微特技術(shù)有限公司起重機(jī)在線故障診斷多維度分析系統(tǒng)

供稿/ 微特技術(shù)有限公司 李 彬 高 田采編/鄒鐵漢 張韋微

在現(xiàn)代化生產(chǎn)企業(yè)的日常經(jīng)營(yíng)中，因設(shè)備故障停機(jī)帶來(lái)的損失是十分巨大的。傳統(tǒng)的設(shè)備維護(hù)方式僅依靠人工進(jìn)行。運(yùn)維工作主要采用發(fā)現(xiàn)問(wèn)題、解決問(wèn)題的“救火”模式，預(yù)防性維護(hù)較差，難以降低故障率，預(yù)測(cè)管理更是任重道遠(yuǎn)。

微特技術(shù)有限公司（以下簡(jiǎn)稱微特技術(shù)）所研發(fā)起重機(jī)在線故障診斷多維度分析系統(tǒng)全面采集設(shè)備信息，對(duì)設(shè)備實(shí)施有效的狀態(tài)監(jiān)測(cè)和故障診斷，精準(zhǔn)分析提前預(yù)判，解決了企業(yè)對(duì)設(shè)備管理的智能化需求，成為工業(yè)信息化，智能化管理的重要組成部分。

圖1 工業(yè)制造領(lǐng)域設(shè)備運(yùn)維發(fā)展趨勢(shì)圖

圖2 設(shè)備損壞過(guò)程的發(fā)展階段

技術(shù)概述

起重機(jī)在線故障診斷多維度分析系統(tǒng)是一款專門針對(duì)起重機(jī)設(shè)備的振動(dòng)、轉(zhuǎn)速、溫度、電流等狀態(tài)信號(hào)進(jìn)行采集與記錄，并進(jìn)行信號(hào)融合分析，結(jié)合故障診斷智能診斷算法，實(shí)現(xiàn)對(duì)起重機(jī)設(shè)備的實(shí)時(shí)智能診斷、故障預(yù)警預(yù)報(bào)、趨勢(shì)分析、離線數(shù)據(jù)分析等，判別系統(tǒng)的運(yùn)行狀態(tài)與故障類型，提前預(yù)測(cè)故障，降低維修成本，保障起重機(jī)安全生產(chǎn)。

圖3 240 t起重機(jī)狀態(tài)預(yù)測(cè)及維護(hù)

微特起重機(jī)在線故障診斷多維度分析系統(tǒng)研發(fā)之初就考慮到高質(zhì)量寬頻帶振動(dòng)波形數(shù)據(jù)采集與分析處理，提高故障的診斷準(zhǔn)確率，并實(shí)現(xiàn)了變負(fù)荷報(bào)警閾值自學(xué)習(xí)及智能預(yù)警功能。

技術(shù)創(chuàng)新

微特研發(fā)的起重機(jī)故障診斷綜合譜診斷方法，從保障起重機(jī)運(yùn)行安全的試驗(yàn)數(shù)據(jù)多維度集成分析角度開(kāi)展相關(guān)核心技術(shù)研究：針對(duì)起重機(jī)變轉(zhuǎn)速振動(dòng)數(shù)據(jù)分析，研發(fā)相應(yīng)的多維度分析算法、通用動(dòng)態(tài)數(shù)據(jù)分析算法和故障特征提取算法。

圖4 故障模擬實(shí)驗(yàn)臺(tái)

針對(duì)故障綜合譜的復(fù)雜性開(kāi)發(fā)的算法工具集，集成多種時(shí)頻域分析方法支撐數(shù)據(jù)分析平臺(tái)，實(shí)現(xiàn)低頻寬范圍數(shù)據(jù)分析、動(dòng)態(tài)數(shù)據(jù)分析、非線性、非穩(wěn)定故障特征提取、故障診斷與故障預(yù)測(cè)，普遍適用于各類起重機(jī)。

基于設(shè)備故障機(jī)理創(chuàng)新故障診斷技術(shù)，對(duì)故障類型、故障位置、故障程度和故障趨勢(shì)進(jìn)行診斷。除了支持自動(dòng)的預(yù)警診斷，還具備數(shù)據(jù)擴(kuò)展算法功能，能對(duì)起重機(jī)多種故障進(jìn)行全面分析，兼容多種算法來(lái)深度挖掘起重機(jī)大數(shù)據(jù)，其豐富度處于國(guó)內(nèi)領(lǐng)先水平。

微特起重機(jī)在線故障診斷多維度分析系統(tǒng)具備經(jīng)典診斷、精細(xì)診斷、智能預(yù)測(cè)3大類功能。

1）經(jīng)典診斷 包括時(shí)域分析（自相關(guān)分析、互相關(guān)分析）、頻域分析（功率譜分析、倒譜分析、包絡(luò)譜分析、互譜分析）；早期在旋轉(zhuǎn)設(shè)備的故障分析中發(fā)揮了重大作用的經(jīng)典信號(hào)分析方法，都是基于傅里葉變換的，適用于平穩(wěn)信號(hào)。

2）精細(xì)診斷 使用小波分析（線性）與維格納分布（非線性）的濾波解調(diào)方法、自適應(yīng)高頻解調(diào)方法、強(qiáng)度譜與綜合譜等現(xiàn)代譜分析技術(shù)利用時(shí)頻分析方法，識(shí)別短持續(xù)時(shí)間正弦波、線性調(diào)頻脈沖等特殊信號(hào)，有效地提取故障特征。

3）智能診斷 基于平滑的偽維格納分布自主研制的階次譜法，可自適應(yīng)調(diào)節(jié)階次分辨率，最小階次分辨率不小于1/32。具有變負(fù)荷報(bào)警閾值自學(xué)習(xí)功能及智能預(yù)警功能。

微特技術(shù)自主研制的綜合譜診斷方法擁有多種起重機(jī)故障診斷方法，并能綜合進(jìn)行自動(dòng)故障診斷，單一診斷方法準(zhǔn)確率＞85%，綜合譜診斷結(jié)果（包含故障準(zhǔn)確率）＞90%。

技術(shù)成果

該系統(tǒng)成功解決了起重機(jī)低速重載非線性、非平穩(wěn)的信號(hào)的故障定位分析不精準(zhǔn)的難題，現(xiàn)已取得2項(xiàng)發(fā)明專利，另有3項(xiàng)發(fā)明專利正在審核中。成功應(yīng)用于數(shù)個(gè)大型企業(yè)集團(tuán)的設(shè)備中，實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)，精確定位設(shè)備故障類型，提供維修建議，保證吊車的安全運(yùn)行。

圖5 起重機(jī)在線故障診斷多維度分析系統(tǒng)在設(shè)備上的應(yīng)用

應(yīng)用案例

2021年11 月，某企業(yè)起重設(shè)備吊裝時(shí)司機(jī)感覺(jué)異常，隨即邀請(qǐng)微特對(duì)設(shè)備進(jìn)行故障診斷，微特研發(fā)工程師在現(xiàn)場(chǎng)采用振動(dòng)傳感器采集數(shù)據(jù)，經(jīng)過(guò)微特故障診斷多維度分析系統(tǒng)對(duì)電機(jī)驅(qū)動(dòng)端、減速機(jī)高速軸和中間軸等部位進(jìn)行了分析診斷，并出具設(shè)備總體故障分析報(bào)告指出：電機(jī)驅(qū)動(dòng)軸承內(nèi)圈嚴(yán)重磨損，減速機(jī)高速軸齒輪有70%的機(jī)率存在較大磨損；高速軸軸承有60%的機(jī)率存在徑向磨損。同時(shí)給出檢修建議。

經(jīng)過(guò)準(zhǔn)備，設(shè)備維修人員對(duì)設(shè)備進(jìn)行了拆機(jī)檢修，發(fā)現(xiàn)故障與分析報(bào)告一致，以實(shí)踐證實(shí)了微特故障診斷多維度分析系統(tǒng)的準(zhǔn)確性。

圖6 故障診斷現(xiàn)場(chǎng)

圖7 減速機(jī)中間軸分析圖譜