塔式起重機的工況監測與故障診斷

◎馬銘澤

塔式起重機的工況監測與故障診斷

◎馬銘澤

工況監測與故障診斷是塔式起重機施工安全的重要影響因素之一。文章主要通過介紹塔式起重機工程監測以及故障診斷技術的應用狀況，從而探討塔式起重機的振動監測方法、無損檢測方法以及溫度監測方法，并且針對具體的故障診斷方法分類概述。

塔式起重機作為城市建筑施工中不可缺少的運輸設備，在施工中的作用比較突出，不僅能夠加快工程的施工進度，同時還能夠縮短工期，降低工程的施工成本。但是由于這種起重機往往在較為惡劣的條件下施工，并且起重機的結構復雜，重心高，起重量大，起動和制動頻繁，從而導致機器在施工過程中極易發生故障，輕者會使得系統的性能下降，嚴重的情況下會給人們的生命財產安全造成威脅。所以，需要加強對塔式起重機的工況監測，對機器故障進行診斷，以此提升起重機系統的安全性以及可靠性。

塔式起重機的工況監測方法

振動監測法。振動監測法就是通過對振動信號的采集以及分析，從中提取信號特征，根據信號特征來識別設備出現的故障類型。這種監測方法在旋轉機械的故障診斷中使用比較普遍。塔式起重機的機械系統比較復雜，其運動機構包括兩個方面的內容，既有旋轉運動機構，同時又有往復運動機構，由于往復運動機構的振動頻率較低，噪聲干擾較大，利用傳統的機械分析方法很難對其內部狀況進行分析。隨著信號處理技術的發展，促進了振動監測在往復運動機構領域中的應用。可以通過對振動信號的分析，從中提取特征量進行故障診斷，采用單通道的信息往往無法正確的反映設備的具體運行狀況，為了獲取更全面的設備運行狀態，在振動監測中加入了全信息融合理論，這種監測理論就是利用描點法畫出特征頻率下的軸心軌跡，然后用合成的橢圓刻劃不同頻率分量下轉子的振動行為。這種方法能夠將機械觀察的角度進行擴展，能更加直觀的反映出機械的故障。

溫度檢測法。溫度是設備運行狀態的主要指標，塔式起重機的許多故障都是由熱度異常引起的，因此可以通過溫度監測法判斷設備是否出現故障。目前采用的溫度監測方法主要有兩種，一種是紅外測溫法，還有一種是光纖測溫法。其中紅外測溫法是當前溫度檢測中使用最為普遍的一種方法，也是技術最成熟的一種測溫方法。這種檢測方法主要是通過探測設備的紅外輻射信號獲取設備的熱狀態，具有較高的檢測效率。但是這種檢測方法的不足之處在于容易受到環境的干擾，無法獲取機械內部結構的溫度。光纖檢測法主要是利用激光在光纖中傳輸產生的信號反射原理獲取空間溫度分析信息，進而檢測光纖所處的環境的溫度變化。這種方法抗干擾能力了較強，適用于大范圍的測量場合。

無損檢測法。無損檢測顧名思義就是對設備進行非破壞性的檢測，從而發現設備表面以及內部缺陷的一種技術。塔式起重機的結構為金屬結構，在受到較大載荷的情況下，其內部的金屬結構就會出現變形，這種潛在的隱患很可能導致重大事故的發生。采用無損檢測法可以發現起重機內部的損害，并且及時進行修理。

塔式起重機的故障診斷方法

解析模型下的故障診斷法。基于解析模型下的故障診斷主要包括三種診斷方法，有狀態估計法、等價空間法以及參數估計法三種。主要利用這些方法來建立一種區域映射的精確數學模型，其映射范圍主要是從征兆域向故障域映射。由于塔式起重機是一種比較復雜的機械設備，通過解析模型法對故障進行診斷有較大的難度。

模式識別下的故障診斷法。識別模式是針對不同的故障類型就會產生不同的故障特征，然后通過對設備的故障狀態與故障特征進行匹配，從而識別設備出現的故障類型。這種故障識別方法在系統比較復雜，診斷模型未知的情況下適用性較強。

其他故障診斷法。比較典型的塔式起重機故障診斷法還有神經網絡法、模糊理論法、專家系統法等，其中神經網絡法的主要診斷原理是利用大量神經元組成的并行分布結構的信息處理網絡，對非線性系統進行模擬，這種故障處理方法的優勢就是具有自適應性，但是其缺陷主要是知識解釋困難，難以建立有效的規則體系。模糊理論法是利用模糊規則以及模糊推理方式在故障與征兆之間建立一種關系，利用矩陣求解的方式推出故障向量，從而得到具體的診斷結果，這種故障診斷的優勢在于可以利用專家的經驗知識來處理不確定的信息，但是缺點在于當測量值增多時，測量準確性就會降低。

塔式起重機工況監測及故障診斷的發展趨勢

隨著計算機技術的發展，塔式起重機的工況監測以及故障診斷開始朝著一體化和智能化的方向發展，主要表現為系統發展的一體化以及軟件的智能化。

由于塔式起重機事故頻發，需要對起重機實時進行監測，讓操作人員能夠隨時知道起重機的運行狀況，從而避免操作過程中出現失誤。塔式起重機在啟動過程中會受到較大的沖擊，使得零件受到磨損，因此，需要加強對起重機動作的控制，增強起重機的柔韌性使其更為平衡。又因為塔式起重機的結構復雜，容易發生故障，所以需要建立故障診斷系統方便及時發現起重機存在的故障。因此，今后塔式起重機的發展將會向著安全監測、故障診斷一體化的方向發展，可以更好地增強系統的可靠性和安全性。受到計算機智能診斷技術發展的影響，塔式起重機工況監測以及故障診斷系統也開始向著智能化的方向發展。

塔式起重機通常是在高空作業，這種作業方式危險性比較大，因此對于起重機的安全要求自然也相對較高，對起重機運行的可靠性要求也比較高。如果機械出現故障的頻率高，關鍵時刻就會導致機械操作失靈，增加事故發生的頻率。因此，對于起重機的工況監測和故障診斷是保障起重機安全運行的基礎。在施工監測中，可以采用振動監測法、溫度檢測法以及無損檢測法對塔式起重機的工況進行監測，最后可以借助于計算機實施神經網絡檢測法來診斷機械故障，確保機械在有保障的情況下作業，提高高空作業的安全性。

（作者單位： 遼寧省營口市特種設備監督檢驗所）