起重机械金属结构振动与故障诊断思考

曹国正

（江苏省特种设备安全监督检验研究院常州分院，江苏 常州 213016）

起重机械金属结构振动与故障诊断思考

曹国正

（江苏省特种设备安全监督检验研究院常州分院，江苏 常州 213016）

当前起重机已经成为很多大型施工中不可缺少的重要工具，但是在实际应用中起重机常常出现一些故障，给正常的施工带来了负面的影响，为此找出有效的措施，解决这些问题已经成为当务之急。在桥梁、高层建筑结构安全测试与旋转机械振动故障分析应用中，振动测试技术已经形成了相对较为完善的一套理论体系，在该体系中不仅包括测试原理与方法，还包括对特征信号的处理和提取等。在起重机械金属结构服役安全评估和评价方面，与大量的现场振动测试数据结合发现，金属结构的疲劳实现和结构的振动之间的响应有着密切的关联，因此对故障振动的研究与故障诊断等应用在起重机金属结构服役安全评估方面有着积极的意义。

振动；金属结构；起重机械；故障诊断

在大型成套设备的强度、振动分析中，合理设计机械占据着极为重要的位置，其中确保装备安全可靠的运行是最为重要的环节所在。在机械使用中，疲劳破坏是其中最为常见的一种机械结构破坏形式，拥有较强的突破性，同时对内、外在因素，有一定敏感性。因此在结构疲劳、破坏问题有着这样的情况，即如果交变荷载的频率和结构接近的时候，结构产生共振，如果这时发生了所谓的激励情况，会导致大程度呼应，让结构被破坏。因此，起重机械金属结构振动与故障诊断极为重要。

1　起重机振动和故障诊断探究中问题所在

起重机振动和故障诊断探究中存在的问题主要表现在以下几个方面。

（1）在振动失效与故障机理研究方面存在着极大的不足。有证明我们国家在振动所造成超重机结构失效、故障等方面的研究中存在着极大的缺陷。从结构的疲劳失效和结构振动响应之间内在规律的角度上看，导致结构失效的诱因在于振动疲劳的存在［1］，加之主金属结构、重要零部件在运行阶段。常常受到锈蚀以及裂纹等方面不利因素的影响，这便导致金属结构整体受力情况发生了极大的转变，同时随之发生改变的还有结构的内应力分布情况与固有的频率两个方面，这也递增了结构的疲劳失效和结构振动响应之间的关系，在动态荷载影响之下，其局部模态和荷载会产生一定的作用力，受到破坏起因在局部振动和应力集中两种因素之间的共同作用，被破坏的部分通常是局部振动中应变较大并且具有一定缺陷的部分［2］。受到振动疲劳破坏复杂性的影响，仅应用静态疲劳的方法对故障进行处理，很难达到预期评估中可靠性和安全性的标准要求。为此，在振动故障评估中需要将金属结构振动方面的研究融入到其中，从而为其安全性与可靠性的提升奠定坚实的基础。

故障机理主要指在理论或者大量的试验中分析得出，可把设备故障状态信号、设备系统参数规律反应，具体体现如下：

第一，把研究对象物理特点当成基础，构建数学力模型，之后用仿真手法，获和响应特点；

第二，需要和实验数据修正模型相给，以此获和某个故障表象，在反复研究中，故障机理及故障特点研究是最有效的，同时也是机构故障诊断技术的重要基础。因此，在起重机金属结构中，造成振动失效、故障机理研究不足，其原因如下：很多大型起重机设备故障机理的研究通常会涉及到很多方面的数学与力学等知识，这便增加了模型建立的难度；另外，故障机理研究，要有存在一定实验数据作为保障，明确模型简化合理、故障模拟列典型、测试数据更可靠，工程构建的首要任务。

（2）在振动故障诊断方面所应用的方法存在着一定的缺陷。在评估起重机金属结构服役安全方面，相关工作人员首先应该重视对各种信号的检查与分析，之后对信号中存在的各种也正信息给予相应的提取操作，最终获得故障相关信息，从而使得故障诊断工作能够更好的实施。在信号分解期间，需要灵活的运用和特征波形相匹配的基函数，从而能够对信号进行更好的处理，并且将故障特征提取出来，最终实现故障诊断的目标。

（3）智能诊断系统欠缺完善性。立足于长远利益，建立相应智能故障诊断系统是构建金属结构安全性评价体系的核心所在。建立智能诊断系统过程中，需要根据不同类型的智能诊断方法确定最终诊断方案［3］，从而将各自存在的优点凸显出来，但是也有不足之处表现出来。

例如，专家系统诊断技术方面还存在知识获取方面的问题，没有全面的、系统的诊断知识，尽管当前拥有较多的可选择的人工智能诊断方法，但是应用智能方法通常需要特定的条件与认为设定的参数。为此，对振动故障进行智能化的诊断，还需要相关工作人员不断的探索研究。

2　故障诊断的措施研究

要保证故障诊断更加有效，便需要做到以下几点。

2.1重视金属结构振动测试工作的实施

对于整体结构来说，振动研究对系统动态特性参数测试，例如测定固有的频率、测定阻尼比以及振型等［4］。解析分析法与试验分析法结合模态分析，计数主要结合模态测试优化技术理论及结构强度测试的实验等，先构建结构有限元模型来进行计算，把有限无模态参数计算后，通过结构有限模态参数，对结构模态实验具体操作，展开有关优化、研究，以此提升模态实验所得到的结构模态参数、精度及可靠性。通过实验分析法运用，对比现场所得到的模态及解析分析法模态，从而有效的识别结构的损伤状况，对于可能存在的故障隐患查找出来，并学者可靠的解决措施给予解决。

2.2提升起重机故障诊断研究力度

对起重机振动故障分析的过程中，相关工作人员需要应用层次分析法进行研究与分析，该方法将起重机械安全性评估分成了几个重要层次，如单构件影响以及子系统等层次。为此，振动故障的诊断可以立足于两个方面。一方面实现由单故障研究到群故障研究的目标。通过起重机主金属结构、起重机主金属结构、损坏等，常是同个时间段出现，少数也存在前后联级情况，以其振动的信号主要为故障特征信号的相互之间耦合的一种产物。因此，实现单一故障研究到群故障研究的目标将成为突破性的工作。

另一方面，实现零部件故障研究至整机系统故障研究的目标。起重机械零部件振动故障诊断，需要对于关键的零部件诊断、明确，这种诊断方式仅仅能够诊断出诱发性古筝，无法根治整个机械系统的故障隐患，为此对整机系统故障的研究是不可缺少的重要工作。

3　总结

如今，起重机已经成为很多大型工程施工中不可缺少的重要设备，可是实际应用中常常出现故障，给正常的施工带来消极的影响。为此，对起重机械金属结构振动和故障振动工作的实施是不可缺少的。研究表明，导致起重机械金属结构振动失效与故障诊断中出现问题的原因有很多，例如：振动失效与故障机理研究方面存在着极大的不足、在振动故障诊断方面的方法不足等等，如果这些问题不能及时的采取有效的措施解决，那么必将给整个机械正常的运行带来影响，更加会影响施工的效率。为此，相关工作人员还需要不断的探索与研究，确保能够应用更加有效、全面的智能诊断系统诊断其中的故障，最终实现提升其运行效率的目标。

［1］ 呙中睴，王伟雄，陈健，等.起重机械金属结构振动与故障诊断的研究［J］.起重运输机械，2013，（12）：6～11.

［2］ 桂玉.起重机械金属结构振动与故障诊断思考［J］.大科技，2015，（23）：191～230.

［3］ 谢小鹏，王东辉，黄国健，等.起重机械结构健康监测关键技术研究［J］.起重运输机械，2013，（8）：69～73.

［4］ 黄祥声.港口起重机械金属结构寿命评估［J］.价值工程，2010，29（18）：218～218.

TH215

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1671-0711（2016）08（下）-0030-02