岸橋轉(zhuǎn)動(dòng)機(jī)構(gòu)振動(dòng)監(jiān)測(cè)系統(tǒng)研究

傅東

（上海振華重工（集團(tuán)）股份有限公司長(zhǎng)興分公司，上海 崇明 201913）

岸邊集裝箱起重機(jī)也稱作岸橋機(jī)構(gòu)，除了可用于碼頭裝卸，也是自動(dòng)化岸橋設(shè)備的重要組成。小車主要是實(shí)現(xiàn)集裝箱裝卸的運(yùn)動(dòng)機(jī)構(gòu)，也是岸橋的重要傳動(dòng)機(jī)構(gòu)，在整個(gè)運(yùn)行過程中，多次循環(huán)運(yùn)行小車傳動(dòng)機(jī)構(gòu)運(yùn)行周期較長(zhǎng)，一旦產(chǎn)生問題就無法順利地進(jìn)行岸橋裝卸作業(yè)，進(jìn)而會(huì)延誤碼頭船期，同時(shí)還會(huì)影響經(jīng)濟(jì)效益。當(dāng)前多數(shù)集裝箱碼頭采用定期傳動(dòng)機(jī)構(gòu)檢查的方式以掌握目前機(jī)構(gòu)運(yùn)行情況，使用該方法只能短期掌握傳動(dòng)機(jī)構(gòu)情況，具有一定主觀性，還會(huì)造成一定程度上人力、物力浪費(fèi)，本研究設(shè)計(jì)了自動(dòng)化岸橋傳動(dòng)機(jī)構(gòu)的監(jiān)測(cè)系統(tǒng)。

一、硬件構(gòu)成

對(duì)于傳統(tǒng)機(jī)構(gòu)的監(jiān)測(cè)系統(tǒng)及硬件主要包括：數(shù)據(jù)處理采集發(fā)送模塊和遠(yuǎn)程服務(wù)模塊數(shù)據(jù)的搜集，主要用于小車傳動(dòng)機(jī)構(gòu)中的卷筒、電機(jī)、減速箱的物理數(shù)據(jù)的收集，依靠溫度，振動(dòng)，轉(zhuǎn)速，液位等傳感器來進(jìn)行數(shù)據(jù)收集，數(shù)據(jù)處理，可將傳感器所獲得的數(shù)據(jù)通過轉(zhuǎn)換模塊轉(zhuǎn)為可分析數(shù)據(jù)。分析模塊是進(jìn)行數(shù)字量的降噪和濾波處理之后實(shí)現(xiàn)頻率和時(shí)頻分析，對(duì)于能夠識(shí)別的故障類型進(jìn)行預(yù)知，超前檢測(cè)。數(shù)據(jù)發(fā)送模塊是由光電轉(zhuǎn)換器和4G 發(fā)射器構(gòu)成，可以將采集到的數(shù)據(jù)信息傳送到遠(yuǎn)程服務(wù)端中。遠(yuǎn)程服務(wù)器主要用于儲(chǔ)存和展示分析結(jié)果，并針對(duì)數(shù)據(jù)開展進(jìn)一步的探析，其主要由數(shù)據(jù)監(jiān)控、診斷以及數(shù)據(jù)儲(chǔ)存中心構(gòu)成。

（一）選擇數(shù)據(jù)采集模塊傳感器

在本研究中所采用的數(shù)據(jù)采集傳感器，主要包括溫度一體式傳感器，液位傳感器CMSS2100，振動(dòng)傳感器。雖然振動(dòng)溫度一體式傳感器和振動(dòng)傳感器具有相同特性，但前者可采集溫度信號(hào)，其溫度范圍介于2～120℃之間。上述兩種傳感器均采用軸承故障檢測(cè)電壓輸出型振動(dòng)信號(hào)傳感器，其頻率低于1Hz，振動(dòng)采集范圍為0～60 倍左右的重力加速度。溫度傳感器其實(shí)是一種接觸式傳感器，其運(yùn)行原理是溫度變化導(dǎo)致鉑電阻絲發(fā)生電阻變化，傳感器將該阻絲轉(zhuǎn)換為對(duì)應(yīng)溫度。其傳感器主要用于測(cè)量零下200-500 攝氏度之間的溫度，具有較高的精確度和良好的抗震性液位。傳感器在壓電驅(qū)動(dòng)器下自身共振頻率，當(dāng)音叉被液體覆蓋后會(huì)改變?cè)械墓舱耦l率，因此可以觀察音叉工作的頻率是否產(chǎn)生變化來確定音叉是否被液體所覆蓋。轉(zhuǎn)速傳感器在運(yùn)行上主要是與非接觸式和無磨損狀態(tài)來進(jìn)行金屬物體感應(yīng)脈沖的檢測(cè)，并計(jì)算物體目前所處的旋轉(zhuǎn)速度，一般來說最長(zhǎng)感應(yīng)距離達(dá)到10 毫米，最高開關(guān)頻率是1.5KHz。

（二）選擇數(shù)據(jù)處理模塊

數(shù)據(jù)處理模塊是由數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換及分析模塊構(gòu)成，其中轉(zhuǎn)換模塊包括4 種采集卡。

數(shù)據(jù)分析模塊是由采集機(jī)箱、工控機(jī)以及黑匣子數(shù)據(jù)處理中心共同構(gòu)成的。

（三）選擇數(shù)據(jù)發(fā)送模塊

數(shù)據(jù)發(fā)送模塊是由光電轉(zhuǎn)換器和4G 發(fā)射器構(gòu)成，光電轉(zhuǎn)換器采用以太網(wǎng)交換機(jī)，其交換機(jī)具備8 個(gè)千兆以太網(wǎng)和4 個(gè)光模塊插槽。4G 網(wǎng)絡(luò)發(fā)射器則采用了4G 遠(yuǎn)程工業(yè)網(wǎng)關(guān)，通常每秒傳輸?shù)臄?shù)據(jù)量為70Mib。

（四）卷筒傳感器安裝

在安裝卷筒傳感器的過程中，需要將一個(gè)振動(dòng)傳感器安裝于傳統(tǒng)的底座軸承位置，進(jìn)而使螺栓軸心與傳感器軸心相互對(duì)應(yīng)，否則極易造成實(shí)際脈沖數(shù)據(jù)與感應(yīng)脈沖數(shù)據(jù)不相符，進(jìn)而影響到釆集數(shù)據(jù)的真實(shí)性。在安裝時(shí)要求傳感器與螺栓的感應(yīng)距離低于10 毫米，通常來說應(yīng)為8 毫米左右，否則會(huì)影響螺栓對(duì)真實(shí)脈沖的感應(yīng)情況。針對(duì)防松螺栓鋼絲其安裝位置不能高于螺栓頂部，否則會(huì)使實(shí)際脈沖低于感應(yīng)脈沖，進(jìn)而使轉(zhuǎn)速計(jì)算存在誤差，影響最終數(shù)據(jù)準(zhǔn)確度。

二、傳感器的布置及安裝

為確保數(shù)據(jù)采集的準(zhǔn)確度，確保數(shù)據(jù)有效，在本系統(tǒng)中需要進(jìn)行傳感器的合理安裝，在傳感器測(cè)點(diǎn)位置布置方面可采用5 種傳感器，分別為液位傳感器，轉(zhuǎn)速傳感器，振動(dòng)溫度傳感器，液溫傳感器以及5 個(gè)單向振動(dòng)傳感器，共6 個(gè)位置，要求小車電機(jī)垂直上方設(shè)置振動(dòng)溫度一體式傳感器。在減速機(jī)的輸入以及輸出端口分別放置徑向振動(dòng)傳感器，主要捕捉減速箱的外部振動(dòng)信號(hào)，在整個(gè)傳動(dòng)機(jī)構(gòu)的不同地方安裝傳感器并進(jìn)行數(shù)據(jù)收集，將數(shù)據(jù)準(zhǔn)確無誤的傳送到處理模塊，通過數(shù)據(jù)分析轉(zhuǎn)換可獲得目前小車的傳動(dòng)機(jī)構(gòu)的實(shí)際運(yùn)行情況。在傳感器安裝時(shí)將得到的歷史數(shù)據(jù)進(jìn)行總結(jié)、對(duì)比系統(tǒng)調(diào)試出現(xiàn)過的問題，結(jié)果發(fā)現(xiàn)傳感器最終數(shù)據(jù)的有效性會(huì)收到安裝進(jìn)度的影響，比如在安裝電機(jī)廠的機(jī)時(shí)要求其安裝震動(dòng)溫度傳感器，還需要注意通過黏合劑粘貼電機(jī)傳感器，這種情況下不只要打磨電機(jī)防護(hù)油漆，還要求黏合部位保持水平，否則傳感器會(huì)因?yàn)殚L(zhǎng)期周期性的振動(dòng)發(fā)生松動(dòng)現(xiàn)象，這會(huì)致使振動(dòng)信號(hào)丟失，干擾到數(shù)據(jù)在后期的分析與整理。在液溫傳感器、液位傳感器設(shè)置過程中，需要特別注意感應(yīng)電阻是否擰緊，避免由于機(jī)械振動(dòng)出現(xiàn)傳感器松動(dòng)的問題而影響最終數(shù)據(jù)的真實(shí)性。

三、傳動(dòng)機(jī)構(gòu)監(jiān)測(cè)的軟件部分

本系統(tǒng)采用的開發(fā)軟件是labview，可采用圖像化編程，內(nèi)置標(biāo)準(zhǔn)庫(kù)函數(shù)，能夠用于調(diào)取大量算法實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)處理，利于工作人員高效開發(fā)和應(yīng)用系統(tǒng)，同時(shí)該系統(tǒng)軟件還能夠與多個(gè)協(xié)議硬件、數(shù)據(jù)采集卡連通，提高了數(shù)據(jù)通信靈活性，便于系統(tǒng)優(yōu)化。從該系統(tǒng)的界面上來看，采用科學(xué)分析法進(jìn)行數(shù)據(jù)實(shí)時(shí)處理，將其處理之后的數(shù)據(jù)傳送到控制中心以及遠(yuǎn)程服務(wù)器，工作人員通過圖表方式在控制中心公布數(shù)據(jù)處理結(jié)果，采用不同顏色來表示該參數(shù)是否處于異常狀態(tài)，便于工作人員及時(shí)發(fā)現(xiàn)故障。

四、結(jié)束語(yǔ)

本研究設(shè)計(jì)了自動(dòng)化按橋傳動(dòng)機(jī)構(gòu)的監(jiān)測(cè)系統(tǒng)，通過借助多個(gè)傳感器數(shù)據(jù)處理中心采集板塊，可對(duì)小車傳動(dòng)機(jī)構(gòu)各個(gè)位置進(jìn)行全面監(jiān)測(cè)，但其所采集數(shù)據(jù)類型較多，所以只有選擇特定數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換器，確保準(zhǔn)確、統(tǒng)一的數(shù)據(jù)，才能夠?yàn)楹竺嫱诰驍?shù)據(jù)奠定良好的工作基礎(chǔ)。