門式起重機的常見故障及維修技術研究

李 焱，陳 賀

（北京市順義區特種設備檢測所，北京 101300）

0 引言

門式起重機是現代工業生產中常用的重要設備之一，由于其結構的復雜性和長期使用，其部件常常會出現各種故障和問題，嚴重影響設備的工作效率和安全性。因此，對門式起重機單部件進行維修至關重要，可以有效延長設備的使用壽命，提高設備的可靠性和經濟性。本文將對門式起重機的常見故障和維修技術進行分析和總結，探討如何確定最優的預防性維修周期，從而構建門式起重機單部件維修目標模型的方法，并運用對模型求解以實現門式起重機科學維修，在相關維修工作的開展和優化提供幫助。

1 常見故障分析

控制系統是門式起重機的核心部分，主要用于控制起重機的各種動作，如升降、移動、轉向等，所以控制故障是門式起重機常見故障之一。

（1）在長時間的使用過程中，控制系統的電氣元件容易受到電磁干擾、高溫、潮濕等因素的影響，如電纜出現斷線、短路、接觸不良等故障，這會導致起重機控制信號不穩定，甚至無法正常操作。

（2）PLC（可編程控制器）是控制起重機各個電氣元件的核心部件，其常見的故障原因及后果有：電源故障，可能由于電壓不穩定、短路、電源損壞等原因導致，這將導致PLC 無法工作；輸入輸出（I/O）模塊可能會出現故障，原因如由于連接不良、故障的開關量傳感器或模擬量傳感器、或模塊本身出現問題等；程序錯誤，可能由于編程錯誤、程序存儲器損壞或邏輯錯誤等原因導致；通信故障，可能由于通信線路損壞、通信協議錯誤或設備間通信故障等原因導致，這將導致門式起重機無法正常工作。

（3）門式起重機控制系統中的操作面板的常見故障有按鍵失靈、顯示屏幕出現故障等，這會影響操作員對起重機的操作和監控。

2 故障維修策略分析

2.1 單部件維修

門式起重機經常用于大型物體的搬運和起吊，但是由于其長期運行和結構復雜，容易出現各種故障。這些故障不僅會影響門式起重機的正常工作，還會帶來一定的安全隱患。門式起重機是由多個部件組成，使用過程中出現故障時需要對單個部件進行維修。維修單部件需要結合部分故障分布函數進行分析，以找出可能的故障原因。借助威布爾分布理論，故障分布函數表示如下：

最后運用極大似然估計法進行求解，以便幫助維修人員更快速、更準確地定位故障，并確定需要維修的單部件，最后對單部件實施更換維修。

2.2 確定最優預防性維修周期

在制定門式起重機維修策略過程中，確定最優預防性維修周期是一個關鍵的問題，這涉及維修周期的合理安排和成本的控制。通常情況下，維修周期太短會增加維修成本，而維修周期太長會導致設備出現故障，增加停機時間和維修成本。本文采用定量方法和定性方法相結合的方式，來確定起重機最優預防性維修周期。

為了達到最佳的維修效果和成本效益，需要首先確定最優預防性維修周期，就要考慮各個部件的可靠度。因為門式起重機的關鍵單部件的可靠度非常重要，所以所以本文采用經驗公式來計算最優維修周期。如果部件i 的可靠性不能滿足其正常運行所需的最低可靠度Ri時，則需要進行維修。

通過可靠性理論，可以得到部件i 的可靠性方程：

其中，-lnRi表示部件在每個維修周期內發生的最小維修次數。式（2）用于計算部件的維修間隔期，以便在實際運行中確定每個部件的維修時間，確保系統的可靠性和穩定性。

因此，部件i 在其生命周期中單位時間內的維修成本為：

2.3 構建部件維修目標模型

當門式起重機中的單部件進行維修時，需要在維修成本和維修頻率之間進行平衡，并確保預防性維修的周期和維修策略符合部件的可靠度分布和故障模式。提高機會維修的臨界值會增加部件進行機會維修的概率，導致系統多次進行預防性維修，形成維修過剩問題。并且建立一個維修成本最小化的模型，從而使門式起重機單部件的維修決策更加科學。這個模型能夠找到最適合的維修決策，從而最小化整個系統的成本。維修成本與模型參數值之間存在一定的關系，可以通過圖1 來觀察其變化趨勢。

門式起重機維修成本主要包括維修成本和故障成本等，所以最后對其進行求解。從而使該模型得到優化，確定門式起重機單部件的最優維修技術，實現維修成本最小化的機會預防性維修。

2.4 模型求解

對門式起重機進行的維修，需要在保證設備可靠性、降低維修成本的前提下，完成單部件的維修工作，因此將對構建的維修目標模型進行求解。

首先，依據部件的維修數據和維修記錄，求解出各部件的相關C1、C2、C3、C4和值。

其次，假設系統的機會維修臨界值為ΔRi，當Ri（t）-R＞ΔR 時，在tn時刻部件i 不進行機會維修；當0＜Ri（t）-R≤ΔRi時，在tn時刻對部件i 進行機會維修；當部件i 的總維修次數達到（fi+1）且Ri（t）-R≤0 時，部件需要實施機會更換。由此，可得出系統第n 次進行維修的停機時間：

最后，完成門式起重機部件故障點的維修，將有故障的部件重新投入使用，有效減少工作時間，提高工作效率。

3 實驗結果分析

3.1 實驗準備

為驗證本文維修方法的實際應用效果，首先選取某廠正在運行的幾臺門式起重機作為實驗對象，并確保其在實驗中能正常工作，同時需要檢查其各個部件的狀態，記錄下各個部件的可靠度和故障率等信息進行檢測。然后通過采用本文方法的機會預防性維修技術與不進行任何預維修活動的直接維修技術進行對比實驗，采集門式起重機的運行數據，記錄維修成本和維修效果等信息，得到實驗結果。最后，測試檢測后的工作狀態是否符合原有工作標準，并對其所產生的成本與效果做對比，以便對維修策略進行優化和調整，提高門式起重機的可靠性和經濟性。

3.2 不同維修技術成本對比

根據本文建立的門式起重機部件機會預防性維修策略模型，對故障部件采用成組預防性維修技術和機會預防性維修技術進行分析，從而判斷哪種維修技術的成本更低（表1）。

表1 常規維修方法與預防性維修方法的成本對比

從表1 可以看出，停機成本和固定成本會直接影響門式起重機的維修成本和可用性；采用機會性預防性維修策略可能會增加特定設備的預防性維修次數，直接增加維修成本。在對其他有故障的門式起重機單部件進行預維修的間隙采取機會性維修，不僅可以減少門式起重機的總停機次數和成本，還可以減少因非預期故障而導致生產線停機和經濟損失的次數。因此機會性預防性維修策略具有明顯的經濟性和有效性。

4 結束語

門式起重機是現代工業生產中必不可少的設備之一，在生產中發揮著重要作用。然而，由于門式起重機的使用頻繁和復雜性，常常會出現各種故障和問題，嚴重影響其工作效率和安全性。本文介紹和探討門式起重機的常見故障，使人們可以更加深入地了解門式起重機的故障維修和預防性維修的原理和方法，為能夠更好地理解門式起重機的維修工作，提高設備的可靠性和經濟性，確保門式起重機在生產中的安全和高效運行。