電梯振動(dòng)監(jiān)測(cè)與診斷技術(shù)研究

竇巖 張維皓 郭蘭中 韓成

摘?要：利用目前監(jiān)測(cè)方法從信息系統(tǒng)中采集并判斷電梯曳引機(jī)的運(yùn)行狀態(tài)，當(dāng)電梯關(guān)鍵零部件發(fā)生嚴(yán)重故障的時(shí)候能給予警告并進(jìn)行報(bào)警，用以保障電梯正常安全運(yùn)行，從而提高電梯運(yùn)行的可靠性。

關(guān)鍵詞：電梯檢測(cè);振動(dòng)監(jiān)測(cè);振動(dòng)診斷技術(shù)

電梯曳引機(jī)運(yùn)行狀態(tài)監(jiān)測(cè)是利用監(jiān)測(cè)方法從數(shù)據(jù)采集到數(shù)據(jù)信息挖掘過(guò)程中，判斷被測(cè)對(duì)象運(yùn)行狀態(tài)，在零部件發(fā)生故障之前能夠給出警告和預(yù)報(bào)，針對(duì)曳引機(jī)研發(fā)特定的在線運(yùn)行狀態(tài)監(jiān)測(cè)系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)關(guān)鍵零部件的實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)和運(yùn)行健康狀態(tài)分析是目前研究的重點(diǎn)。

1 電梯傳統(tǒng)系統(tǒng)監(jiān)測(cè)診斷

曳引機(jī)內(nèi)部結(jié)構(gòu)和受力情況比較復(fù)雜，尤其工況和載荷變化的情況下長(zhǎng)期運(yùn)行，也容易發(fā)生故障。常見(jiàn)的故障有齒輪和軸承故障，軸承最為曳引機(jī)關(guān)鍵部件，其失效會(huì)引起災(zāi)難性破壞，常見(jiàn)曳引故障有斷齒、齒面疲勞、膠合等;軸承故障有磨損、點(diǎn)蝕、裂紋、表面剝落等等。

2 曳引機(jī)裝備整機(jī)狀態(tài)評(píng)估基本原理及方法

時(shí)域統(tǒng)計(jì)分析簡(jiǎn)單、便捷實(shí)現(xiàn)在線預(yù)警、報(bào)警，因此曳引機(jī)狀態(tài)評(píng)估與預(yù)警通常采用數(shù)據(jù)時(shí)域統(tǒng)計(jì)方法。通過(guò)數(shù)據(jù)時(shí)域統(tǒng)計(jì)分析對(duì)曳引機(jī)整體狀態(tài)做出評(píng)估，再針對(duì)數(shù)據(jù)具體問(wèn)題診斷，是電梯曳引機(jī)機(jī)械故障診斷的常見(jiàn)方法。

（1）振動(dòng)參量選擇。曳引機(jī)振動(dòng)的確定方式有位移、速度和加速度，振動(dòng)位移可以反映出大小，振動(dòng)速度可以反應(yīng)能量，表達(dá)振動(dòng)的破壞力，振動(dòng)加速度反映沖擊力。結(jié)合狀態(tài)評(píng)估目的確定其操作可行性，選擇振動(dòng)及速度信號(hào)作為被測(cè)信號(hào)。

（2）振動(dòng)測(cè)試點(diǎn)布置選擇。進(jìn)行數(shù)據(jù)采集，對(duì)于振動(dòng)測(cè)試點(diǎn)布置選擇很重要，要提取故障特征，一般選擇剛性支撐點(diǎn)，比如機(jī)座或軸承座等。根據(jù)曳引機(jī)實(shí)際運(yùn)行情況，其主軸和軸承所受變化的載荷，容易出現(xiàn)故障，通過(guò)監(jiān)測(cè)軸承的振動(dòng)，發(fā)現(xiàn)其潛在故障，測(cè)試點(diǎn)應(yīng)盡量選擇靠近軸承的承載區(qū)。

（3）振動(dòng)數(shù)據(jù)處理方法。振動(dòng)數(shù)據(jù)采集時(shí)，規(guī)定振動(dòng)數(shù)據(jù)測(cè)試曳引機(jī)起動(dòng)、停止、加減速整個(gè)運(yùn)轉(zhuǎn)過(guò)程的振動(dòng)加速度值，除特殊原因外，引起振動(dòng)的原因有，軸承座剛度、轉(zhuǎn)速周期性變化，軸剛度的非線性、軸或齒輪磨損偏心及其不平衡。轉(zhuǎn)速周期變化、軸齒輪磨損、偏心和不平衡的振動(dòng)與轉(zhuǎn)速有直接關(guān)系，其余振動(dòng)同樣也會(huì)影響轉(zhuǎn)速。數(shù)據(jù)時(shí)域參數(shù)和數(shù)據(jù)指標(biāo)計(jì)算將相應(yīng)采集數(shù)據(jù)按時(shí)間段劃分成n個(gè)部分，分開(kāi)計(jì)算某一階段轉(zhuǎn)速對(duì)應(yīng)的數(shù)據(jù)時(shí)域參數(shù)和數(shù)據(jù)指標(biāo)，用以減少轉(zhuǎn)速變化引起的振動(dòng)影響，再將n組數(shù)據(jù)進(jìn)行求和再平均，當(dāng)作為數(shù)據(jù)的最后指標(biāo)值。

a?rms=1T?0∑nT?m=1a2?rms（T?m）T?i?式中，?T?i?為曳引機(jī)振動(dòng)測(cè)量值?a（t）?的單位計(jì)算時(shí)間，可根據(jù)實(shí)際情況取0.1s、1s、2s、4s等值;?T?0?為曳引機(jī)振動(dòng)測(cè)試的狀態(tài)評(píng)估時(shí)間，?T?0=∑ni=1T?i?;?T?m?為評(píng)估時(shí)間?T?0?的時(shí)間歷程（?T?m=T?i，2T?i，...，nT?i?）;?a?rms（T?m）?為測(cè)量值?a（t）?單位計(jì)算時(shí)間?T?i?內(nèi)的均方根值（?rootmeansquare，rms?）?a?rms（T?m）=1T?i∫T?m?T?m-T?ia2（t）dt?。?KF=1T?0∑nT?m=1K?e（T?m）?，式中，KF為峭度指標(biāo)，?K?e（T?m）=β（T?m）（δ2?a（T?m））2?;?β（T?m）?為測(cè)量值單位計(jì)算時(shí)間?T?i?內(nèi)的峭度，?β（T?m）=1T?i∫T?m?T?m-T?i（a（t）-μ?a）4dt?;?δ2?a（T?m）?為測(cè)量值單位計(jì)算時(shí)間?T?i?內(nèi)的方差，?δ2?a（T?m）=1T?i∫T?m?T?m-T?i（a（t）-μ?a）2dt?;?μ?a（T?m）?為測(cè)量值單位計(jì)算時(shí)間?T?i?內(nèi)的方差，?μ?a（T?m）=1T?i∫T?m?T?m-T?ia（t）dt?。?CLF=1T?0∑ne=1L?e（T?m）?式中，CLF為數(shù)據(jù)裕度指標(biāo);?L?e（T?m）?為測(cè)量值?a（t）?單位計(jì)算時(shí)間?T?i?內(nèi)的數(shù)據(jù)峭度指標(biāo)。?L?e（T?m）=a?pe（T?m）a?re（T?m）?式中，?a?pe（T?m）?為測(cè)量值?a（t）?單位計(jì)算時(shí)間?T?i?內(nèi)的峰值，?a?pe（T?m）=E[?max?a（t）]?;?a?re（T?m）?為測(cè)量值?a（t）?單位計(jì)算時(shí)間?T?i?內(nèi)的方根幅值，?a?re（T?m）=1T?i∫T?i?T?m-T?ia（t）dt2?。

3 數(shù)據(jù)時(shí)域統(tǒng)計(jì)分析

數(shù)據(jù)時(shí)域統(tǒng)計(jì)分析為曳引機(jī)裝備振動(dòng)狀態(tài)評(píng)估、實(shí)現(xiàn)曳引機(jī)振動(dòng)監(jiān)測(cè)方法。曳引機(jī)振動(dòng)信號(hào)時(shí)域統(tǒng)計(jì)分析是指曳引機(jī)振動(dòng)信號(hào)?a（t）?的各種數(shù)據(jù)時(shí)域參數(shù)和數(shù)據(jù)指標(biāo)評(píng)估與計(jì)算。當(dāng)曳引機(jī)連續(xù)運(yùn)行可靠性下降時(shí)，若曳引機(jī)齒輪或軸承磨損、偏心等原因，振動(dòng)能量必將增大、振動(dòng)信號(hào)中的沖擊脈沖增加、沖擊幅值增大，振動(dòng)概率密度函數(shù)也將隨之緩慢變化。

（1）曳引機(jī)數(shù)據(jù)庫(kù)知識(shí)發(fā)掘的基本理論。電梯曳引機(jī)裝備的運(yùn)行對(duì)其電梯正常運(yùn)行有著直接地影響。采取電梯離線和在線曳引機(jī)裝備狀態(tài)檢測(cè)和故障診斷系統(tǒng)，通過(guò)長(zhǎng)期運(yùn)行數(shù)據(jù)采集，建立強(qiáng)大數(shù)據(jù)庫(kù)，對(duì)數(shù)據(jù)庫(kù)數(shù)據(jù)進(jìn)行分析，進(jìn)一步理解和分析振動(dòng)對(duì)曳引機(jī)正常運(yùn)行狀態(tài)的影響。基于曳引機(jī)數(shù)據(jù)庫(kù)知識(shí)發(fā)掘?yàn)閺拇罅窟\(yùn)行數(shù)據(jù)中提取有效地、潛在地、有用地、新顯的被采用模式的方法。模式方法過(guò)程有運(yùn)行數(shù)據(jù)選擇、預(yù)處理、變換、挖掘、評(píng)估、評(píng)價(jià)、預(yù)期等等，是反復(fù)迭代的人機(jī)交互處理過(guò)程，在電梯實(shí)際運(yùn)行過(guò)程中，將曳引機(jī)數(shù)據(jù)庫(kù)知識(shí)發(fā)掘過(guò)程分為運(yùn)行數(shù)據(jù)準(zhǔn)備、數(shù)據(jù)挖掘、數(shù)據(jù)預(yù)期和數(shù)據(jù)迭代等。

（2）電梯曳引機(jī)數(shù)據(jù)采集數(shù)據(jù)準(zhǔn)備。所謂電梯曳引機(jī)數(shù)據(jù)采集數(shù)據(jù)準(zhǔn)備是在分析電梯曳引機(jī)原始運(yùn)行數(shù)據(jù) 以產(chǎn)生品質(zhì)高的數(shù)據(jù)系列活動(dòng)，主要包括運(yùn)行數(shù)據(jù)集成，數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換，數(shù)據(jù)約簡(jiǎn)和數(shù)據(jù)清洗等等。在曳引機(jī)運(yùn)行數(shù)據(jù)庫(kù)中，按其數(shù)據(jù)屬性進(jìn)行歸類，形成數(shù)據(jù)概念匯聚點(diǎn)，各數(shù)據(jù)屬性值和數(shù)據(jù)概念抽象成為數(shù)據(jù)層次結(jié)構(gòu)，將這種結(jié)構(gòu)成為數(shù)據(jù)概念樹(shù)。數(shù)據(jù)概念樹(shù)實(shí)質(zhì)上是將一個(gè)數(shù)據(jù)記錄合并的處理，本質(zhì)核心為執(zhí)行面向各數(shù)據(jù)屬性的歸納。所謂電梯曳引機(jī)數(shù)據(jù)挖掘?yàn)榛谝芬龣C(jī)數(shù)據(jù)庫(kù)知識(shí)發(fā)現(xiàn)的重要過(guò)程，主要是利用數(shù)據(jù)特點(diǎn)的算法，在一定的數(shù)據(jù)運(yùn)算效率范圍內(nèi)，從運(yùn)行數(shù)據(jù)中發(fā)現(xiàn)其期望之知識(shí)，決定整個(gè)數(shù)據(jù)過(guò)程的效果與效率。

4 總結(jié)

通過(guò)大量的持久的電梯曳引機(jī)狀態(tài)的監(jiān)測(cè)，逐漸地建立電梯曳引機(jī)裝備的振動(dòng)數(shù)據(jù)庫(kù)，并對(duì)運(yùn)行數(shù)據(jù)處理和維護(hù)，在進(jìn)行信號(hào)分析處理的基礎(chǔ)上，提出分析和評(píng)估曳引機(jī)振動(dòng)狀態(tài)的方法，確定曳引機(jī)振動(dòng)狀態(tài)等級(jí)及其相應(yīng)地閾值，對(duì)實(shí)踐工程有參考意義。

參考文獻(xiàn)：

[1]徐敏，等.設(shè)備故障診斷手冊(cè)—機(jī)械設(shè)備狀態(tài)監(jiān)測(cè)和故障診斷.西安：西安交通大學(xué)出版社，1998.

[2]程航.風(fēng)電裝備振動(dòng)狀態(tài)評(píng)估方法及故障微弱信號(hào)監(jiān)測(cè)研究.西安：西安交通大學(xué)，2012.