震动监测在挖泥船设备故障诊断的应用

震动监测在挖泥船设备故障诊断的应用

贺少华

中交广州航道局有限公司广东广州510221

摘要：作为挖泥船的重要工作设备之一，齿轮箱的运行质量直接影响着挖泥船各项作业的正常进行。因此需要使用切实可行的方法对齿轮箱故障进行快速、精准诊断。在这一背景下，本文将结合具体案例，从简单阐明震动监测技术工作原理入手，着重围绕挖泥船齿轮箱故障诊断中震动监测的实际应用进行简要分析研究。

关键词：震动监测；挖泥船；齿轮箱；故障诊断

引言：在挖泥船齿轮箱长期运行过程中，容易出现疲劳磨损、老化等情况，加之缺乏有效的运维管理，极易导致齿轮箱出现各种运行故障，进而直接影响挖泥船的正常作业。通过采用震动监测的方式，则可以高效、精确诊断出齿轮箱的具体故障、故障原因等，帮助工作人员有针对性地及时进行改善，进而有效排除齿轮箱故障。

一、震动监测技术工作原理

在挖泥船的齿轮箱震动中，常见的震动主要包括周期震动及与之相类似的其他震动，其中最为基本的震动形式即为简谐震动。如果用x表示震动位移，用t表示震动时间，则有：

震动监测在齿轮箱故障诊断中的实际应用

（一）挖泥船概况

为有效说明齿轮箱故障诊断中震动监测的实际应用，本文选择以某挖泥船齿轮箱故障诊断案例为例。在该案例中，挖泥船的装载量为21000m3，船舶总长167.5m，为亚洲最大的耙吸挖泥船。根据现场人员反映，该挖泥船在施工过程中出现了震动过大的现象。由于船机设备比较多且结构复杂，无法判断振源位置，因此通过综合考虑，本次检测通过采集船机设备施工过程中的震动信号进行数据分析，判断振源的位置，进一步提出整改解决方案。

（二）测试设备与测点布置

根据挖泥船及其齿轮箱具体运行特点与测试要求，在此次使用震动监测对齿轮箱进行故障诊断的过程中，采用在线监测系统由4台INV3092A分布式数据采集仪、60个工业型加速度传感器、4个电涡流传感器和6个磁电转速传感器以及1台PC服务器组成，采集仪通过网线与交换机和集控室的PC服务器进行数据传输。该在线监测系统不仅可以完成对齿轮箱的震动监测，同时也可以对其他各船机设备的运行状态进行监测，并有效完成故障诊断分析。图1展示的就是在齿轮箱震动监测中所使用的监测系统结构图：

分析数据并诊断故障

1.分工况分析检测数据

在此次挖泥船齿轮箱的震动监测中，工作人员通过根据具体施工阶段将检测工况依次分成挖泥、航行（满载）、艏吹、航行（空载）四个过程，并直接利用专业的DASP智能数据采集和信号分析系统V11对采集得到的数据进行深入分析，由此了解齿轮箱具体故障情况。如在挖泥工况中，根据系统采集得到的相关数据可知，在实际挖泥过程中，挖泥控制台Z方向的震动幅值明显增大，而通过截取挖泥工况下的稳定工况的数据进行时域分析，挖泥控制台Z方向震动有效值则约为其他方向的4倍。与此同时，挖泥控制台Y方向的震动有效值均相对较大。在采用震动检测仪对各工况中设置的震动测点进行观测过程中，发现在挖泥控制台中的共振调频谱图当中明显存在频率异常带，故障频率达到195Hz并且存在谐波频率，这一意味着该位置处确实存在震动异常故障。

2.确定故障类型与原因

通过对采集得到的各项震动数据进行归纳整理，可知在挖泥工况下，Z向上的耙臂泵相关震动频率与高压冲水泵叶片震动频率分别可以达到13.62Hz与8.25Hz。而在计算查找齿轮箱故障频率时，发现在该挖泥船的齿轮一级行星头位置处出现故障频率192Hz，基本与震动检测仪中测得的故障频率相一致。而此后工作人员通过运用激光点温仪进一步检测齿轮箱一级行星头温度，测得其表面温度最高值超过100℃。即表明该挖泥船齿轮箱的一级行星头存在故障问题[2]。而后续在挖泥船停止施工作业后，工作人员通过拆解齿轮箱，确实发现其一级行星头出现严重磨损的问题，证明使用震动监测的方式确实可以有效对齿轮箱故障进行快速、精确诊断。

（三）制定处理方案

通过采用震动监测的方式，可知在该挖泥船容易出现较大震动，并且挖泥船齿轮箱的一级行星头存在震动异常的故障问题，而导致这一故障出现的主要原因为齿轮箱在长时间运行下，使得齿轮一级行星头出现较大磨损。由于工作人员并未对齿轮箱进行及时有效的运维管理，导致原本存在轻微磨损问题的齿轮一级行星头未得到及时换新，最终使得磨损问题愈发严重而影响整体齿轮箱的正常运行。因此工作人员在与挖泥船具体运行情况进行充分结合，并严格依照国家相关标准要求，对现有各项技术条件与优势资源进行有机整合下，提出对磨损严重的齿轮一级行星头进行换新处理，以此有效排除齿轮箱故障。而针对震动监测中发现的挖泥船震动过大的问题，工作人员则可以通过增加挖泥船的结构阻尼，并使用可直接吸收系统震动能量的阻尼材料，使得自由震动的振幅衰减，以此有效抑制挖泥船中出现的强迫震动的振幅[3]。此外，通过将具有良好弹性的泵隔振装置，有效隔离出现较大震动的泵与基座，以最大程度地避免振源通过基座影响周围设备。

结束语：通过本文的分析研究，可知在挖泥船齿轮箱运行过程中通过运用震动监测的方式，可以有效诊断齿轮箱的故障类型与故障原因，帮助相关工作人员快速锁定具体故障点，进而及时对故障进行相应处理。因此在齿轮箱故障诊断中，工作人员需要充分结合齿轮箱的实际情况及运行特点，严格按照相关标准要求合理运用震动监测的方式，对监测点进行科学布设。通过对采集得到的各项检测数据进行深入分析并以此为基础制定出科学合理的故障处理方案，使得齿轮箱故障可以真正得到有效排除，确保挖泥船设备得以安全、正常运行。

参考文献：

[1]周旭，王钰.船舶齿轮箱故障诊断及失效预报方法研究[J].舰船科学技术，2018，40(16):76-78.

[2]何俊.齿轮箱震动特性分析与智能故障诊断方法研究[D].浙江大学，2018.

[3]王力，于仁江，张立远，等.船用主机齿轮箱传动齿轮轮齿断裂故障诊断[J].中国修船，2017，30(06):12-14.