(tǒng)方案的設(shè)計

傳統(tǒng)的故障診斷方法效率低，將傳統(tǒng)的機械設(shè)備狀態(tài)監(jiān)測、故障診斷方法與先進的計算機網(wǎng)絡(luò)技術(shù)進行有機融合，這種基于互聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的遠程監(jiān)控與故障診斷系統(tǒng)工作效率要高很多，能夠快速預警起重機的各種故障問題并給出對應預防措施，當前這項技術(shù)已經(jīng)得到了廣泛關(guān)注和應用。其優(yōu)勢表現(xiàn)如下：遠程狀態(tài)監(jiān)測不需要安排專門人員現(xiàn)場測量，系統(tǒng)利用傳感器進行測量并將結(jié)果傳輸至服務器中，通過設(shè)備進行直接訪問數(shù)據(jù)，并分析結(jié)果；采集得到的數(shù)據(jù)進行儲存后便于分享，可將采集到的數(shù)據(jù)分享給科研機構(gòu)進行研究，將研究結(jié)果應用到提升設(shè)備性能上來；提升橋式起重機作業(yè)效率的同時保證了施工人員的安全；通過先進的互聯(lián)網(wǎng)技術(shù)能夠確保故障診斷的水平。

本文通過Web 技術(shù)來搭建遠程監(jiān)控系統(tǒng)，其中服務器、數(shù)據(jù)庫以及瀏覽器是三大最為重要的構(gòu)成部分，系統(tǒng)設(shè)計就是需要實現(xiàn)它們之間的通信。如圖2 所示為CGI 訪問數(shù)據(jù)庫基本原理框圖。其中CGI為網(wǎng)關(guān)接口，儲存在Web 服務器內(nèi)，通過CGI 實現(xiàn)HTML 頁面與Web 服務器之間的連接。如果用戶需要查看數(shù)據(jù)信息，則可以通過瀏覽器將請求指令傳輸?shù)紺GI 中，CGI 對請求信息進行分析處理后從數(shù)據(jù)庫服務器中調(diào)取數(shù)據(jù)并通過瀏覽器反饋給用戶。通過這樣的模式實現(xiàn)信息通信。

圖2 CGI 訪問數(shù)據(jù)庫基本原理框圖

4.3 監(jiān)控系統(tǒng)的應用效果

監(jiān)控系統(tǒng)設(shè)計完成后在某企業(yè)對QD20/5-13.5橋式起重機進行現(xiàn)場調(diào)試，調(diào)試階段企業(yè)正常生產(chǎn)，為期兩個月的調(diào)試中起重機除了發(fā)生過幾次由于工人操作導致的故障外，沒有發(fā)生由于設(shè)備自身原因?qū)е碌墓收希梢姳疚脑O(shè)計的監(jiān)控系統(tǒng)能夠滿足實際需要。以減速器齒輪為例，從圖3 中可以看出當齒輪處于不同狀態(tài)時對應不同波形。通過本文設(shè)計的監(jiān)控系統(tǒng)中的瀏覽器監(jiān)視齒輪振動波形就可以反推齒輪面臨的故障問題。將橋式起重機機械故障監(jiān)控系統(tǒng)應用到實際中可以有效預報設(shè)備故障問題，并提前做好應對措施，將各類故障隱患扼殺在萌芽階段，保障了起重機的安全可靠使用。

圖3 不同狀態(tài)下的齒輪振動波形圖

5 結(jié)論

橋式起重機作為工業(yè)生產(chǎn)中重要的起吊、運輸工具，一旦出現(xiàn)機械故障就會對其生產(chǎn)效率造成影響。要求技術(shù)人員對常見故障類型進行深入分析總結(jié)，合理利用先進的技術(shù)來處理起重機的故障類型，達到盡快發(fā)現(xiàn)并解決故障的目的。本文設(shè)計的機械故障監(jiān)控系統(tǒng)能夠快速診斷發(fā)現(xiàn)各類故障類型，可為起重機的可靠運行提供堅實的保障。