起重機械金屬結構振動與故障診斷思考

王保定

摘 要：在我國橋梁建筑項目增加的過程中，起重機械金屬結構的應用也越發廣泛。本文在了解當前起重機械運行情況的基礎上，明確金屬結構具備的作用，深層探索起重機械金屬結構振動與故障診斷的內容與方法，以期提出有效的解決方案。

關鍵詞：起重機械;金屬結構;振動;故障診斷

中圖分類號：U653.921 文獻標識碼：A 文章編號：1671-2064（2019）04-0089-02

在社會經濟不斷發展，科學技術持續革新的背景下，現代工業的發展步伐越來越快，此時起重機械不僅要面臨復雜多變的工作環境，還要著重分析金屬結構帶來的振動故障。作為起重機械工作的重要組成部分，金屬結構決定了起重機械的使用壽命應用時間，因此為了保障工業生產工作可以有序進行，工作人員要加大起重機械金屬結構振動與故障診斷的研究力度。

1 金屬結構在起重機械中的應用

1.1 金屬結構分析

從本質上講，起重機的結構通常由三大部分組成：其一為機架;其二為機構（包括起升機構、運行機構、旋轉機構、變幅機構等）;其三為控制系統。而金屬結構主要是指建筑物中承擔荷載而起骨架的部分，像鋼、土木及鋼筋混凝土等。了解實踐案例可知，不管是在建筑施工還是工業生產中應用金屬結構，其都具備安全性強、機械性能高、塑性優越及組織均勻等優勢。

1.2 應用分析

對起重機械而言，最常引用金屬結構的類型門座起重機、門式起重機及橋式起重機等。其為橋式起重機，通常情況下引用在工廠、倉庫、料場等場所。需要注意的是，起重機運輸機引用金屬結構的類型雖然非常多，但從受力性質分析，其主要分為三種基本構件：其一，軸心受力構件。像門架斜撐桿、輪胎吊的拉桿與壓桿等;其二，受彎構件。像車架的橫梁、橋吊的主梁等。以塔式起重機的吊臂為例，因為塔式起重機是結合杠桿作用設計出來的，因此其具備的吊臂就是機械設備吊起重物的重要依據;其三，壓彎構件。像裝卸橋的剛性支腿、門機臂架等。

受起重機工作繁忙、移動式等特點的影響，其對金屬結構的要求主要分為以下幾點：其一，安全可靠且具備一定的穩定性;其二，重量輕、材料消耗小且制造需要消耗的成本很低、安裝操作也非常簡單;其三，外形看起來非常美觀。

2 起重機金屬結構振動與故障診斷問題分析

對橋式起重機而言，其作為當前社會發展經常引用的裝載運輸工具，被大量引用在機械制造、冶金等行業中。但由于橋式起重機是一個較為復雜的振動系統，其中包含大量的線性與非線性的彈性元件。在工作過程中，臺車的負載擺動會引發整體設備的振動，進而對結構等產生負面影響，導致零件或結構出現位移等問題，以此減少系統工作的效率和質量，嚴重的情況下還會出現不可預計的安全事故，最終造成人員財產損失。由此可知，明確橋式起重機金屬振動原因至關重要。整合實踐案例分析可知，針對橋式起重機進行振動研究的方法主要分為兩種，其一是在現場進行檢驗，雖然有效但需要消耗大量的時間和金錢;其二，是通過計算機仿真方法構建數學模型，這樣不但可以深層探索影響振動的原因，而且有助于減少對橋式起重機的影響。下面對涌現出的問題進行分析：

第一，振動失效與故障機理的研究存在缺陷。據了解，我國當前針對起重機械金屬振動的相關研究并不完善，尤其是在結構失效、故障分析等方面有很多問題。通過分析結構疲勞失效和結構振動響應展現出的關聯可知，出現結構失效的原因是出現振動疲勞，而后又受金屬結構、重要零件的運行制約。在腐蝕、裂縫等內容的影響下，致使金屬結構的整體受力出現變化，且會影響結構的內應力劃分情況和固定的頻率，并引發疲勞、振動等問題，這在動態荷載的引導下，會讓局部模態額荷載出現作用力，進而帶來負面影響[1]。例如。

第二，故障診斷的方法過少。其一，研究設備運行階段獲取的大量信號;其二，明確信號中的各類特征信號，而后了解與故障有關的征兆;其三，在征兆的引導下實施有效的故障診斷工作。現階段，工作人員通過引用小波變換、傅立葉變換等形式進行操作，都是從內積原理入手劃分進行信號劃分，這樣不僅可以更快引用與特征波形類似的基函數信號實施操作，還能從中獲取更多的故障特點，而后提出有效的故障診斷信息，進而優化實踐診斷工作。對當前系統涌現出的問題而言，工作人員可以選擇的診斷方法非常少，且具有可靠性的診斷方法也存在限制。尤其是在服役階段，金屬結構很容易出現不必要的損耗或帶來早期故障，這樣對后續信號處理而言，難以及時追蹤故障出現的原因[2]。例如，橋式起重機在機構運行時，減速器在橋架上振動。出現這一問題的原因在于以下幾點：其一，減速器底座地腳螺絲松動，緊固不牢所致。工作人員只需要緊固地腳螺絲將其固牢即可;其二，減速器輸入軸與電機軸不同心或減速器輸出軸與所帶動工件軸不同心，均會導致減速器在運轉時機身顫抖。此時，工作人員要通過重新調整減速器，使其達到同心度之要求即可消除振動;其三，減速器底座支承剛結構剛度差，在工作時會因為產生變形而發生振動現象，這就需要工作人員加固支承架提高其剛度。

第三，智能診斷系統過于單一。要想保障起重機械得到長久應用，最重要的是構建完善的智能診斷系統。多種類型的智能診斷方法對某一特殊、較為簡單的目標實施故障診斷，不僅可以展現出獨特的優勢，還能為后續工作運行奠定基礎。當前，工作人員可以選擇的人工智能診斷方式有很多種，但大部分都是要在滿足一定假設條件和人為設置數據的基礎上進行操作，這就要求工作人員在實踐發展中持續探索有關振動故障診斷系統，以期構建更為適宜和完善的智能診斷系統。以橋式起重機為例，工作人員在計算機仿真建模的過程中，不但可以更快了解整體設備運行涌現出的數據變化，而且能為橋式起重機的應用奠定基礎。

3 起重機械金屬結構振動與故障診斷應用分析

3.1 振動測試

了解起重機整體運行結構可知，有關振動的探究涉及到振型、頻率及阻尼比等，而當前最常引用的方法就是模態分析技術，其通過整合模態測試優化技術等工作經驗，先構建結構的有限元模型，以此獲取相對應的模態數據，而后通過試驗操作進行完善，以此提升模態實驗檢測數據的有效性和完善性。在試驗分析法的引導下，工作人員對比分析工作現場獲取的模態數據和解析分析法的模態，能有效判斷結構損傷情況，以此明確其中存在的問題，而后獲取更多的振動響應數據信息。其為某型號龍門起重機有限元分析，模型依據板殼單元建模的方式進行操作，主要實施了起重機的靜力分析和模態分析。

3.2 振動故障診斷

整合實踐案例可知，工作人員在研究起重機械金屬結構振動與故障時，會引用層次分析法進行操作，具體包含了整體性能、影響因素、子系統等內容。通常情況下，工作人員會從以下兩方面入手：

其一，突破單故障研究理念。若是起重機的關鍵零件等出現損耗、裂縫等問題，一般都會引發級聯現象，此時振動信號并不是多個單故障征兆信號重疊到一起，而是彼此接合，如果直接診斷某一個故障，很容易對金屬結構的運行造成影響。因此，在評估起重機械安全運行水平的過程中，工作人員要通過信號處理單故障診斷工作，并科學劃分振動信號和其他干擾因素，而后在了解單故障損耗信息和故障診斷的過程中，深層探索群故障結合的特點，以此實現對多個故障損傷模式的診斷和判別[3]。

其二，突破零部件故障研究理念。對起重機械而言，在對零部件的振動故障進行診斷時，若只檢測出誘發性故障，不但無法從本質上解決問題，而且會為后續工作埋下安全隱患，因此工作人員要從整體系統入手進行振動故障分析，明確系統中各個零件的動力特點和關系，以此獲取初期的故障結論，而后繼續研究系統出現問題的根本原因[4]。

4 結語

綜上所述，起重機械不管是在現實生活中還是行業發展中都具有積極作用，不但能提升人們的生活質量水平，而且可以滿足人們在新時代發展中提出的各項要求。除此之外，有關振動信號的測量與分析工作也在工業生產中展現出了應用優勢，雖然當前起重機械金屬結構振動與故障診斷依舊存在很多缺陷，但有關研究工作得到了企業和專家人員的關注，并開始結合實踐工作要求和內容進行深層探索.相信在不久的將來，市場中會涌現出大量科學而有效的解決方案，以此提升起重機械運行效率和安全，并實現預期設定的發展目標。

參考文獻

[1] 曾濤.港口門座起重機金屬結構故障診斷論述[J].科技創新與應用，2016（33）：129-129.

[2] 倪仁墀.門式起重機常見故障及處理對策[J].機電技術，2017（3）：92-93.

[3] 邊曉偉，楊東東，張帆.塔式起重機結構有限元設計計算[J].建筑機械，2017（10）：54-57.

[4] 廖志雄，周葉平，張偉洪.起重機械金屬結構噴涂聚脲涂層的力學性能研究[J].熱加工工藝， 2017（20）：158-160.