塔式起重机的工况监测与故障诊断

◎马铭泽

塔式起重机的工况监测与故障诊断

◎马铭泽

工况监测与故障诊断是塔式起重机施工安全的重要影响因素之一。文章主要通过介绍塔式起重机工程监测以及故障诊断技术的应用状况，从而探讨塔式起重机的振动监测方法、无损检测方法以及温度监测方法，并且针对具体的故障诊断方法分类概述。

塔式起重机作为城市建筑施工中不可缺少的运输设备，在施工中的作用比较突出，不仅能够加快工程的施工进度，同时还能够缩短工期，降低工程的施工成本。但是由于这种起重机往往在较为恶劣的条件下施工，并且起重机的结构复杂，重心高，起重量大，起动和制动频繁，从而导致机器在施工过程中极易发生故障，轻者会使得系统的性能下降，严重的情况下会给人们的生命财产安全造成威胁。所以，需要加强对塔式起重机的工况监测，对机器故障进行诊断，以此提升起重机系统的安全性以及可靠性。

塔式起重机的工况监测方法

振动监测法。振动监测法就是通过对振动信号的采集以及分析，从中提取信号特征，根据信号特征来识别设备出现的故障类型。这种监测方法在旋转机械的故障诊断中使用比较普遍。塔式起重机的机械系统比较复杂，其运动机构包括两个方面的内容，既有旋转运动机构，同时又有往复运动机构，由于往复运动机构的振动频率较低，噪声干扰较大，利用传统的机械分析方法很难对其内部状况进行分析。随着信号处理技术的发展，促进了振动监测在往复运动机构领域中的应用。可以通过对振动信号的分析，从中提取特征量进行故障诊断，采用单通道的信息往往无法正确的反映设备的具体运行状况，为了获取更全面的设备运行状态，在振动监测中加入了全信息融合理论，这种监测理论就是利用描点法画出特征频率下的轴心轨迹，然后用合成的椭圆刻划不同频率分量下转子的振动行为。这种方法能够将机械观察的角度进行扩展，能更加直观的反映出机械的故障。

温度检测法。温度是设备运行状态的主要指标，塔式起重机的许多故障都是由热度异常引起的，因此可以通过温度监测法判断设备是否出现故障。目前采用的温度监测方法主要有两种，一种是红外测温法，还有一种是光纤测温法。其中红外测温法是当前温度检测中使用最为普遍的一种方法，也是技术最成熟的一种测温方法。这种检测方法主要是通过探测设备的红外辐射信号获取设备的热状态，具有较高的检测效率。但是这种检测方法的不足之处在于容易受到环境的干扰，无法获取机械内部结构的温度。光纤检测法主要是利用激光在光纤中传输产生的信号反射原理获取空间温度分析信息，进而检测光纤所处的环境的温度变化。这种方法抗干扰能力了较强，适用于大范围的测量场合。

无损检测法。无损检测顾名思义就是对设备进行非破坏性的检测，从而发现设备表面以及内部缺陷的一种技术。塔式起重机的结构为金属结构，在受到较大载荷的情况下，其内部的金属结构就会出现变形，这种潜在的隐患很可能导致重大事故的发生。采用无损检测法可以发现起重机内部的损害，并且及时进行修理。

塔式起重机的故障诊断方法

解析模型下的故障诊断法。基于解析模型下的故障诊断主要包括三种诊断方法，有状态估计法、等价空间法以及参数估计法三种。主要利用这些方法来建立一种区域映射的精确数学模型，其映射范围主要是从征兆域向故障域映射。由于塔式起重机是一种比较复杂的机械设备，通过解析模型法对故障进行诊断有较大的难度。

模式识别下的故障诊断法。识别模式是针对不同的故障类型就会产生不同的故障特征，然后通过对设备的故障状态与故障特征进行匹配，从而识别设备出现的故障类型。这种故障识别方法在系统比较复杂，诊断模型未知的情况下适用性较强。

其他故障诊断法。比较典型的塔式起重机故障诊断法还有神经网络法、模糊理论法、专家系统法等，其中神经网络法的主要诊断原理是利用大量神经元组成的并行分布结构的信息处理网络，对非线性系统进行模拟，这种故障处理方法的优势就是具有自适应性，但是其缺陷主要是知识解释困难，难以建立有效的规则体系。模糊理论法是利用模糊规则以及模糊推理方式在故障与征兆之间建立一种关系，利用矩阵求解的方式推出故障向量，从而得到具体的诊断结果，这种故障诊断的优势在于可以利用专家的经验知识来处理不确定的信息，但是缺点在于当测量值增多时，测量准确性就会降低。

塔式起重机工况监测及故障诊断的发展趋势

随着计算机技术的发展，塔式起重机的工况监测以及故障诊断开始朝着一体化和智能化的方向发展，主要表现为系统发展的一体化以及软件的智能化。

由于塔式起重机事故频发，需要对起重机实时进行监测，让操作人员能够随时知道起重机的运行状况，从而避免操作过程中出现失误。塔式起重机在启动过程中会受到较大的冲击，使得零件受到磨损，因此，需要加强对起重机动作的控制，增强起重机的柔韧性使其更为平衡。又因为塔式起重机的结构复杂，容易发生故障，所以需要建立故障诊断系统方便及时发现起重机存在的故障。因此，今后塔式起重机的发展将会向着安全监测、故障诊断一体化的方向发展，可以更好地增强系统的可靠性和安全性。受到计算机智能诊断技术发展的影响，塔式起重机工况监测以及故障诊断系统也开始向着智能化的方向发展。

塔式起重机通常是在高空作业，这种作业方式危险性比较大，因此对于起重机的安全要求自然也相对较高，对起重机运行的可靠性要求也比较高。如果机械出现故障的频率高，关键时刻就会导致机械操作失灵，增加事故发生的频率。因此，对于起重机的工况监测和故障诊断是保障起重机安全运行的基础。在施工监测中，可以采用振动监测法、温度检测法以及无损检测法对塔式起重机的工况进行监测，最后可以借助于计算机实施神经网络检测法来诊断机械故障，确保机械在有保障的情况下作业，提高高空作业的安全性。

（作者单位： 辽宁省营口市特种设备监督检验所）