塔式起重机故障诊断分析与监测

摘要：本文首先介绍了塔式起重机常见的故障，包括电气系统、起升机构、回转机构以及变幅机构等，并详细介绍了塔式起重机状态参数的检测方法以及力矩测量的必要性等。

关键词：塔式起重机；故障；诊断；监测

1 前言

随着经济的发展，塔式起重机的应用越来越广泛，为了使塔式起重机能够更好的服务于生产，不定期的对塔式起重机进行故障诊断分析与检测是十分重要的，但是塔式起重机的故障分析并不是由一种原因造成的，可能是由于一种或者多种原因造成，因此，对塔式起重机的故障诊断与检测，必须要从多方面考虑，才能更加有效的对设备进行正确诊断[1]。

对于人体的故障诊断，需要询问病人的病史、诊脉以及对心电图进行测试等，根据测试得到的数据，再次进行综合分析才能得出正确的病因，从而制定只治疗的方案，同样，对于塔式起重机的故障诊断，也要根据机械的固有特性，在机械的稳态数据、瞬态数据以及过程参数和运行状态等信息的基础上，通过分析和数据处理提取机械特有的故障症兆及故障敏感参数等，经过综合分析判断，才能确定故障原因，做出符合实际的诊断结论。

2 塔式起重机常见故障分析

在使用塔式其中机器的过程中，根据以往的经验，对塔式起重机的故障做一些记录和总结，可以得出，塔式起重机经常出现故障的部位为电气系统、回转、起升以及小车的变幅机构，也有外部环境等因素。

电气系统的故障

塔式起重机的电气系统一般是由于控制箱中的交流接触器、驱动电机系统、电阻箱中的串联电阻以及联动线路等部分组成，当塔式起重机在正常工作状态下运行时，电阻箱中的电阻大部分时间均投入正常运行，从而使电阻组产生大量的热量。在高温环境中，无论是电阻本身还是电阻连接端子均易变质。在这种情况下塔机重载工作或长时间工作必然导致电机损坏等故障[2]。

通常情况下，由于塔式起重机远离电源变压器，或者在专用供线路上装有其它较大功率的用电器等，由于塔式起重机是全电压起动以及主电机的功率一般较大，使得电源的电压在瞬间降低，电源电压的降低值一般大于额定值的10%，从而造成电气系统的损坏。

（2）起升机构故障

由于主电机方面的原因，导致电机输出力矩不平衡，从而在减速机齿轮副啮合过程中产生较大的冲击力。齿轮副齿轮压紧螺母松脱导致齿轮啮合错位或者轴承损坏，电机主轴与减速机连接轴同轴度误差超差、连接销轴损坏等方面的原因，也将引起齿轮啮合不好或阻力过大并产生噪声，在这种情况下塔机长时间工作也将导致电机损坏等故障。

（3）回转机构故障

摆线针轮减速器底座固定螺栓松动、机壳损坏，由于不良使摆线针轮减速器内部元件损坏，电机与减速器连接部件故障使电机损坏等。这通常是由于回转启动或停止时回转惯性力作用；操作人员违章操作或误操作，在塔机正回转时急打反转造成冲击扭矩过大；摆线针轮减速器油不足或其它原因引起不良等。

（4）变幅机构故障

变幅机构起重小车钢丝绳卷筒绕绳方式有种，一种是正反双向钢丝绳绕法，另一种是单方向丝绳绕法。钢丝绳单向绕法常出现小车不走而其正常的故障。产生原因是钢丝绳松，这时拧动螺拉紧钢丝绳即可。

3 塔式起重机状态参数监测方法

塔式起重机的安全按至关重要，因此需要对塔式起重机的参数进行检测，实现更加人性化的安全保障[3]。

起重量的监测

通过利用轴销电阻应变片式传感器时刻检测钢丝绳的张紧力变化，轴销式传感器是专门用来测量钢丝绳张力或者滑轮、轴承等一些构件径向载荷的传感器，销定轴式传感器既能安装咋机构中作径向力的测量，还可以代替定滑轮原有轴的作用，起到称重测力传感器的作用，从而使机械部件的传动系统大大的简化，起升钢丝绳通过绕过几个定滑轮，在每个定滑轮上产生一定的合力。

（2）变幅小车位置及速度的监测

在变幅小车处装有增量式光电编码器，来判断编码器的反转和正转，在变幅小车上实现的动作是后退或者前进，用编码器的角位移代替钢丝绳的线位移，变幅小车位置采用增量式光电编码器，先后判断编码器的正转或反转。反映在变幅小车的动作上即是前进或后退，即将钢丝绳的线位移转换为编码器的角位移。行程脉冲信号由变幅小车行程编码器获得，单位时间的脉冲计数即可得到小车行走速度。

回转角度及速度的监测

大齿圈的转动速度决定了回转速度，通过测量小齿轮速度来提高测量的精度，必须保证塔式起重机的回转部分在非回转状态下可以自由的旋转，也就是所谓的随风转状态，此时所有的电气系统与设备均处于停机的状态，并不能测出塔式起重机的回转角度，为此利用旋转可调电位器轴安装齿轮与小齿啮合，系统上电，由PLC模拟量单元获得当前电位器分得电压输入，利用电压与角度的数值对应关系，即可由电位器的分压值电压得到当前的工作角度。

4 力矩测量的必要性

为了详细地、准确地反映塔机的实时工作状态，为塔机司机作业提供良好的

运行信息，从而实现主动式的，具有一定预警能力及动态范围的塔机自动安全监控系统，必须掌握塔机详尽的工作参数。但从实际的角度出发，应用中完全使用这些参数是不现实的，塔式起重机的运行具有几个关键参数：吊钩高度、速度信息、小车变幅、塔机转角、转速信息，特别重要的是与起重量信息密切相关的起重力矩信息[4]。

塔式起重机有一个很重要的安全保护装置即力矩限制器，有效防止塔式起重机由于超力矩而引起的倒塔事故，在以往所用的力矩保护装置中一般用机械限位开关，但作用受到很大的局限，即只能在重力矩达到最大值的时候才能起到保护作用，存在可靠性差、精度低、重复性差、不能连续直观显示起重力矩值等缺点，因此驾驶员在驾驶过程中不了解塔机起重力矩的具体状况。为了进一步提高塔机的安全性能、减轻劳动强度、提高劳动效率，增加起重力矩在线监测显示装置成为必要，因此，找出实时准确测量起重力矩方法的研究就成了在线监测的关键。

5 结论

本文根据现场经验，对塔式起重机的故障分析做了全面描述，并介绍了塔式起重机参数的监测方法以及力矩测量的必要性，对现场的故障诊断与检测有重要意义。

参考文献：

[1]张育林,李东旭.动态系统故障诊断理论与应用.长沙:国防科技大学出版社,1997.12 14

[2]王海清,宋执环,李平.改进PCA及其在过程监控与故障诊断中的应用.化工学报,2001,52(6):26