隨著使用單位對起重機(jī)安全性能要求的提高，在線監(jiān)測系統(tǒng)在起重機(jī)上的應(yīng)用越來越廣泛，目前應(yīng)用比較成熟的起重機(jī)監(jiān)測系統(tǒng)的監(jiān)測信號包括起重機(jī)各個機(jī)構(gòu)的速度、電流、電壓以及各個機(jī)構(gòu)的限位信號等。但是，對起重機(jī)的關(guān)鍵機(jī)械部件做振動監(jiān)測的案例，目前在起重機(jī)產(chǎn)品上應(yīng)用不多，按照用戶的要求，首次在 25/50/25 t 鑄造起重機(jī)上設(shè)計(jì)實(shí)施了振動監(jiān)測系統(tǒng)方案。振動監(jiān)測就是監(jiān)測設(shè)備運(yùn)行過程中振動狀態(tài)的一種技術(shù)。作為起重機(jī)各個機(jī)構(gòu)運(yùn)行的關(guān)鍵部件—軸承，其運(yùn)行振動狀態(tài)數(shù)據(jù)能夠被監(jiān)測，會對維護(hù)起重機(jī)的人員 對各機(jī)構(gòu)軸承的運(yùn)行狀態(tài)是否良好一目了然。解決了現(xiàn)有起重機(jī)軸承部件在發(fā)生故障之前，無 “早期報警”功能的技術(shù)問題。

基本情況：振動監(jiān)測系統(tǒng)是基于 “早期報警”數(shù)據(jù)來連續(xù)分析和評估設(shè)備的運(yùn)行狀態(tài)，并在事故發(fā)生前預(yù)告故障問題的所在。預(yù)測問題的能力比以往更簡明。故障診斷是在設(shè)備運(yùn)行中或在基本不拆卸的情況下，掌握設(shè)備的運(yùn)行狀態(tài)，判定產(chǎn)生故障的部位和原因，并預(yù)測、預(yù)報設(shè)備未來的狀態(tài)。

據(jù)不完全統(tǒng)計(jì)，起重機(jī)上的軸承使用壽命距它的設(shè)計(jì)壽命相差較大，僅有10%的產(chǎn)品使用周期達(dá)到了設(shè)計(jì)壽命。主要原因有: 40% 由于潤滑不良造成失效; 30% 由于不對中等裝配原因引起故障; 20%是由于過載使用或制造上的原因?qū)е鹿收稀? 鑄造起重機(jī)的起升機(jī)構(gòu)應(yīng)用頻繁且，一旦發(fā)生故障需要更換，就必須停機(jī)導(dǎo)致生產(chǎn)損失，直接影響經(jīng)濟(jì)效益。振動監(jiān)測是以監(jiān)測設(shè)備振動發(fā)展趨勢為手段的設(shè)備運(yùn)行狀態(tài)預(yù)報技術(shù)，能夠隨時掌握設(shè)備的運(yùn)行狀態(tài)，通過它來了解設(shè)備的健康狀況，判斷設(shè)備是處于穩(wěn)定狀態(tài)或正在惡化，采取主動維修或基于可靠性的維護(hù)，盡量提高設(shè)備運(yùn)行的可靠性、安全性，在設(shè)備發(fā)生故障之前發(fā)現(xiàn)問題，減少設(shè)備故障導(dǎo)致的維修時間和維修費(fèi)用，從而提高生產(chǎn)效率和效益。振動監(jiān)測技術(shù)的應(yīng)用是防止事故和計(jì)劃外停機(jī)的有效手段，也是未來設(shè)備維修的發(fā)展方向。

工作原理：本監(jiān)測系統(tǒng)的主要功能是對起重機(jī)的所有機(jī)構(gòu)的減速器高速軸軸承進(jìn)行振動監(jiān)測，在線連續(xù)監(jiān)測各個點(diǎn)的振動幅值，將它與正常參數(shù)進(jìn)行比較，同時做數(shù)據(jù)存儲、趨勢分析、超限報警等。振動監(jiān)測系統(tǒng)的硬件配置，是在起重機(jī)所有機(jī)構(gòu)的減速器高速軸軸承座安裝振動監(jiān)測的加速度傳感器，使用加速度傳感器能夠測量出軸承座的絕對振動值，頻響范圍寬，體積小，質(zhì)量輕，靈敏 度高。每個軸承座需要安裝 2 個振動傳感器，一個用來監(jiān)測水平方向的振動量，另一個用來監(jiān)測垂直方向的振動量。確定報警值采用相對法，以機(jī)器正常狀態(tài)的振動值作為基數(shù)，再隨時采集數(shù)據(jù)和報警值相比較。狀態(tài)監(jiān)測和故障診斷的過程 如圖1 所示。

當(dāng)軸承發(fā)生異常振動時，軸承等機(jī)械部件并非損壞，只是工作異常，但此時因工作人員不易發(fā)現(xiàn)，而使軸承持續(xù)工作在異常狀態(tài)下，直至軸承徹底損壞，造成事故。如果發(fā)現(xiàn)監(jiān)測到的振動 數(shù)據(jù)出現(xiàn)異常情況，系統(tǒng)會立即報警，提醒操作人員哪個機(jī)構(gòu)的軸承部件工作異常，此時維護(hù)人員必須檢查發(fā)生報警的軸承及相關(guān)安裝件，可考慮以下因素: 軸承的潤滑是否良好; 軸的轉(zhuǎn)動是否有卡阻或者摩擦等情況; 軸承的安裝是否有松動; 軸或軸承的溫度是否正常。經(jīng)過檢查維護(hù)，能夠發(fā)現(xiàn)軸承的異常振動原因，如果經(jīng)過維護(hù)維修可消除異常振動的情況下可以繼續(xù)作業(yè)，如潤滑不好的時候及時補(bǔ)充潤滑油; 部件松動的時候及時緊固，這種處理方案既消除了起重機(jī)潛在的故障，又避免了軸承等機(jī)械部件持續(xù)工作在異常狀態(tài)。如果未及早發(fā)現(xiàn)設(shè)備異常，帶故障設(shè)備持續(xù)工作，振動大更容易損壞軸承，直至軸承徹底損壞必須要更換部件，那就要停機(jī)停產(chǎn)，更換設(shè)備，甚至發(fā)生更大事故。起重機(jī)振動監(jiān)測系統(tǒng)的應(yīng)用，能夠減少停機(jī)時間，消除事故隱患，避免由于軸承斷裂損壞造成更大的事故，對提高起重機(jī)的安全性能十分重要。

方案設(shè)計(jì)及實(shí)施：傳感器的安裝方式，本監(jiān)測系統(tǒng)的主要功能是對起重機(jī)所有機(jī)構(gòu)的減速器高速軸軸承振動進(jìn)行實(shí)時在線監(jiān)測，首先需要在起重機(jī)的各個機(jī)構(gòu)減速器高速軸軸承座 安裝振動監(jiān)測的加速度傳感器，安裝示意如圖 2 所示。對軸承的振動幅值在線連續(xù)監(jiān)測，然后通過分析監(jiān)測的數(shù)據(jù)來了解設(shè)備的健康狀況，并判斷設(shè)備是處于穩(wěn)定狀態(tài)還是正在趨于惡化。傳感器作為故障信息監(jiān)測與診斷的數(shù)據(jù)來源，它的安裝一定要穩(wěn)定牢固，確保它的安裝位置是振動信號較強(qiáng)的區(qū)域，它對振動參數(shù)的拾取直接決定了后續(xù)故障診斷的準(zhǔn)確度，并要求保證它的數(shù)據(jù)傳 輸電纜處于安全狀態(tài)。

該項(xiàng)目中選用了羅克韋爾的 EK-43809I 型 9200速度傳感器，安裝在振動較強(qiáng)的軸承座區(qū)域， 振動信號由帶屏蔽的數(shù)據(jù)電纜傳送到ENTEK 的振動監(jiān)測模塊XM-122，型號為 1440-VSE02-01ＲA， XM的監(jiān)測模塊可接入兩路傳感器的數(shù)據(jù)信號。傳感器輸出信號為電壓型式的模擬量數(shù)據(jù)，傳輸數(shù)據(jù)的電纜必須要使用帶屏蔽層的抗干擾的數(shù)據(jù)信號電纜。數(shù)據(jù)采集及信號處理： 振動監(jiān)測系統(tǒng)的數(shù)據(jù)采集，如圖 3 所示，所有監(jiān)測數(shù)據(jù)經(jīng)過 Device-Net 的網(wǎng)絡(luò)傳輸?shù)?span lang="EN-US"> CPU 數(shù)據(jù)處理單元。當(dāng)設(shè)備開始作業(yè)時，啟動振動監(jiān)測系統(tǒng)，中央處理器 CPU 便開始采集 Device-Net 網(wǎng)絡(luò)總線上的數(shù)據(jù)，帶有 Device-Net 總線接口的監(jiān)測模塊負(fù)責(zé)收集所有振動傳感器的振動量信號，按照200 ms 的數(shù)據(jù)采集周期，將振動信號以模數(shù)轉(zhuǎn)換的方式處理為數(shù)據(jù)記錄并保存。 振動監(jiān)測系統(tǒng)的軟件配置，XM 監(jiān)測模塊必須配置相應(yīng)的參數(shù)，使用計(jì)算機(jī)通過串行電纜與 XM 模塊連接，可將模塊的配置參數(shù)從配置軟件中下載到模塊中。

 

 

數(shù)據(jù)分析及故障報警 振動信號的數(shù)據(jù)處理需要在上位機(jī)完成，本項(xiàng)目配備了工業(yè)用計(jì)算機(jī)做人機(jī)界面，通過 TCP/ IP 的網(wǎng)絡(luò)從 CPU 單元提取監(jiān)測到的振動數(shù)據(jù)。根據(jù)旋轉(zhuǎn)機(jī)械設(shè)備的故障診斷研究經(jīng)驗(yàn)，本系統(tǒng)采取 “相對法”來確定設(shè)備的振動報警值，即以設(shè)備的正常工作狀態(tài)的振動幅值作為基數(shù)，自己和自己做比較，把正常值的 2 ～ 3 倍作為報警值，超過3 倍以上確定為危險值; 把長期運(yùn)行積累的正常數(shù)據(jù)作為專家數(shù)據(jù)，用來診斷設(shè)備運(yùn)行中的故障狀態(tài)。 上位機(jī)實(shí)時在線監(jiān)測設(shè)備的運(yùn)行狀態(tài)，把采集到的振動數(shù)據(jù)信號按照特定的公式處理為有效數(shù)據(jù)，再把它與專家?guī)斓臄?shù)據(jù)比較判斷。 一旦發(fā)現(xiàn)數(shù)據(jù)連續(xù)超出正常范圍，并達(dá)到報警值，系統(tǒng)會立即發(fā)出報警，并顯示異常的設(shè)備部位，提醒操作人員設(shè)備需要維護(hù)。但是，如果發(fā)現(xiàn)數(shù)據(jù)連續(xù)超出正常范圍并達(dá)到危險值，系統(tǒng)會立即發(fā)出報警并停止設(shè)備運(yùn)行，同時顯示異常的設(shè)備部位，此時操作人員必須對設(shè)備進(jìn)行維護(hù)修理。

運(yùn)行結(jié)果： 該方案為 25/50/25 t 鑄造起重機(jī)上首次設(shè)計(jì)的起重機(jī)振動監(jiān)測系統(tǒng)方案。在現(xiàn)場安裝調(diào)試時遇到了很多難題，比如在狹小的軸承座上安裝傳感器; 為了保護(hù)數(shù)據(jù)電纜，減少信號傳輸?shù)母蓴_，把數(shù)據(jù)電纜全程用鋼管保護(hù)。目前，該系統(tǒng)已實(shí)際運(yùn)行一年半，取得了比較好的結(jié)果，達(dá)到了預(yù)期的目的。實(shí)踐證明，振動監(jiān)測系統(tǒng)在起重機(jī)上的應(yīng)用，能夠起到預(yù)防性的維護(hù)作用，主要特點(diǎn)是能夠發(fā)現(xiàn)維修人員不易察覺的設(shè)備初期故障，如果設(shè)備能夠及時維護(hù)保養(yǎng)，即可延長設(shè)備的使用壽命，而不是等到徹底報廢了才去修理，延誤生產(chǎn)，導(dǎo)致計(jì)劃外停機(jī)。 從另一方面提高了生產(chǎn)效率，降低故障發(fā)生率，杜絕災(zāi)難性故障，投資能獲得最大和最長遠(yuǎn)的 回報。

 結(jié)束語 目前振動監(jiān)測系統(tǒng)在起重機(jī)上的應(yīng)用剛剛起步，隨著電子技術(shù)的飛速發(fā)展，監(jiān)測系統(tǒng)在各行各業(yè)的應(yīng)用越來越廣泛。振動監(jiān)測系統(tǒng)的應(yīng)用，能夠合理延長設(shè)備的使用壽命和降低維修費(fèi)用，通過監(jiān)測設(shè)備的故障隱患來幫助起重設(shè)備高效、安全運(yùn)行。因此該項(xiàng)目的實(shí)施推廣， 在起重機(jī)的電氣控制領(lǐng)域具有廣泛的應(yīng)用前景 和經(jīng)濟(jì)效益