起重機械金屬結構振動與故障診斷思考

曹國正

（江蘇省特種設備安全監督檢驗研究院常州分院，江蘇 常州 213016）

起重機械金屬結構振動與故障診斷思考

曹國正

（江蘇省特種設備安全監督檢驗研究院常州分院，江蘇 常州 213016）

當前起重機已經成為很多大型施工中不可缺少的重要工具，但是在實際應用中起重機常常出現一些故障，給正常的施工帶來了負面的影響，為此找出有效的措施，解決這些問題已經成為當務之急。在橋梁、高層建筑結構安全測試與旋轉機械振動故障分析應用中，振動測試技術已經形成了相對較為完善的一套理論體系，在該體系中不僅包括測試原理與方法，還包括對特征信號的處理和提取等。在起重機械金屬結構服役安全評估和評價方面，與大量的現場振動測試數據結合發現，金屬結構的疲勞實現和結構的振動之間的響應有著密切的關聯，因此對故障振動的研究與故障診斷等應用在起重機金屬結構服役安全評估方面有著積極的意義。

振動；金屬結構；起重機械；故障診斷

在大型成套設備的強度、振動分析中，合理設計機械占據著極為重要的位置，其中確保裝備安全可靠的運行是最為重要的環節所在。在機械使用中，疲勞破壞是其中最為常見的一種機械結構破壞形式，擁有較強的突破性，同時對內、外在因素，有一定敏感性。因此在結構疲勞、破壞問題有著這樣的情況，即如果交變荷載的頻率和結構接近的時候，結構產生共振，如果這時發生了所謂的激勵情況，會導致大程度呼應，讓結構被破壞。因此，起重機械金屬結構振動與故障診斷極為重要。

1　起重機振動和故障診斷探究中問題所在

起重機振動和故障診斷探究中存在的問題主要表現在以下幾個方面。

（1）在振動失效與故障機理研究方面存在著極大的不足。有證明我們國家在振動所造成超重機結構失效、故障等方面的研究中存在著極大的缺陷。從結構的疲勞失效和結構振動響應之間內在規律的角度上看，導致結構失效的誘因在于振動疲勞的存在［1］，加之主金屬結構、重要零部件在運行階段。常常受到銹蝕以及裂紋等方面不利因素的影響，這便導致金屬結構整體受力情況發生了極大的轉變，同時隨之發生改變的還有結構的內應力分布情況與固有的頻率兩個方面，這也遞增了結構的疲勞失效和結構振動響應之間的關系，在動態荷載影響之下，其局部模態和荷載會產生一定的作用力，受到破壞起因在局部振動和應力集中兩種因素之間的共同作用，被破壞的部分通常是局部振動中應變較大并且具有一定缺陷的部分［2］。受到振動疲勞破壞復雜性的影響，僅應用靜態疲勞的方法對故障進行處理，很難達到預期評估中可靠性和安全性的標準要求。為此，在振動故障評估中需要將金屬結構振動方面的研究融入到其中，從而為其安全性與可靠性的提升奠定堅實的基礎。

故障機理主要指在理論或者大量的試驗中分析得出，可把設備故障狀態信號、設備系統參數規律反應，具體體現如下：

第一，把研究對象物理特點當成基礎，構建數學力模型，之后用仿真手法，獲和響應特點；

第二，需要和實驗數據修正模型相給，以此獲和某個故障表象，在反復研究中，故障機理及故障特點研究是最有效的，同時也是機構故障診斷技術的重要基礎。因此，在起重機金屬結構中，造成振動失效、故障機理研究不足，其原因如下：很多大型起重機設備故障機理的研究通常會涉及到很多方面的數學與力學等知識，這便增加了模型建立的難度；另外，故障機理研究，要有存在一定實驗數據作為保障，明確模型簡化合理、故障模擬列典型、測試數據更可靠，工程構建的首要任務。

（2）在振動故障診斷方面所應用的方法存在著一定的缺陷。在評估起重機金屬結構服役安全方面，相關工作人員首先應該重視對各種信號的檢查與分析，之后對信號中存在的各種也正信息給予相應的提取操作，最終獲得故障相關信息，從而使得故障診斷工作能夠更好的實施。在信號分解期間，需要靈活的運用和特征波形相匹配的基函數，從而能夠對信號進行更好的處理，并且將故障特征提取出來，最終實現故障診斷的目標。

（3）智能診斷系統欠缺完善性。立足于長遠利益，建立相應智能故障診斷系統是構建金屬結構安全性評價體系的核心所在。建立智能診斷系統過程中，需要根據不同類型的智能診斷方法確定最終診斷方案［3］，從而將各自存在的優點凸顯出來，但是也有不足之處表現出來。

例如，專家系統診斷技術方面還存在知識獲取方面的問題，沒有全面的、系統的診斷知識，盡管當前擁有較多的可選擇的人工智能診斷方法，但是應用智能方法通常需要特定的條件與認為設定的參數。為此，對振動故障進行智能化的診斷，還需要相關工作人員不斷的探索研究。

2　故障診斷的措施研究

要保證故障診斷更加有效，便需要做到以下幾點。

2.1重視金屬結構振動測試工作的實施

對于整體結構來說，振動研究對系統動態特性參數測試，例如測定固有的頻率、測定阻尼比以及振型等［4］。解析分析法與試驗分析法結合模態分析，計數主要結合模態測試優化技術理論及結構強度測試的實驗等，先構建結構有限元模型來進行計算，把有限無模態參數計算后，通過結構有限模態參數，對結構模態實驗具體操作，展開有關優化、研究，以此提升模態實驗所得到的結構模態參數、精度及可靠性。通過實驗分析法運用，對比現場所得到的模態及解析分析法模態，從而有效的識別結構的損傷狀況，對于可能存在的故障隱患查找出來，并學者可靠的解決措施給予解決。

2.2提升起重機故障診斷研究力度

對起重機振動故障分析的過程中，相關工作人員需要應用層次分析法進行研究與分析，該方法將起重機械安全性評估分成了幾個重要層次，如單構件影響以及子系統等層次。為此，振動故障的診斷可以立足于兩個方面。一方面實現由單故障研究到群故障研究的目標。通過起重機主金屬結構、起重機主金屬結構、損壞等，常是同個時間段出現，少數也存在前后聯級情況，以其振動的信號主要為故障特征信號的相互之間耦合的一種產物。因此，實現單一故障研究到群故障研究的目標將成為突破性的工作。

另一方面，實現零部件故障研究至整機系統故障研究的目標。起重機械零部件振動故障診斷，需要對于關鍵的零部件診斷、明確，這種診斷方式僅僅能夠診斷出誘發性古箏，無法根治整個機械系統的故障隱患，為此對整機系統故障的研究是不可缺少的重要工作。

3　總結

如今，起重機已經成為很多大型工程施工中不可缺少的重要設備，可是實際應用中常常出現故障，給正常的施工帶來消極的影響。為此，對起重機械金屬結構振動和故障振動工作的實施是不可缺少的。研究表明，導致起重機械金屬結構振動失效與故障診斷中出現問題的原因有很多，例如：振動失效與故障機理研究方面存在著極大的不足、在振動故障診斷方面的方法不足等等，如果這些問題不能及時的采取有效的措施解決，那么必將給整個機械正常的運行帶來影響，更加會影響施工的效率。為此，相關工作人員還需要不斷的探索與研究，確保能夠應用更加有效、全面的智能診斷系統診斷其中的故障，最終實現提升其運行效率的目標。

［1］ 咼中睴，王偉雄，陳健，等.起重機械金屬結構振動與故障診斷的研究［J］.起重運輸機械，2013，（12）：6～11.

［2］ 桂玉.起重機械金屬結構振動與故障診斷思考［J］.大科技，2015，（23）：191～230.

［3］ 謝小鵬，王東輝，黃國健，等.起重機械結構健康監測關鍵技術研究［J］.起重運輸機械，2013，（8）：69～73.

［4］ 黃祥聲.港口起重機械金屬結構壽命評估［J］.價值工程，2010，29（18）：218～218.

TH215

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1671-0711（2016）08（下）-0030-02