電梯曳引機(jī)在振動(dòng)中的故障診斷分析

張 健

1.蘇州大學(xué)機(jī)電工程學(xué)院，江蘇蘇州 215021

2.江蘇省特檢院吳江分院，江蘇吳江 215200

當(dāng)前世界各國(guó)屢屢發(fā)生重大電梯安全事故，我國(guó)也曾發(fā)生多起斷齒急墜事故，造成巨大經(jīng)濟(jì)損失[1-2]。因此，開展電梯曳引機(jī)狀態(tài)監(jiān)測(cè)與故障診斷系統(tǒng)的研究意義重大。本文為此具體探討了電梯曳引機(jī)振動(dòng)中的故障診斷體系的建立。

1 旋轉(zhuǎn)機(jī)械振動(dòng)中的故障診斷的必要性與可行性

1.1 旋轉(zhuǎn)機(jī)械振動(dòng)中的故障診斷的必要性

旋轉(zhuǎn)機(jī)械故障診斷技術(shù)對(duì)于減少維修費(fèi)用，降低生產(chǎn)成本，提高經(jīng)濟(jì)效益和社會(huì)效益具有重要作用。一臺(tái)200MW的汽輪機(jī)發(fā)電機(jī)每停機(jī)一天，則少發(fā)電480萬千瓦時(shí)，經(jīng)濟(jì)損失高達(dá)數(shù)百萬元[3]，一臺(tái)電梯停止運(yùn)行，涉及千家萬戶的生活甚至安全?？梢酝ㄟ^監(jiān)測(cè)機(jī)械設(shè)備是否出現(xiàn)故障的跡象來預(yù)知并防止可能產(chǎn)生的停機(jī)。振動(dòng)監(jiān)測(cè)及機(jī)械設(shè)備診斷是對(duì)生產(chǎn)設(shè)備狀態(tài)進(jìn)行跟蹤的有效方法，符合最佳維護(hù)實(shí)踐，能夠延長(zhǎng)設(shè)備使用壽命，避免意外停機(jī)。此外，訪問關(guān)鍵生產(chǎn)設(shè)備運(yùn)行狀態(tài)的可靠性信息是至關(guān)重要的，而不是等到設(shè)備內(nèi)部出現(xiàn)故障后得到一個(gè)故障信號(hào)。機(jī)械設(shè)備停車保護(hù)只是整體監(jiān)測(cè)策略的一部分，它針對(duì)的是那些不起眼的狀況。真正的監(jiān)測(cè)設(shè)備需要訓(xùn)練有素的工作人員使用配套的軟件在重要的壓縮機(jī)、渦輪機(jī)、變速箱、泵、連接器和風(fēng)機(jī)等設(shè)備發(fā)生意外故障前就發(fā)現(xiàn)和確定各種跡象。不管如何，能夠及時(shí)進(jìn)行維護(hù)總要比等到發(fā)生災(zāi)難性的故障然后進(jìn)行費(fèi)用高昂的維修要好得多[4]。

1.2 旋轉(zhuǎn)機(jī)械振動(dòng)中的故障診斷的可行性

某某企業(yè)通過對(duì)某電廠汽輪機(jī)的現(xiàn)場(chǎng)測(cè)試，分析了轉(zhuǎn)子系統(tǒng)故障發(fā)生的原因，針對(duì)機(jī)器的振動(dòng)超標(biāo)問題，采取改變轉(zhuǎn)子支承剛度和改變軸承支承位置等措施，保證了機(jī)器正常和可靠地運(yùn)轉(zhuǎn)，進(jìn)而創(chuàng)造了近億元的直接經(jīng)濟(jì)效益。我市某電梯生產(chǎn)企業(yè)，通過對(duì)曳引機(jī)的現(xiàn)場(chǎng)檢測(cè)，發(fā)現(xiàn)曳引機(jī)渦輪齒輪斷齒，并經(jīng)過分析輪齒斷面分析和材質(zhì)分析，采取了改變渦輪材質(zhì)和調(diào)整設(shè)計(jì)方案的措施，保證曳引機(jī)可靠性，預(yù)防和減少故障的發(fā)生。當(dāng)前根據(jù)旋轉(zhuǎn)機(jī)械面臨的重大實(shí)際問題，國(guó)家自然科學(xué)基金委員會(huì)設(shè)立了自然科學(xué)基金重大項(xiàng)目"大型旋轉(zhuǎn)機(jī)械非線性動(dòng)力學(xué)問題"，以非線性動(dòng)力學(xué)理論為基礎(chǔ)，研究故障旋轉(zhuǎn)機(jī)械的非線性動(dòng)力學(xué)問題，進(jìn)而揭示故障旋轉(zhuǎn)機(jī)械的復(fù)雜非線性動(dòng)力學(xué)特性及故障發(fā)生 的機(jī)理，并提出抑制振動(dòng)的有效措施，以減少甚至避免重大事故的發(fā)生[5]。

2 旋轉(zhuǎn)機(jī)械振動(dòng)中的故障在線監(jiān)測(cè)體系的建立

先進(jìn)的在線監(jiān)測(cè)系統(tǒng)代表了一種超越傳統(tǒng)人工監(jiān)測(cè)的技術(shù)，它可以獲得旋轉(zhuǎn)機(jī)械設(shè)備的連續(xù)狀態(tài)信息，而不是像過去只能監(jiān)測(cè)某一個(gè)時(shí)間點(diǎn)的信息。我們可以監(jiān)測(cè)到重要設(shè)備的振動(dòng)頻率變化和溫度升高，而這些跡象都預(yù)示著即將發(fā)生故障。從設(shè)備中獲取的信息以圖形化的形式表現(xiàn)出來，這使工作人員可對(duì)所發(fā)生的情況一目了然，維護(hù)工程師和設(shè)備專家可通過這些實(shí)時(shí)信息來分析機(jī)械設(shè)備的運(yùn)行狀況。分析人員根據(jù)這些信號(hào)可以了解故障的具體方位、性質(zhì)和嚴(yán)重程度，同時(shí)可以更加精確地預(yù)測(cè)設(shè)備什么時(shí)候需要維護(hù)，從而避免設(shè)備損壞造成的意外停機(jī)和停產(chǎn)。機(jī)械設(shè)備狀態(tài)管理軟件對(duì)每一種機(jī)械設(shè)備在生產(chǎn)環(huán)境中的重要性進(jìn)行了分類，并就各種設(shè)備故障是否會(huì)引起整個(gè)工廠停車或是部分停車進(jìn)行了描述。在線監(jiān)測(cè)功 能的優(yōu)點(diǎn)就是可以對(duì)機(jī)械設(shè)備的狀態(tài)進(jìn)行連續(xù)監(jiān)測(cè)[6]。

3 旋轉(zhuǎn)機(jī)械振動(dòng)中的故障在線監(jiān)測(cè)體系的發(fā)展

隨著科學(xué)技術(shù)的發(fā)展，艾默生的CSI6500 機(jī)械設(shè)備狀態(tài)監(jiān)測(cè)器是專門針對(duì)過程自動(dòng)化項(xiàng)目以及新建和升級(jí)項(xiàng)目保護(hù)而設(shè)計(jì)的，它集預(yù)測(cè)和防護(hù)于一體，遵循API670標(biāo)準(zhǔn)，可提供用于快速?zèng)Q策的實(shí)時(shí)信息。另外還有AMS設(shè)備管理組合中的機(jī)械狀態(tài)管理預(yù)測(cè)維護(hù)軟件，它能夠連續(xù)捕捉工廠設(shè)備的振動(dòng)數(shù)據(jù)，并以圖形化的方式向分析人員展示機(jī)械設(shè)備內(nèi)部發(fā)生的情況。操作人員因?yàn)楂@得了機(jī)械設(shè)備和過程的狀態(tài)信息，能夠更容易地識(shí)別和掌控各種狀況，從而避免設(shè)備故障和性能下降，并有機(jī)會(huì)對(duì)過程和性能進(jìn)行優(yōu)化，以提高設(shè)備的投資回報(bào)。近日，DK-MDES旋轉(zhuǎn)機(jī)械狀態(tài)監(jiān)測(cè)與故障診斷專家系統(tǒng)在京通過專家鑒定，這套系統(tǒng)的研制成功標(biāo)志著我國(guó)故障診斷水平將登上一個(gè)新的臺(tái)階。該系統(tǒng)是一個(gè)以計(jì)算機(jī)為基礎(chǔ)，由狀態(tài)監(jiān)測(cè)和故障診斷專家系統(tǒng)兩大部分組成的有機(jī)整體。它采用了新一代的人工智能語言，由知識(shí)庫(kù)、動(dòng)態(tài)數(shù)據(jù)庫(kù)、推理機(jī)及 人機(jī)交互等模塊組成。在智能推理過程中應(yīng)用了模糊理論的模糊模式識(shí)別與不精確的推理，在診斷策略上采用了分級(jí)評(píng)判(頻譜模式識(shí)別、運(yùn)行相量的模糊識(shí)別及故障特征智能推理分析)與綜合評(píng)判，在此基礎(chǔ)上得出最終的診斷結(jié)論。此監(jiān)測(cè)系統(tǒng)在電梯旋轉(zhuǎn)部件在線診斷中也將有廣泛的應(yīng)用價(jià)值。

總之，本文圍繞電梯曳引機(jī)智能故障診斷這一關(guān)鍵問題，引入在線監(jiān)測(cè)的理論和方法，能較好地識(shí)別故障模式，在電梯曳引機(jī)故障診斷中具有良好的應(yīng)用前景。

[1]蔡玉峰.動(dòng)態(tài)系統(tǒng)故障診斷技術(shù)研究進(jìn)展與展望[J].計(jì)算機(jī)測(cè)量與控制，2002，10(12)：770-781.

[2]于開平，張玉國(guó)，鄭麗雯，等.機(jī)械振動(dòng)信號(hào)分析的非線性的小波方法[J].汽輪機(jī)技術(shù)，2011，2(4)：229-230.

[3]孫為民，楊冬生.汽輪發(fā)電機(jī)組安裝后啟動(dòng)過程中振動(dòng)故障的分析與處理[J].汽輪機(jī)技術(shù)，2001，8(4)：241-243.

[4]于翔，陸頌元.一臺(tái)200MW機(jī)組改造后軸系振動(dòng)分析和高速動(dòng)平衡[J].汽輪機(jī)技術(shù)，2009，5(3)：153-155.

[5]黃慶，張雷.帶有偏差神經(jīng)元的內(nèi)回歸神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)在旋轉(zhuǎn)機(jī)械故障診斷中的應(yīng)用[J].汽輪機(jī)技術(shù)，2008，2(10)：247-249.

[6]孫紅春，張洪亭.轉(zhuǎn)子故障智能診斷與轉(zhuǎn)子平衡集成系統(tǒng)的開發(fā)[J].振動(dòng)與沖擊，2011，1(20)：26-27.