起重機(jī)械金屬結(jié)構(gòu)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(jī)械金屬結(jié)構(gòu)的應(yīng)用也越發(fā)廣泛。本文在了解當(dāng)前起重機(jī)械運(yùn)行情況的基礎(chǔ)上，明確金屬結(jié)構(gòu)具備的作用，深層探索起重機(jī)械金屬結(jié)構(gòu)振動與故障診斷的內(nèi)容與方法，以期提出有效的解決方案。

關(guān)鍵詞：起重機(jī)械;金屬結(jié)構(gòu);振動;故障診斷

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

在社會經(jīng)濟(jì)不斷發(fā)展，科學(xué)技術(shù)持續(xù)革新的背景下，現(xiàn)代工業(yè)的發(fā)展步伐越來越快，此時起重機(jī)械不僅要面臨復(fù)雜多變的工作環(huán)境，還要著重分析金屬結(jié)構(gòu)帶來的振動故障。作為起重機(jī)械工作的重要組成部分，金屬結(jié)構(gòu)決定了起重機(jī)械的使用壽命應(yīng)用時間，因此為了保障工業(yè)生產(chǎn)工作可以有序進(jìn)行，工作人員要加大起重機(jī)械金屬結(jié)構(gòu)振動與故障診斷的研究力度。

1 金屬結(jié)構(gòu)在起重機(jī)械中的應(yīng)用

1.1 金屬結(jié)構(gòu)分析

從本質(zhì)上講，起重機(jī)的結(jié)構(gòu)通常由三大部分組成：其一為機(jī)架;其二為機(jī)構(gòu)（包括起升機(jī)構(gòu)、運(yùn)行機(jī)構(gòu)、旋轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)、變幅機(jī)構(gòu)等）;其三為控制系統(tǒng)。而金屬結(jié)構(gòu)主要是指建筑物中承擔(dān)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(yè)生產(chǎn)中應(yīng)用金屬結(jié)構(gòu)，其都具備安全性強(qiáng)、機(jī)械性能高、塑性優(yōu)越及組織均勻等優(yōu)勢。

1.2 應(yīng)用分析

對起重機(jī)械而言，最常引用金屬結(jié)構(gòu)的類型門座起重機(jī)、門式起重機(jī)及橋式起重機(jī)等。其為橋式起重機(jī)，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(jī)運(yùn)輸機(jī)引用金屬結(jié)構(gòu)的類型雖然非常多，但從受力性質(zhì)分析，其主要分為三種基本構(gòu)件：其一，軸心受力構(gòu)件。像門架斜撐桿、輪胎吊的拉桿與壓桿等;其二，受彎構(gòu)件。像車架的橫梁、橋吊的主梁等。以塔式起重機(jī)的吊臂為例，因為塔式起重機(jī)是結(jié)合杠桿作用設(shè)計出來的，因此其具備的吊臂就是機(jī)械設(shè)備吊起重物的重要依據(jù);其三，壓彎構(gòu)件。像裝卸橋的剛性支腿、門機(jī)臂架等。

受起重機(jī)工作繁忙、移動式等特點的影響，其對金屬結(jié)構(gòu)的要求主要分為以下幾點：其一，安全可靠且具備一定的穩(wěn)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(jī)金屬結(jié)構(gòu)振動與故障診斷問題分析

對橋式起重機(jī)而言，其作為當(dāng)前社會發(fā)展經(jīng)常引用的裝載運(yùn)輸工具，被大量引用在機(jī)械制造、冶金等行業(yè)中。但由于橋式起重機(jī)是一個較為復(fù)雜的振動系統(tǒng)，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(fù)載擺動會引發(fā)整體設(shè)備的振動，進(jìn)而對結(jié)構(gòu)等產(chǎn)生負(fù)面影響，導(dǎo)致零件或結(jié)構(gòu)出現(xiàn)位移等問題，以此減少系統(tǒng)工作的效率和質(zhì)量，嚴(yán)重的情況下還會出現(xiàn)不可預(yù)計的安全事故，最終造成人員財產(chǎn)損失。由此可知，明確橋式起重機(jī)金屬振動原因至關(guān)重要。整合實踐案例分析可知，針對橋式起重機(jī)進(jìn)行振動研究的方法主要分為兩種，其一是在現(xiàn)場進(jìn)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(jī)仿真方法構(gòu)建數(shù)學(xué)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(jī)的影響。下面對涌現(xiàn)出的問題進(jìn)行分析：

第一，振動失效與故障機(jī)理的研究存在缺陷。據(jù)了解，我國當(dāng)前針對起重機(jī)械金屬振動的相關(guān)研究并不完善，尤其是在結(jié)構(gòu)失效、故障分析等方面有很多問題。通過分析結(jié)構(gòu)疲勞失效和結(jié)構(gòu)振動響應(yīng)展現(xiàn)出的關(guān)聯(lián)可知，出現(xiàn)結(jié)構(gòu)失效的原因是出現(xiàn)振動疲勞，而后又受金屬結(jié)構(gòu)、重要零件的運(yùn)行制約。在腐蝕、裂縫等內(nèi)容的影響下，致使金屬結(jié)構(gòu)的整體受力出現(xiàn)變化，且會影響結(jié)構(gòu)的內(nèi)應(yīng)力劃分情況和固定的頻率，并引發(fā)疲勞、振動等問題，這在動態(tài)荷載的引導(dǎo)下，會讓局部模態(tài)額荷載出現(xiàn)作用力，進(jìn)而帶來負(fù)面影響[1]。例如。

第二，故障診斷的方法過少。其一，研究設(shè)備運(yùn)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(guān)的征兆;其三，在征兆的引導(dǎo)下實施有效的故障診斷工作?，F(xiàn)階段，工作人員通過引用小波變換、傅立葉變換等形式進(jìn)行操作，都是從內(nèi)積原理入手劃分進(jìn)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(shù)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(jìn)而優(yōu)化實踐診斷工作。對當(dāng)前系統(tǒng)涌現(xiàn)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(jié)構(gòu)很容易出現(xiàn)不必要的損耗或帶來早期故障，這樣對后續(xù)信號處理而言，難以及時追蹤故障出現(xiàn)的原因[2]。例如，橋式起重機(jī)在機(jī)構(gòu)運(yùn)行時，減速器在橋架上振動。出現(xiàn)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(jī)軸不同心或減速器輸出軸與所帶動工件軸不同心，均會導(dǎo)致減速器在運(yùn)轉(zhuǎn)時機(jī)身顫抖。此時，工作人員要通過重新調(diào)整減速器，使其達(dá)到同心度之要求即可消除振動;其三，減速器底座支承剛結(jié)構(gòu)剛度差，在工作時會因為產(chǎn)生變形而發(fā)生振動現(xiàn)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(tǒng)過于單一。要想保障起重機(jī)械得到長久應(yīng)用，最重要的是構(gòu)建完善的智能診斷系統(tǒng)。多種類型的智能診斷方法對某一特殊、較為簡單的目標(biāo)實施故障診斷，不僅可以展現(xiàn)出獨特的優(yōu)勢，還能為后續(xù)工作運(yùn)行奠定基礎(chǔ)。當(dāng)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(shè)條件和人為設(shè)置數(shù)據(jù)的基礎(chǔ)上進(jìn)行操作，這就要求工作人員在實踐發(fā)展中持續(xù)探索有關(guān)振動故障診斷系統(tǒng)，以期構(gòu)建更為適宜和完善的智能診斷系統(tǒng)。以橋式起重機(jī)為例，工作人員在計算機(jī)仿真建模的過程中，不但可以更快了解整體設(shè)備運(yùn)行涌現(xiàn)出的數(shù)據(jù)變化，而且能為橋式起重機(jī)的應(yīng)用奠定基礎(chǔ)。

3 起重機(jī)械金屬結(jié)構(gòu)振動與故障診斷應(yīng)用分析

3.1 振動測試

了解起重機(jī)整體運(yùn)行結(jié)構(gòu)可知，有關(guān)振動的探究涉及到振型、頻率及阻尼比等，而當(dāng)前最常引用的方法就是模態(tài)分析技術(shù)，其通過整合模態(tài)測試優(yōu)化技術(shù)等工作經(jīng)驗，先構(gòu)建結(jié)構(gòu)的有限元模型，以此獲取相對應(yīng)的模態(tài)數(shù)據(jù)，而后通過試驗操作進(jìn)行完善，以此提升模態(tài)實驗檢測數(shù)據(jù)的有效性和完善性。在試驗分析法的引導(dǎo)下，工作人員對比分析工作現(xiàn)場獲取的模態(tài)數(shù)據(jù)和解析分析法的模態(tài)，能有效判斷結(jié)構(gòu)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(yīng)數(shù)據(jù)信息。其為某型號龍門起重機(jī)有限元分析，模型依據(jù)板殼單元建模的方式進(jìn)行操作，主要實施了起重機(jī)的靜力分析和模態(tài)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(jī)械金屬結(jié)構(gòu)振動與故障時，會引用層次分析法進(jìn)行操作，具體包含了整體性能、影響因素、子系統(tǒng)等內(nèi)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(jī)的關(guān)鍵零件等出現(xiàn)損耗、裂縫等問題，一般都會引發(fā)級聯(lián)現(xiàn)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(jié)構(gòu)的運(yùn)行造成影響。因此，在評估起重機(jī)械安全運(yùn)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(xué)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(jié)合的特點，以此實現(xiàn)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(jī)械而言，在對零部件的振動故障進(jìn)行診斷時，若只檢測出誘發(fā)性故障，不但無法從本質(zhì)上解決問題，而且會為后續(xù)工作埋下安全隱患，因此工作人員要從整體系統(tǒng)入手進(jìn)行振動故障分析，明確系統(tǒng)中各個零件的動力特點和關(guān)系，以此獲取初期的故障結(jié)論，而后繼續(xù)研究系統(tǒng)出現(xiàn)問題的根本原因[4]。

4 結(jié)語

綜上所述，起重機(jī)械不管是在現(xiàn)實生活中還是行業(yè)發(fā)展中都具有積極作用，不但能提升人們的生活質(zhì)量水平，而且可以滿足人們在新時代發(fā)展中提出的各項要求。除此之外，有關(guān)振動信號的測量與分析工作也在工業(yè)生產(chǎn)中展現(xiàn)出了應(yīng)用優(yōu)勢，雖然當(dāng)前起重機(jī)械金屬結(jié)構(gòu)振動與故障診斷依舊存在很多缺陷，但有關(guān)研究工作得到了企業(yè)和專家人員的關(guān)注，并開始結(jié)合實踐工作要求和內(nèi)容進(jìn)行深層探索.相信在不久的將來，市場中會涌現(xiàn)出大量科學(xué)而有效的解決方案，以此提升起重機(jī)械運(yùn)行效率和安全，并實現(xiàn)預(yù)期設(shè)定的發(fā)展目標(biāo)。

參考文獻(xiàn)

[1] 曾濤.港口門座起重機(jī)金屬結(jié)構(gòu)故障診斷論述[J].科技創(chuàng)新與應(yīng)用，2016（33）：129-129.

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

[3] 邊曉偉，楊東東，張帆.塔式起重機(jī)結(jié)構(gòu)有限元設(shè)計計算[J].建筑機(jī)械，2017（10）：54-57.

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