門式起重機(jī)的常見故障及維修技術(shù)研究

李 焱，陳 賀

（北京市順義區(qū)特種設(shè)備檢測所，北京 101300）

0 引言

門式起重機(jī)是現(xiàn)代工業(yè)生產(chǎn)中常用的重要設(shè)備之一，由于其結(jié)構(gòu)的復(fù)雜性和長期使用，其部件常常會出現(xiàn)各種故障和問題，嚴(yán)重影響設(shè)備的工作效率和安全性。因此，對門式起重機(jī)單部件進(jìn)行維修至關(guān)重要，可以有效延長設(shè)備的使用壽命，提高設(shè)備的可靠性和經(jīng)濟(jì)性。本文將對門式起重機(jī)的常見故障和維修技術(shù)進(jìn)行分析和總結(jié)，探討如何確定最優(yōu)的預(yù)防性維修周期，從而構(gòu)建門式起重機(jī)單部件維修目標(biāo)模型的方法，并運用對模型求解以實現(xiàn)門式起重機(jī)科學(xué)維修，在相關(guān)維修工作的開展和優(yōu)化提供幫助。

1 常見故障分析

控制系統(tǒng)是門式起重機(jī)的核心部分，主要用于控制起重機(jī)的各種動作，如升降、移動、轉(zhuǎn)向等，所以控制故障是門式起重機(jī)常見故障之一。

（1）在長時間的使用過程中，控制系統(tǒng)的電氣元件容易受到電磁干擾、高溫、潮濕等因素的影響，如電纜出現(xiàn)斷線、短路、接觸不良等故障，這會導(dǎo)致起重機(jī)控制信號不穩(wěn)定，甚至無法正常操作。

（2）PLC（可編程控制器）是控制起重機(jī)各個電氣元件的核心部件，其常見的故障原因及后果有：電源故障，可能由于電壓不穩(wěn)定、短路、電源損壞等原因?qū)е?，這將導(dǎo)致PLC 無法工作；輸入輸出（I/O）模塊可能會出現(xiàn)故障，原因如由于連接不良、故障的開關(guān)量傳感器或模擬量傳感器、或模塊本身出現(xiàn)問題等；程序錯誤，可能由于編程錯誤、程序存儲器損壞或邏輯錯誤等原因?qū)е?；通信故障，可能由于通信線路損壞、通信協(xié)議錯誤或設(shè)備間通信故障等原因?qū)е?，這將導(dǎo)致門式起重機(jī)無法正常工作。

（3）門式起重機(jī)控制系統(tǒng)中的操作面板的常見故障有按鍵失靈、顯示屏幕出現(xiàn)故障等，這會影響操作員對起重機(jī)的操作和監(jiān)控。

2 故障維修策略分析

2.1 單部件維修

門式起重機(jī)經(jīng)常用于大型物體的搬運和起吊，但是由于其長期運行和結(jié)構(gòu)復(fù)雜，容易出現(xiàn)各種故障。這些故障不僅會影響門式起重機(jī)的正常工作，還會帶來一定的安全隱患。門式起重機(jī)是由多個部件組成，使用過程中出現(xiàn)故障時需要對單個部件進(jìn)行維修。維修單部件需要結(jié)合部分故障分布函數(shù)進(jìn)行分析，以找出可能的故障原因。借助威布爾分布理論，故障分布函數(shù)表示如下：

最后運用極大似然估計法進(jìn)行求解，以便幫助維修人員更快速、更準(zhǔn)確地定位故障，并確定需要維修的單部件，最后對單部件實施更換維修。

2.2 確定最優(yōu)預(yù)防性維修周期

在制定門式起重機(jī)維修策略過程中，確定最優(yōu)預(yù)防性維修周期是一個關(guān)鍵的問題，這涉及維修周期的合理安排和成本的控制。通常情況下，維修周期太短會增加維修成本，而維修周期太長會導(dǎo)致設(shè)備出現(xiàn)故障，增加停機(jī)時間和維修成本。本文采用定量方法和定性方法相結(jié)合的方式，來確定起重機(jī)最優(yōu)預(yù)防性維修周期。

為了達(dá)到最佳的維修效果和成本效益，需要首先確定最優(yōu)預(yù)防性維修周期，就要考慮各個部件的可靠度。因為門式起重機(jī)的關(guān)鍵單部件的可靠度非常重要，所以所以本文采用經(jīng)驗公式來計算最優(yōu)維修周期。如果部件i 的可靠性不能滿足其正常運行所需的最低可靠度Ri時，則需要進(jìn)行維修。

通過可靠性理論，可以得到部件i 的可靠性方程：

其中，-lnRi表示部件在每個維修周期內(nèi)發(fā)生的最小維修次數(shù)。式（2）用于計算部件的維修間隔期，以便在實際運行中確定每個部件的維修時間，確保系統(tǒng)的可靠性和穩(wěn)定性。

因此，部件i 在其生命周期中單位時間內(nèi)的維修成本為：

2.3 構(gòu)建部件維修目標(biāo)模型

當(dāng)門式起重機(jī)中的單部件進(jìn)行維修時，需要在維修成本和維修頻率之間進(jìn)行平衡，并確保預(yù)防性維修的周期和維修策略符合部件的可靠度分布和故障模式。提高機(jī)會維修的臨界值會增加部件進(jìn)行機(jī)會維修的概率，導(dǎo)致系統(tǒng)多次進(jìn)行預(yù)防性維修，形成維修過剩問題。并且建立一個維修成本最小化的模型，從而使門式起重機(jī)單部件的維修決策更加科學(xué)。這個模型能夠找到最適合的維修決策，從而最小化整個系統(tǒng)的成本。維修成本與模型參數(shù)值之間存在一定的關(guān)系，可以通過圖1 來觀察其變化趨勢。

門式起重機(jī)維修成本主要包括維修成本和故障成本等，所以最后對其進(jìn)行求解。從而使該模型得到優(yōu)化，確定門式起重機(jī)單部件的最優(yōu)維修技術(shù)，實現(xiàn)維修成本最小化的機(jī)會預(yù)防性維修。

2.4 模型求解

對門式起重機(jī)進(jìn)行的維修，需要在保證設(shè)備可靠性、降低維修成本的前提下，完成單部件的維修工作，因此將對構(gòu)建的維修目標(biāo)模型進(jìn)行求解。

首先，依據(jù)部件的維修數(shù)據(jù)和維修記錄，求解出各部件的相關(guān)C1、C2、C3、C4和值。

其次，假設(shè)系統(tǒng)的機(jī)會維修臨界值為ΔRi，當(dāng)Ri（t）-R＞ΔR 時，在tn時刻部件i 不進(jìn)行機(jī)會維修；當(dāng)0＜Ri（t）-R≤ΔRi時，在tn時刻對部件i 進(jìn)行機(jī)會維修；當(dāng)部件i 的總維修次數(shù)達(dá)到（fi+1）且Ri（t）-R≤0 時，部件需要實施機(jī)會更換。由此，可得出系統(tǒng)第n 次進(jìn)行維修的停機(jī)時間：

最后，完成門式起重機(jī)部件故障點的維修，將有故障的部件重新投入使用，有效減少工作時間，提高工作效率。

3 實驗結(jié)果分析

3.1 實驗準(zhǔn)備

為驗證本文維修方法的實際應(yīng)用效果，首先選取某廠正在運行的幾臺門式起重機(jī)作為實驗對象，并確保其在實驗中能正常工作，同時需要檢查其各個部件的狀態(tài)，記錄下各個部件的可靠度和故障率等信息進(jìn)行檢測。然后通過采用本文方法的機(jī)會預(yù)防性維修技術(shù)與不進(jìn)行任何預(yù)維修活動的直接維修技術(shù)進(jìn)行對比實驗，采集門式起重機(jī)的運行數(shù)據(jù)，記錄維修成本和維修效果等信息，得到實驗結(jié)果。最后，測試檢測后的工作狀態(tài)是否符合原有工作標(biāo)準(zhǔn)，并對其所產(chǎn)生的成本與效果做對比，以便對維修策略進(jìn)行優(yōu)化和調(diào)整，提高門式起重機(jī)的可靠性和經(jīng)濟(jì)性。

3.2 不同維修技術(shù)成本對比

根據(jù)本文建立的門式起重機(jī)部件機(jī)會預(yù)防性維修策略模型，對故障部件采用成組預(yù)防性維修技術(shù)和機(jī)會預(yù)防性維修技術(shù)進(jìn)行分析，從而判斷哪種維修技術(shù)的成本更低（表1）。

表1 常規(guī)維修方法與預(yù)防性維修方法的成本對比

從表1 可以看出，停機(jī)成本和固定成本會直接影響門式起重機(jī)的維修成本和可用性；采用機(jī)會性預(yù)防性維修策略可能會增加特定設(shè)備的預(yù)防性維修次數(shù)，直接增加維修成本。在對其他有故障的門式起重機(jī)單部件進(jìn)行預(yù)維修的間隙采取機(jī)會性維修，不僅可以減少門式起重機(jī)的總停機(jī)次數(shù)和成本，還可以減少因非預(yù)期故障而導(dǎo)致生產(chǎn)線停機(jī)和經(jīng)濟(jì)損失的次數(shù)。因此機(jī)會性預(yù)防性維修策略具有明顯的經(jīng)濟(jì)性和有效性。

4 結(jié)束語

門式起重機(jī)是現(xiàn)代工業(yè)生產(chǎn)中必不可少的設(shè)備之一，在生產(chǎn)中發(fā)揮著重要作用。然而，由于門式起重機(jī)的使用頻繁和復(fù)雜性，常常會出現(xiàn)各種故障和問題，嚴(yán)重影響其工作效率和安全性。本文介紹和探討門式起重機(jī)的常見故障，使人們可以更加深入地了解門式起重機(jī)的故障維修和預(yù)防性維修的原理和方法，為能夠更好地理解門式起重機(jī)的維修工作，提高設(shè)備的可靠性和經(jīng)濟(jì)性，確保門式起重機(jī)在生產(chǎn)中的安全和高效運行。