起重机金属结构故障诊断研究

摘要：港口门座起重机是货物装卸作业的重要设备，尤其是现在港口装卸作业规模不断扩大，生产更为繁重的背景下，门座起重机运行效率在根本上决定了整个工作实施效率。基于门座起重机运行安全性和可靠性，需要基于其结构特点，对常见金属结构故障进行分析，确定各类问题发生原因，并有针对性的采取措施，做好技术结构状态检测，提高故障诊断有效性，争取从根本上消除所存问题，文章就此方面进行了简要分析。

关键词：港口作业；门座起重机；金属结构

面对港口装卸作业日益增多的情况，需要结合其所具有的特点，对金属结构常见故障进行分析，根据故障表现形式，做好故障诊断作业，作为设备维护管理作业实施的依据。尤其是长时间服役的门座起重机，运行安全性和可靠性不能完全达到专业要求，想要充分发挥其所具有的使用价值，需要对其工况进行检测，根据设备运行状态来采取相应措施，及时消除所存故障隐患，减少运行问题的发生。

1港口门座起重机结构特点

港口门座起重机现在多被用于海港和内河港口通用码头船舶与车辆的装卸、转载作业，其运行状态在根本上影响了港口装卸作业效率。设备主要包括金属结构、机构与电气系统三部分，其中金属结构包括了平衡系统、臂架系统、人字架、回转平台、均衡梁、司机室以及机器房等。机构包括变幅、起升、回转以及运行四种；电气系统则包括电器、供电以及电气控制等。以目前港口常用圆筒型门座起重机为例，其为刚性拉杆四连杆式组合臂架系统，利用铰轴来连接象鼻梁、刚性拉杆与臂架三部分，并与起重机机架组成四连杆机构，这样便可以在变幅过程中实现货物的水平移动，通过杠杆和活动对重来保证臂架系统的自重平衡[1]。另外，此类型门座起重机选择用圆筒型回转支撑装置，且平衡系统、臂架系统、人字架、司机室和机器房等全部安装在转台上，圆筒型门架顶部为刚性良好的圆环形法兰盘，并在上面安装回转大轴承，且门架上部回转部分能够相对门架进行360°回转运动。

2港口门座起重机金属结构常见故障与原因

2.1金属结构故障分析

港口门座起重机金属结构常见故障主要为各构件的磨损和损坏，如吊钩、滑轮、卷筒损坏，齿轮、轴、轴承损坏等。门座起重机为港口货物装卸作业实施的重要设备，如果其在运行过程中出现故障，不仅仅会影响装卸作业实施效率，情况严重的甚至会出现安全事故。而各类运行问题出现的主要原因，是设备自身所带的故障隐患，再加上操作人员的违章操作，想要减少各类故障的发生，需要从三个方面同时着手，即机械故障诊断、确定故障原因以及制定预防措施。

2.2金属结构故障原因

2.2.1卷筒。卷筒为门座起重机重要受力部件之一，长期使用状态下会使得桶壁逐渐变薄，如果不及时采取措施，很容易出现孔洞甚至断裂问题。作业时卷筒与钢丝绳间接触产生摩擦和挤压，桶壁磨损程度加大，当达到一定程度后，会因为承受不住钢丝绳提起货物的压力，致使桶壁出现裂纹以及断裂。对此类故障进行分析，需要保证所用卷筒质量均达到国家专业标准，且当卷筒桶壁磨损到原来20%时，以及出现裂纹后，需要及时更换新的。另外，日常作业时还要做好钢丝绳与卷筒的，减少作业时对桶壁的磨损。2.2.2减速器齿轮。减速器为门座起重机重要传动部件，需要通过齿轮啮合来达到传递扭矩的目的，需要选择合适的传动比将电动机高转速调到所需要的转速。在扭矩传递过程中，齿轮经常会出现各类问题，例如齿面点蚀、齿面磨损、齿面胶合、轮齿折断等。出现此类问题的主要原因是齿面光滑度较低，存在凸起点造成应力集中，或者是所选油清洁度较低。以及在作业时温度太高，降低效果。如果有灰尘或者硬颗粒进入到减速器内，也会加速齿面的磨损。另外，起重机短时间内过载，需要承受较大冲击荷载，多次反复弯曲后因疲劳强度过大而折断。2.2.3制动器。制动器是影响门座起重机安全的核心构件，可以及时停车避免悬吊的货物下落，因此要保证制动器可以可靠与稳定运行。就作业现状来看，起重机经常会出现制动力不足、制动器失灵以及制动轮温度过高等问题，导致制动器无法正常张开。出现此类故障的主要原因是主弹簧太松，弹力达不到作业要求，以及液压推动器内的叶轮旋转灵活性太差。同时还存在部分情况锁紧螺母松动，拉杆松脱，在起重机运行时使得制动失误。主弹簧完全失效，无法提供恢复弹力，或者是主要零件损坏，导致制动器无法正常运行。

3港口门座起重机故障诊断方法

3.1专家系统故障诊断

专家系统故障诊断方法的应用，主要是基于多位专家总结的专业知识，结合故障表现形式，对症状进行观察和分析，推断出故障所在位置，并得出有效的处理方法。专家系统故障诊断方法主要用于随机发生的故障诊断，主要包括专家库、推理机、知识获取模块与解释界面四部分，有计算机采集门座起重机故障信息，综合运用专家经验，进行一系列推理，必要时还可随时调用各种应用程序，并且在运行过程中向用户索取必要信息后，快速准确的查找所存故障隐患以及故障问题，最终由设备操作人员进行确认。

3.2模糊故障诊断

应用模糊故障诊断方法确定港口门座起重机所存运行隐患，主要及时基于模糊式识别诊断方法、基于模糊模型诊断方法、基于模糊推理诊断方法等，确定设备所存故障隐患。其中，引入模糊逻辑主要是要克服因为诊断过程所存不确定性和不精确性问题，在对复杂系统进行处理时，时变、大时滞、非线性等方面均具有较大的优势。但是应用此种方法对门座起重机故障进行诊断时，因为起重机金属结构的复杂程度比较高，且各部分间有着密切联系，整个诊断过程需要面对较大的困难，建立正确的模糊规则和铝隶属函数难度高，并且想要得到精度高的诊断结果，往往需要花费大量的时间，需要根据实际情况来选择。

3.3神经网络故障诊断

将门座起重机故障特征信号作为神经网络输入，并将诊断结果作为神经网络输出。应用此种方法对门座起重机故障进行诊断时，需要利用已有故障征兆和诊断结果对神经网络进行离线训练，使得神经网络可以通过权值记忆故障征兆与诊断结果间产生对应关系，并将所得故障征兆加入到神经网络输入端。然后通过训练后神经网络完成故障诊断，得到最终诊断结果。

4结束语

以提高门座起重机运行安全性和可靠性为目的，对常见金属结构故障进行有效诊断，根据诊断结果确定问题原因，采取对应措施进行处理，从根本上将设备维持在最佳运行状态。

参考文献

[1]唐方雄.港口门式起重机RCM分析及其应用研究[D].武汉工程大学，2015.

作者：曾涛 单位：曹妃甸港集团股份有限公司