QD20/5-13.5 桥式起重机机械故障及监控系统的研究

2020-05-21秦晋华许桂仙

机械管理开发 2020年3期

秦晋华，许桂仙

（同煤集团同家梁矿，山西大同 037000）

引言

桥式起重机作为工业领域中非常重要的机械设备，其运行的可靠性会对企业生产效率甚至安全性造成直接影响。由于桥式起重机机械结构的复杂性，再加上服役环境的复杂性，使其在使用过程中经常出现各种机械故障[1，2]。如何保证桥式起重机的正常安全稳定运行以保障其生产效率是使用者面临的重要问题[3]。

1 桥式起重机构成与分类

企业主要利用桥式起重机完成较重物料的装载、卸料、运输等工作，在很多工业领域都得到了广泛应用。桥式起重机主要由四大部分构成，分别如下[4-5]：大车结构。具有四个车轮，在电机驱动下沿纵向方向运输物料；小车结构。具有两个车轮，在电机驱动下沿横向方向运输物料；升降结构。升降结构完成物料在竖直方向运动，保证物料正常运输；电气系统。除上述主要机械装置外，桥式起重机还需配备相应电气设备才能完成相关工作，比如配电室和控制室等。

根据应用领域不同可以将桥式起重机划分成为很多种类型，常见的有两用桥式起重机、吊钩式起重机、抓斗式起重机等[6]。本文以QD20/5-13.5 桥式起重机为例介绍其常见故障类型，其它类型起重机具有相通之处。

2 桥式起重机常见机械故障

2.1 制动器故障

制动器无法打开、刹车不灵和制动轴瓦发热等都是常见的制动器故障类型。制动器无法打开的原因主要有制动螺杆和传动系统破坏；刹车不灵的原因包括制动轮表面不清洁或出现不正常磨损、力矩调整不合适等；制动轮与瓦衬之间间隙太小正常运行时发生摩擦、表面过于粗糙等原因引发制动轴瓦发热问题。

2.2 减速器故障

漏油和振动异常是减速器的两种常见故障。减速器由于设计原因没有设计通气孔或者尺寸偏小，两个箱体内部压力失去平衡最终引发漏油问题，生产制作精度不高、密封不好也会出现漏油现象；减速器齿轮异常磨损、主要结构件刚性不足、传动轴与电机输出轴不同心、减速器未牢靠固定都可能造成异常振动问题。

2.3 升吊设备故障

第一为钢丝绳跑槽。钢丝绳超负荷工作磨损严重、吊装方式不对、受力不均衡等可能导致钢丝绳跑槽，严重时会导致钢丝绳断裂。第二为溜钩，即吊装物料过程中物料发生坠落。制动器系统失效是导致该问题的主要原因。第三，卷筒故障。由于长时间重载荷运行使得卷筒发生严重磨损，在磨损位置厚度变薄最终破裂，使得卷筒强度降低无法满足使用需要。第四为过卷现象。控制元件和极限开关等不正常工作、抱闸松动等可能引发过卷问题，最终导致钢丝绳撕断。

2.4 车轮啃轨故障

大车车轮与轨道之间发生不正常磨损，即所谓的车轮啃轨。大车轮磨损程度不一导致车轮直径存在差异，在工作时运行速度不同导致车轮与轨道发生磨损，车轮和轨道的制作和安装精度不够，轨道在长时间重载荷作用下发生变形，电机驱动速度不同等会导致车轮啃轨问题。

3 桥式起重机常见机械故障的预防措施

3.1 制动器故障的预防措施

对于不同故障类型需采取不同的应对策略。如果是制动器无法打开，可对主弹簧进行修复或直接更换；对传动系统和制动螺杆进行仔细检查，排除卡塞问题；若发现零部件损坏则直接更换。如果是刹车不灵，对制动轮表面进行清洁，对磨损严重的制动瓦衬进行更换，对损坏的主弹簧进行更换，确保制动力矩能够满足实际需要。如果是制动瓦衬发热，则需要对瓦衬与制动轮之间的间距进行调整使之不至于在正常工作时发生摩擦而生热。

3.2 减速器故障的预防措施

合理设计减速器结构，结合实际情况开设通气孔并保证孔的尺寸满足要求，检查各密封位置的密封性，如果发现存在漏油问题应该马上停止工作进行检查维护。安装传感器实时监测减速器的振动问题，尤其是齿轮的振动问题，如果发现振动异常则需要马上停机检修。另外，要保证减速器制作材料的刚性满足要求并按照标准规范进行安装牢固。

3.3 升吊设备故障的预防措施

如果是跑槽问题，则需要先拆卸轮盘外壳，并打钩降落到地面钢丝绳放松后再将钢丝绳恢复。如果是溜钩问题，对磨损严重的制动器进行更换，将螺丝调整到合适位置。如果是卷筒故障，需要加强日常维护检修，强化润滑以降低磨损，若发现滚筒表面磨损严重要及时更换。可以装置报警装置以防止过卷问题，当吊钩组上升至极限位置时就会自动激发报警装置提醒工作人员。

3.4 车轮啃轨故障的预防措施

可从下面几个角度检查排除故障。第一为桥架结构，对桥架的位置进行严格检测，纠正偏差使之满足技术要求；第二为传动系统，检测传动系统各结构件间的间隙，如果发现存在不满足要求的地方进行调整，对电机转速进行严格控制使之同步；第三为车轮，更为车轮保证它们具有相同的直径，同时严格控制安装精度；第四为轨道，确保轨道表面的清洁，不得存在杂物，同时保证轨道的位置精度满足要求。从上述几个方面着手能够很好地缓解甚至解决车轮啃轨问题。

4 监控系统方案的设计

本文设计的监控系统分为两大块内容，分别为数据信息采集传输系统和远程监控系统。起重机相关的机械故障被采集并传输到数据库中，经分析处理后可通过浏览器进行查看。

4.1 监控系统总体方案的设计

本监控系统具有下述功能：通过传感器采集桥式起重机相关信息数据，如横梁应力、减速器主轴振动情况等；对采集到的数据信息进行简单处理并输送至数据库进行保存；分析处理各类信号数据，并传输至计算机；通过显示器对起重机的状态进行实时显示，诊断故障。

桥式起重机由很多机械零部件构成，因此机械故障类型很多，故障监控系统需要采集处理的数据类型也多。不同类型故障需要采用不同的信号采集方式，对于相同类型的故障可以通过相同的信号检测方式，对采集到的信号进行统一储存。如图1 所示为故障监控系统总体方案逻辑图。

图1 故障监控系统方案逻辑图

4.2 远程监控系统方案的设计

传统的故障诊断方法效率低，将传统的机械设备状态监测、故障诊断方法与先进的计算机网络技术进行有机融合，这种基于互联网技术的远程监控与故障诊断系统工作效率要高很多，能够快速预警起重机的各种故障问题并给出对应预防措施，当前这项技术已经得到了广泛关注和应用。其优势表现如下：远程状态监测不需要安排专门人员现场测量，系统利用传感器进行测量并将结果传输至服务器中，通过设备进行直接访问数据，并分析结果；采集得到的数据进行储存后便于分享，可将采集到的数据分享给科研机构进行研究，将研究结果应用到提升设备性能上来；提升桥式起重机作业效率的同时保证了施工人员的安全；通过先进的互联网技术能够确保故障诊断的水平。

本文通过Web 技术来搭建远程监控系统，其中服务器、数据库以及浏览器是三大最为重要的构成部分，系统设计就是需要实现它们之间的通信。如图2 所示为CGI 访问数据库基本原理框图。其中CGI为网关接口，储存在Web 服务器内，通过CGI 实现HTML 页面与Web 服务器之间的连接。如果用户需要查看数据信息，则可以通过浏览器将请求指令传输到CGI 中，CGI 对请求信息进行分析处理后从数据库服务器中调取数据并通过浏览器反馈给用户。通过这样的模式实现信息通信。

图2 CGI 访问数据库基本原理框图

4.3 监控系统的应用效果

监控系统设计完成后在某企业对QD20/5-13.5桥式起重机进行现场调试，调试阶段企业正常生产，为期两个月的调试中起重机除了发生过几次由于工人操作导致的故障外，没有发生由于设备自身原因导致的故障，可见本文设计的监控系统能够满足实际需要。以减速器齿轮为例，从图3 中可以看出当齿轮处于不同状态时对应不同波形。通过本文设计的监控系统中的浏览器监视齿轮振动波形就可以反推齿轮面临的故障问题。将桥式起重机机械故障监控系统应用到实际中可以有效预报设备故障问题，并提前做好应对措施，将各类故障隐患扼杀在萌芽阶段，保障了起重机的安全可靠使用。