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

秦晉華， 許桂仙

（同煤集團(tuán)同家梁礦， 山西 大同 037000）

引言

橋式起重機(jī)作為工業(yè)領(lǐng)域中非常重要的機(jī)械設(shè)備，其運(yùn)行的可靠性會(huì)對(duì)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(jī)機(jī)械結(jié)構(gòu)的復(fù)雜性，再加上服役環(huán)境的復(fù)雜性，使其在使用過(guò)程中經(jīng)常出現(xiàn)各種機(jī)械故障[1，2]。如何保證橋式起重機(jī)的正常安全穩(wěn)定運(yùn)行以保障其生產(chǎn)效率是使用者面臨的重要問(wèn)題[3]。

1 橋式起重機(jī)構(gòu)成與分類

企業(yè)主要利用橋式起重機(jī)完成較重物料的裝載、卸料、運(yùn)輸?shù)裙ぷ鳎诤芏喙I(yè)領(lǐng)域都得到了廣泛應(yīng)用。橋式起重機(jī)主要由四大部分構(gòu)成，分別如下[4-5]：大車(chē)結(jié)構(gòu)。具有四個(gè)車(chē)輪，在電機(jī)驅(qū)動(dòng)下沿縱向方向運(yùn)輸物料；小車(chē)結(jié)構(gòu)。具有兩個(gè)車(chē)輪，在電機(jī)驅(qū)動(dòng)下沿橫向方向運(yùn)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(yùn)動(dòng)，保證物料正常運(yùn)輸；電氣系統(tǒng)。除上述主要機(jī)械裝置外，橋式起重機(jī)還需配備相應(yīng)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(yīng)用領(lǐng)域不同可以將橋式起重機(jī)劃分成為很多種類型，常見(jiàn)的有兩用橋式起重機(jī)、吊鉤式起重機(jī)、抓斗式起重機(jī)等[6]。本文以QD20/5-13.5 橋式起重機(jī)為例介紹其常見(jiàn)故障類型，其它類型起重機(jī)具有相通之處。

2 橋式起重機(jī)常見(jiàn)機(jī)械故障

2.1 制動(dòng)器故障

制動(dòng)器無(wú)法打開(kāi)、剎車(chē)不靈和制動(dòng)軸瓦發(fā)熱等都是常見(jiàn)的制動(dòng)器故障類型。制動(dòng)器無(wú)法打開(kāi)的原因主要有制動(dòng)螺桿和傳動(dòng)系統(tǒng)破壞；剎車(chē)不靈的原因包括制動(dòng)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(dòng)輪與瓦襯之間間隙太小正常運(yùn)行時(shí)發(fā)生摩擦、表面過(guò)于粗糙等原因引發(fā)制動(dòng)軸瓦發(fā)熱問(wèn)題。

2.2 減速器故障

漏油和振動(dòng)異常是減速器的兩種常見(jiàn)故障。減速器由于設(shè)計(jì)原因沒(méi)有設(shè)計(jì)通氣孔或者尺寸偏小，兩個(gè)箱體內(nèi)部壓力失去平衡最終引發(fā)漏油問(wèn)題，生產(chǎn)制作精度不高、密封不好也會(huì)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(dòng)軸與電機(jī)輸出軸不同心、減速器未牢靠固定都可能造成異常振動(dòng)問(wèn)題。

2.3 升吊設(shè)備故障

第一為鋼絲繩跑槽。鋼絲繩超負(fù)荷工作磨損嚴(yán)重、吊裝方式不對(duì)、受力不均衡等可能導(dǎo)致鋼絲繩跑槽，嚴(yán)重時(shí)會(huì)導(dǎo)致鋼絲繩斷裂。第二為溜鉤，即吊裝物料過(guò)程中物料發(fā)生墜落。制動(dòng)器系統(tǒng)失效是導(dǎo)致該問(wèn)題的主要原因。第三，卷筒故障。由于長(zhǎng)時(shí)間重載荷運(yùn)行使得卷筒發(fā)生嚴(yán)重磨損，在磨損位置厚度變薄最終破裂，使得卷筒強(qiáng)度降低無(wú)法滿足使用需要。第四為過(guò)卷現(xiàn)象?？刂圃蜆O限開(kāi)關(guān)等不正常工作、抱閘松動(dòng)等可能引發(fā)過(guò)卷問(wèn)題，最終導(dǎo)致鋼絲繩撕斷。

2.4 車(chē)輪啃軌故障

大車(chē)車(chē)輪與軌道之間發(fā)生不正常磨損，即所謂的車(chē)輪啃軌。大車(chē)輪磨損程度不一導(dǎo)致車(chē)輪直徑存在差異，在工作時(shí)運(yùn)行速度不同導(dǎo)致車(chē)輪與軌道發(fā)生磨損，車(chē)輪和軌道的制作和安裝精度不夠，軌道在長(zhǎng)時(shí)間重載荷作用下發(fā)生變形，電機(jī)驅(qū)動(dòng)速度不同等會(huì)導(dǎo)致車(chē)輪啃軌問(wèn)題。

3 橋式起重機(jī)常見(jiàn)機(jī)械故障的預(yù)防措施

3.1 制動(dòng)器故障的預(yù)防措施

對(duì)于不同故障類型需采取不同的應(yīng)對(duì)策略。如果是制動(dòng)器無(wú)法打開(kāi)，可對(duì)主彈簧進(jìn)行修復(fù)或直接更換；對(duì)傳動(dòng)系統(tǒng)和制動(dòng)螺桿進(jìn)行仔細(xì)檢查，排除卡塞問(wèn)題；若發(fā)現(xiàn)零部件損壞則直接更換。如果是剎車(chē)不靈，對(duì)制動(dòng)輪表面進(jìn)行清潔，對(duì)磨損嚴(yán)重的制動(dòng)瓦襯進(jìn)行更換，對(duì)損壞的主彈簧進(jìn)行更換，確保制動(dòng)力矩能夠滿足實(shí)際需要。如果是制動(dòng)瓦襯發(fā)熱，則需要對(duì)瓦襯與制動(dòng)輪之間的間距進(jìn)行調(diào)整使之不至于在正常工作時(shí)發(fā)生摩擦而生熱。

3.2 減速器故障的預(yù)防措施

合理設(shè)計(jì)減速器結(jié)構(gòu)，結(jié)合實(shí)際情況開(kāi)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(wèn)題應(yīng)該馬上停止工作進(jìn)行檢查維護(hù)。安裝傳感器實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)減速器的振動(dòng)問(wèn)題，尤其是齒輪的振動(dòng)問(wèn)題，如果發(fā)現(xiàn)振動(dòng)異常則需要馬上停機(jī)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(biāo)準(zhǔn)規(guī)范進(jìn)行安裝牢固。

3.3 升吊設(shè)備故障的預(yù)防措施

如果是跑槽問(wèn)題，則需要先拆卸輪盤(pán)外殼，并打鉤降落到地面鋼絲繩放松后再將鋼絲繩恢復(fù)。如果是溜鉤問(wèn)題，對(duì)磨損嚴(yán)重的制動(dòng)器進(jìn)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(qiáng)日常維護(hù)檢修，強(qiáng)化潤(rùn)滑以降低磨損，若發(fā)現(xiàn)滾筒表面磨損嚴(yán)重要及時(shí)更換?？梢匝b置報(bào)警裝置以防止過(guò)卷問(wèn)題，當(dāng)?shù)蹉^組上升至極限位置時(shí)就會(huì)自動(dòng)激發(fā)報(bào)警裝置提醒工作人員。

3.4 車(chē)輪啃軌故障的預(yù)防措施

可從下面幾個(gè)角度檢查排除故障。第一為橋架結(jié)構(gòu)，對(duì)橋架的位置進(jìn)行嚴(yán)格檢測(cè)，糾正偏差使之滿足技術(shù)要求；第二為傳動(dòng)系統(tǒng)，檢測(cè)傳動(dòng)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(jìn)行調(diào)整，對(duì)電機(jī)轉(zhuǎn)速進(jìn)行嚴(yán)格控制使之同步；第三為車(chē)輪，更為車(chē)輪保證它們具有相同的直徑，同時(shí)嚴(yán)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(shí)保證軌道的位置精度滿足要求。從上述幾個(gè)方面著手能夠很好地緩解甚至解決車(chē)輪啃軌問(wèn)題。

4 監(jiān)控系統(tǒng)方案的設(shè)計(jì)

本文設(shè)計(jì)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(yuǎn)程監(jiān)控系統(tǒng)。起重機(jī)相關(guān)的機(jī)械故障被采集并傳輸?shù)綌?shù)據(jù)庫(kù)中，經(jīng)分析處理后可通過(guò)瀏覽器進(jìn)行查看。

4.1 監(jiān)控系統(tǒng)總體方案的設(shè)計(jì)

本監(jiān)控系統(tǒng)具有下述功能：通過(guò)傳感器采集橋式起重機(jī)相關(guān)信息數(shù)據(jù)，如橫梁應(yīng)力、減速器主軸振動(dòng)情況等；對(duì)采集到的數(shù)據(jù)信息進(jìn)行簡(jiǎn)單處理并輸送至數(shù)據(jù)庫(kù)進(jìn)行保存；分析處理各類信號(hào)數(shù)據(jù)，并傳輸至計(jì)算機(jī)；通過(guò)顯示器對(duì)起重機(jī)的狀態(tài)進(jìn)行實(shí)時(shí)顯示，診斷故障。

橋式起重機(jī)由很多機(jī)械零部件構(gòu)成，因此機(jī)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(hào)采集方式，對(duì)于相同類型的故障可以通過(guò)相同的信號(hào)檢測(cè)方式，對(duì)采集到的信號(hào)進(jìn)行統(tǒng)一儲(chǔ)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(yuǎn)程監(jiān)控系統(tǒng)方案的設(shè)計(jì)

傳統(tǒng)的故障診斷方法效率低，將傳統(tǒng)的機(jī)械設(shè)備狀態(tài)監(jiān)測(cè)、故障診斷方法與先進(jìn)的計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)技術(shù)進(jìn)行有機(jī)融合，這種基于互聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的遠(yuǎn)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(yù)警起重機(jī)的各種故障問(wèn)題并給出對(duì)應(yīng)預(yù)防措施，當(dāng)前這項(xiàng)技術(shù)已經(jīng)得到了廣泛關(guān)注和應(yīng)用。其優(yōu)勢(shì)表現(xiàn)如下：遠(yuǎn)程狀態(tài)監(jiān)測(cè)不需要安排專門(mén)人員現(xiàn)場(chǎng)測(cè)量，系統(tǒng)利用傳感器進(jìn)行測(cè)量并將結(jié)果傳輸至服務(wù)器中，通過(guò)設(shè)備進(jìn)行直接訪問(wèn)數(shù)據(jù)，并分析結(jié)果；采集得到的數(shù)據(jù)進(jìn)行儲(chǔ)存后便于分享，可將采集到的數(shù)據(jù)分享給科研機(jī)構(gòu)進(jìn)行研究，將研究結(jié)果應(yīng)用到提升設(shè)備性能上來(lái)；提升橋式起重機(jī)作業(yè)效率的同時(shí)保證了施工人員的安全；通過(guò)先進(jìn)的互聯(lián)網(wǎng)技術(shù)能夠確保故障診斷的水平。

本文通過(guò)Web 技術(shù)來(lái)搭建遠(yuǎn)程監(jiān)控系統(tǒng)，其中服務(wù)器、數(shù)據(jù)庫(kù)以及瀏覽器是三大最為重要的構(gòu)成部分，系統(tǒng)設(shè)計(jì)就是需要實(shí)現(xiàn)它們之間的通信。如圖2 所示為CGI 訪問(wèn)數(shù)據(jù)庫(kù)基本原理框圖。其中CGI為網(wǎng)關(guān)接口，儲(chǔ)存在Web 服務(wù)器內(nèi)，通過(guò)CGI 實(shí)現(xiàn)HTML 頁(yè)面與Web 服務(wù)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(guò)瀏覽器將請(qǐng)求指令傳輸?shù)紺GI 中，CGI 對(duì)請(qǐng)求信息進(jìn)行分析處理后從數(shù)據(jù)庫(kù)服務(wù)器中調(diào)取數(shù)據(jù)并通過(guò)瀏覽器反饋給用戶。通過(guò)這樣的模式實(shí)現(xiàn)信息通信。

圖2 CGI 訪問(wèn)數(shù)據(jù)庫(kù)基本原理框圖

4.3 監(jiān)控系統(tǒng)的應(yīng)用效果

監(jiān)控系統(tǒng)設(shè)計(jì)完成后在某企業(yè)對(duì)QD20/5-13.5橋式起重機(jī)進(jìn)行現(xiàn)場(chǎng)調(diào)試，調(diào)試階段企業(yè)正常生產(chǎn)，為期兩個(gè)月的調(diào)試中起重機(jī)除了發(fā)生過(guò)幾次由于工人操作導(dǎo)致的故障外，沒(méi)有發(fā)生由于設(shè)備自身原因?qū)е碌墓收?，可?jiàn)本文設(shè)計(jì)的監(jiān)控系統(tǒng)能夠滿足實(shí)際需要。以減速器齒輪為例，從圖3 中可以看出當(dāng)齒輪處于不同狀態(tài)時(shí)對(duì)應(yīng)不同波形。通過(guò)本文設(shè)計(jì)的監(jiān)控系統(tǒng)中的瀏覽器監(jiān)視齒輪振動(dòng)波形就可以反推齒輪面臨的故障問(wèn)題。將橋式起重機(jī)機(jī)械故障監(jiān)控系統(tǒng)應(yīng)用到實(shí)際中可以有效預(yù)報(bào)設(shè)備故障問(wèn)題，并提前做好應(yīng)對(duì)措施，將各類故障隱患扼殺在萌芽階段，保障了起重機(jī)的安全可靠使用。

圖3 不同狀態(tài)下的齒輪振動(dòng)波形圖

5 結(jié)論

橋式起重機(jī)作為工業(yè)生產(chǎn)中重要的起吊、運(yùn)輸工具，一旦出現(xiàn)機(jī)械故障就會(huì)對(duì)其生產(chǎn)效率造成影響。要求技術(shù)人員對(duì)常見(jiàn)故障類型進(jìn)行深入分析總結(jié)，合理利用先進(jìn)的技術(shù)來(lái)處理起重機(jī)的故障類型，達(dá)到盡快發(fā)現(xiàn)并解決故障的目的。本文設(shè)計(jì)的機(jī)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(jī)的可靠運(yùn)行提供堅(jiān)實(shí)的保障。