01 應(yīng)用背景

起重機(jī)作為工業(yè)生產(chǎn)中不可或缺的重要機(jī)械設(shè)備，承擔(dān)起吊、搬運(yùn)和安裝等重任，但限于實(shí)際使用環(huán)境的復(fù)雜性和漫長的使用周期，往往因各種因素降低了設(shè)備的安全性和可靠性，極端情況下可能導(dǎo)致嚴(yán)重的安全事故，對設(shè)備本身及作業(yè)人員安全構(gòu)成巨大威脅，并造成重大的經(jīng)濟(jì)損失。具體而言，起重機(jī)常見的故障問題包括電氣系統(tǒng)問題、機(jī)械部件損壞、載重超負(fù)荷以及因忽視定期維護(hù)和保養(yǎng)而導(dǎo)致的設(shè)備性能衰退和老化。

針對以上問題，亟需針對該設(shè)備特點(diǎn)研發(fā)一套機(jī)械設(shè)備的狀態(tài)監(jiān)測與安全性評估系統(tǒng)，以便實(shí)時(shí)監(jiān)測起重機(jī)的運(yùn)行狀態(tài)，增強(qiáng)設(shè)備運(yùn)行的安全性與可靠性。

02 應(yīng)用方案

本方案依托溫振復(fù)合傳感器VBL30的簡易部署優(yōu)勢，通過在行車走行部軸承端蓋上安裝溫振復(fù)合傳感器，牽引電機(jī)上安裝轉(zhuǎn)速傳感器，采集走行部軸承的振動(dòng)／溫度數(shù)據(jù)和牽引電機(jī)的轉(zhuǎn)速數(shù)據(jù)，通過4G傳輸?shù)皆贫朔?wù)器，最終利用系統(tǒng)搭載的自主智能診斷模塊對軸承數(shù)據(jù)進(jìn)行診斷分析和健康管理。現(xiàn)場安裝方案如圖2-1所示。

圖2-1 監(jiān)測方案示意

圖2-2 硬件參數(shù)、特點(diǎn)介紹

03 自診斷預(yù)警

2024年4~5月，行車軸承在線監(jiān)測和健康管理系統(tǒng)陸續(xù)上報(bào)告警信息，提示A行車區(qū)域的6#、8#測點(diǎn)監(jiān)測對應(yīng)的軸承狀態(tài)存在異常，報(bào)警類型為：振動(dòng)特征參量異常。溫振傳感器測點(diǎn)位置如圖3-1所示，健康管理系統(tǒng)也給出了報(bào)警結(jié)論，見圖3-2。

圖3-1 設(shè)備概況與測試布置示意

圖3-2 自診斷結(jié)果界面

04 分析師復(fù)核

4.1 6#測點(diǎn)數(shù)據(jù)分析

如圖4-1（a）和圖4-1（b）所示分別為6#測點(diǎn)在4月6日和5月11日的振動(dòng)加速度信號頻域結(jié)果。由圖可知，6#測點(diǎn)軸承振動(dòng)信號的加速度頻譜圖上始終存在頻率約為450Hz的1倍、2倍（約為900Hz）諧頻的能量簇。根據(jù)以往經(jīng)驗(yàn)并結(jié)合特征值趨勢可知，該測點(diǎn)疑似存在磨損缺陷，結(jié)合圖2特征值趨勢可知，5月11日的特征值幅值相較于4月6日明顯增大，且出現(xiàn)：異常特征值頻次增多、異常值呈現(xiàn)高度聚類特性，建議進(jìn)行重點(diǎn)檢查。

（a）4月6日

（b）5月11日

圖4-1 6#測點(diǎn)信號的頻域結(jié)果

（a）4月6日

（b）5月11日

圖4-2 6#測點(diǎn)信號的振動(dòng)特征值變化趨勢

4.2 8#測點(diǎn)數(shù)據(jù)分析

如圖4-3所示為8#測點(diǎn)在4月6日的振動(dòng)加速度信號頻域結(jié)果。由圖可知，與6#測點(diǎn)類似、8#測點(diǎn)軸承振動(dòng)信號的加速度頻譜上存在頻率f約為453.6Hz、600Hz以及905Hz的能量集簇。根據(jù)以往經(jīng)驗(yàn)并結(jié)合特征值趨勢可知，該測點(diǎn)疑似存在磨損缺陷，但相較于6#測點(diǎn)、缺陷的劣化程度較小，但同樣建議進(jìn)行維護(hù)。

圖4-3 4月6日 8#測點(diǎn)信號的頻域結(jié)果

05 檢修驗(yàn)證

如圖5-1（a）所示，經(jīng)運(yùn)維人員拆卸檢修后發(fā)現(xiàn)6#測點(diǎn)軸承存在內(nèi)圈故障，內(nèi)圈出現(xiàn)磨損及損傷、導(dǎo)致邊緣部分出現(xiàn)翻卷。若未得到及時(shí)處理，該故障會(huì)進(jìn)一步導(dǎo)致軸承完全失效，甚至引起更嚴(yán)重的設(shè)備故障。如圖5-1（b）所示為8#測點(diǎn)軸承的現(xiàn)場拆解示意，由圖可知，該軸承同樣出現(xiàn)了異常，軸承表面存在磨損且在外圈部分發(fā)現(xiàn)鐵屑，若未得到及時(shí)處理，該缺陷會(huì)持續(xù)影響軸承的潤滑狀態(tài)，進(jìn)一步加劇磨損。

（a）6#測點(diǎn)對應(yīng)軸承

（b）8#測點(diǎn)對應(yīng)軸承

圖5-1 6#和8#測點(diǎn)軸承現(xiàn)場拆解情況

06 客戶價(jià)值

基于本方案針對行車軸承進(jìn)行實(shí)時(shí)狀態(tài)監(jiān)測，可實(shí)現(xiàn)被檢測設(shè)備早期缺陷的有效預(yù)警與劣化程度的精準(zhǔn)感知，進(jìn)而構(gòu)筑被監(jiān)測對象完整的設(shè)備健康度評價(jià)體系。