起重机械金属结构振动与故障诊断的研究

起重机械金属结构振动与故障诊断的研究

谢端

湖北特种设备检验检测研究院黄石分院  435000

摘要：在桥梁和旋转设备故障分析等相关领域中，振动测试技术已经生成一套相对完整的体系，此体系主要包含了测试原理和测试方法以及故障诊断、识别等多方面。对于起重机械的技术结构服役相关安全评估以及评价工作，在分析现场振动有关测试信息数据结果后得出，金属结构自身疲劳失效以及结构振动响应存在一定联系。对此，本文主要对起重机械金属结构振动和故障诊断进行了探讨。

关键词：起重机械；金属结构；故障诊断

引言：近些年来，社会经济的快速发展，工业与技术的不断进步，起重机械在各种比较特殊条件下发生的疲劳问题变得十分突出，而疲劳和过度的振动存在密切关系，同时振动与疲劳造成起重机械在应用期限内出现意外事故的案例也比较多，许多安全事故严重影响着工作人员人身安全与企业的社会效益、经济效益。对此，深入分析与研究起重机械金属结构振动和故障，通过诊断与维修，保证起重机械安全作业具备重要意义。

一、起重机械金属结构振动和故障诊断现状

1.1智能诊断系统过于单一

要想保障起重机械得到长久应用，最重要的是构建完善的智能诊断系统。多种类型的智能诊断方法对某一特殊、较为简单的目标实施故障诊断，不仅可以展现出独特的优势，还能为后续工作运行奠定基础。当前，工作人员可以选择的人工智能诊断方式有很多种，但大部分都是要在满足一定假设条件和人为设置数据的基础上进行操作，这就要求工作人员在实践发展中持续探索有关振动故障诊断系统，以期构建更为适宜和完善的智能诊断系统。以桥式起重机为例，工作人员在计算机仿真建模的过程中，不但可以更快了解整体设备运行涌现出的数据变化，而且能为桥式起重机的应用奠定基础。

1.2故障原理研究欠缺

振动导致问题出现原理和失去效果的研究很少，通常情况下存在很多问题，其中主要分为以下几点:第一，大型的起重机械问题原理研究，其中具备非常多的数学知识、力学知识等，其中最难的就是工程结果简化与力学模型的创造等。第二，问题原理的研究主要是进行多样化的实验进行验证，同时模型简化的合理性和故障模拟以及检测信息资源需要依据实验平台进行，其主要是一个系统的工程。第三，对于单一问题的明确诊断工作，需要进行多次的实验验证，并且单一起重机械故障特点在实际发展的过程中经常是非常稀少的。

1.3起重机械故障诊断手段少

起重机械的金属结构相应服役安全评估工作，通常要对机械设备运转过程中收集的所有信号进行研究分析，然后再有效提取信号中所有的特征信息，并且获取和故障有关的特征，最后应用特征实现故障有效诊断。近些年来，普遍运用的诊断方法包含傅立叶变换和短时的傅立叶变换以及小波变换等，但是这些诊断方式主要是对内积原理中特点波形基函数有关信号进行分解，然后科学运用和特征波形有效匹配的基函数，实现信号的处理，最后提取故障特征，完成起重机械故障的诊断。对于系统早期故障和微弱故障以及复合故障等难以有效诊断，有效与可靠的诊断手段十分有限。除此之外，金属结构在应用时，必然会出现损伤与早期故障，其还具备潜在性与动态响应微弱性。同时复合故障与系统故障通常存在要素耦合与传递途径复杂等特点，造成单一信号处理手段无法有效诊断出起重机械故障的原因。

二、起重机械金属结构振动和故障诊断方法

2.1起重机械金属结构振动测试

对于起重机械的整体结构来说，振动研究就包括了测试系统相关动态特性数据，例如固定频率检测和阻尼比检测以及振型检测等各个方面。其中解析、分析的放散和实验分析方案逐渐有效结合的模态分析技术，都融入了模态测试的改善技术和理论与结构强度测试应用案例和经验，需要最先创造结构有限元的模型，之后计算出结构有关有限元的模态数据，依据结构的有限元模态数据达到结构模态实验相关工作的改善工作，以此在一定程度上增强模态试验获取的结构模态参数安全性能和可依靠性以及其精确度，其中包括了完善的结构模态实验的有关悬挂位置和激励方位以及测量方位等相关的工作。依据实验分析的方案，于现场实地勘测获取的模态和解析方案模态实现进行对比，从而更好完成金属结构损伤问题的研究，研究出金属结构中存在的问题，以此依据对比分析可以增强设施问题检测的有效性和完善性，并且获取更为有效的金属振动结果和模态数据信息。

2.2起重机械振动故障诊断

首先，要从单一故障诊断研究转换至群故障分析。起重机械金属结构或是主要零部件磨损和剥落以及裂纹等有关故障，常常会同时发生或是先后连续出现，其中振动信号并不是许多单故障特征信号进行叠加，主要是故障特征信号进行相互耦合，若是以单一故障实现起重机械金属结构应用安全诊断，就会导致出现漏判或是误判。而在进行起重机械的安全评估时，单一故障诊断，现阶段一般应用信号处理模式，同时引发振动信号相关特征和其他有关干扰要素频谱，这样就比较容易进行区分，还可以在单一故障损伤方式识别与故障诊断前提下，分析群故障耦合特征相应一次性分离与诊断模式，进而完成多故障损伤方式有效识别和诊断。其次，从零部件故障分析转型到整机系统故障的分析研究。起重机械中零部件的振动故障一般是针对关键零部件，而此种零部件出现的振动故障常常仅仅诊断出相关诱发性各组航，难以有效处理整机系统故障。在起重机械系统进行整机故障诊断过程中，需要在系统总体性与联系性角度出发，重点研究系统内部所有构成动力特点与联结关系，从而获取零部件故障诊断初期结论，最后摸索出故障主要原因。

三、总结

如今，起重机已经成为很多大型工程施工中不可缺少的重要设备，可是实际应用中常常出现故障，给正常的施工带来消极的影响。为此，对起重机械金属结构振动和故障振动工作的实施是不可缺少的。研究表明，导致起重机械金属结构振动失效与故障诊断中出现问题的原因有很多，例如：振动失效与故障机理研究方面存在着极大的不足、在振动故障诊断方面的方法不足等等，如果这些问题不能及时的采取有效的措施解决，那么必将给整个机械正常的运行带来影响，更加会影响施工的效率。为此，相关工作人员还需要不断的探索与研究，确保能够应用更加有效、全面的智能诊断系统诊断其中的故障，最终实现提升其运行效率的目标。

[参考文献]

[1]王传民,郑晓刚.提高设计质量对减少起重机械安全事故的意义[J].今日制造与升级,2022(07):107-109.

[2]朱晗. 桥式起重机金属结构风险评估与系统开发[D].南京理工大学,2019.DOI:10.27241/d.cnki.gnjgu.2019.002140.

[3]谢辉, 起重机金属结构应力及振动频率检测技术的研究与应用. 广东省,广东省特种设备检测研究院珠海检测院,2020-03-20.

[4]李红昌. 简论起重机械金属结构安全技术与检测检验[C]//中国机械工程学会,中国机械工程学会物流工程分会.2004年中国机械工程学会年会论文集：物流工程与中国现代经济——第七届物流工程学术年会专辑.机械工业出版社（China Machine Press）,2004:213-217.

[5]陈晓伟,薛会荣,戴汉政等.起重机械在制造监检取消后易出现的问题及应对措施[J].起重运输机械,2015(08):1-5.

[6]张春红,马海,张伟光等.建筑起重机械常见安全隐患分析与思考[J].建筑机械化,2015,36(08):79-82.DOI:10.13311/j.cnki.conmec.2015.08.042.