重型起重机的故障诊断技术综述
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起重机的故障诊断技术 综述
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1
目录
• 起重机故障诊断技术概述 • 起重机的典型组成及其故障诊断技术
• 金属结构 • 工作机构 • 安全装置 • 液压系统 • 电气设备 • 主要零部件
• 展望
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2
起重机故障诊断技术概述
起重机概述
• 国民经济的高速发展，各行各业方兴未艾，尤其是石油、 化工、冶金、电力和建筑等部门因生产需要，其起吊和移 动作业越来越频繁，起重机尤其是中大型起重机发挥了越 来越大的作用。
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6
金属结构
故障类型
• 梁变形 • 重要部位裂纹 • 对角线超差，引起啃轨
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7
金属结构
目前有两大最具影响力的金属结构失效分析与寿命预测理论， 它们分别为：
(1)Miner准则，即结构随机疲劳线性累积损伤准则．它是美国 科学家Miner在有关滚动轴承寿命计算的基础上提出来的， 工程上应用最为广泛，并已发展出近二十种针对具体应用 的有效修正方法．
• 液压系统状态监测与诊断系统
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4
起重机故障诊断技术概述
起重机故障诊断
• 起重机的故障诊断技术逐渐成为一门学科 • 研究意义 • 研究前景
起重机故障诊断前沿技术
• 虚拟仪器技术 • 模拟技术 • 小波技术、神经网络和灰色系统理论应用 • 人工智能技术
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5
起重机的典型组成
• 金属结构 • 工作机构 • 安全装置 • 液压系统 • 电气设备 • 主要零部件
(2)基于断裂力学的理论，即利用裂纹扩展速率和断裂因子来 预测零件寿命．
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8
金属结构
故障诊断技术 • 观察分析法
啃轨 主要受力构件严重腐蚀
• 有限元法
端梁截面变化处出现开裂，常规计算方法不能发现问题的 原因，借助有限元建模及分析，对该类桥架结构的力学性 能作出详细分析，找出结构故障的主要原因，并提出可行 的改进意见。
一种将系统故障形成的原因由总体至部分按树状逐级细化 的分析方法。
• 特点：方法简单，概念清晰，容易被人们接受，所以它是
对动态系统的设计、工厂试验或对现场设备工况状态分析 的一种有效的工具。
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20
液压系统
• 容易出现的故障：放下前、 后支腿，但车体支不起来， 另一种故障是车体前后方倾 斜，该类故障一旦出现将导 致汽车起重机无法工作；能 源回路常出现的故障有油泵 不转、油箱没油、滤油器堵 塞等
• 故障树的建立：通过建树过 程系统地了解系统，找出薄 弱环节，以便改造系统设计、 运行和维修，从而提高系统 的可靠性、维修性和安全性。
汽车起重机支腿收放液压系统图
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21
液压系统
建树的一般方法和步骤： • 广泛收集并分析有关技术资料，选择顶事件 • 进行建树：即采用演绎法从顶事件开始由上至下，循序渐
排除方法：润滑活动关节；用煤油清洗制动轮和制动闸瓦；更 换制定闸瓦，调整锁紧螺母；检查电气部分和推杆机构。
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18
液压系统
• 液压系统在起重机上应用广泛 • 对液压系统工作可靠性的要求也越来越高，但是液压系统
状态监测与故障诊断难的问题却日趋尖锐
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19
液压系统
• 故障树法：故障树分析法(Fault Tree Analysis简称FTA)，是
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16
安全装置
• 起重量限制器 • 起重力矩限制器 • 极限位置限制器 • 防风防滑装置 • 其他安全装置
安全装置自身一般不会发生故障,但是维护保养不当或者是 不认真,一般也会造成故障。
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17
安全装置
常见故障类型
• 限速器运行中有响声 • 制动块磨损快 • 制动器制动效果差
原因：拉杆系统中活动关节被卡住；制动轮表面有油污；制动 闸瓦过度磨损；电磁铁的制动杠杆的锁紧螺母松动；液压 推杆制动器的叶轮旋转不灵活。
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11
工作机构
• 起升机构减速器故障诊断——谱分析方法
1. 振动测试参数及测点布置 2. 3. 测振仪、智能信号自动 4. 采集分析系统
垂直方向和轴向的振动加速 度和振动速度
测点：A、B、C、D、E
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12
升和下降时运行均 较为平稳，振动和 噪声也较小。
• 优势：不解体诊断
减速箱其他故障：
• 换挡故障 • 减速箱异响 • 减速箱漏油
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15
工作机构
轴承故障诊断——神经网络方法
• BP神经网络是一单向传播的多层前向网络，其拓朴结构如 上图所示。
• 这种诊断方法较适于对故障机理复杂、故障振动信号受到 较强的干扰和故障原因与故障现象之问具有复杂的非线性 等的诊断。
进地进行 • 故障树的简化
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22
液压系统
建立故障树：条件假设，分析顶事件T、中间事件M和底事 件X
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23
液压系统
• FTA定性分析：寻找导致顶事件发生的原因和原因组合，
识别导致顶事件发生的所有故障模式，也就是求出故障树 的全部最小割集。它可以帮助判明潜在故障，以便改进设 计；也可以用于指导故障诊断，改进运行和维修方案。
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9
金属结构
有限元模型
加载，计算应力和变形
根据计算结果，进行 分析，提出改进方案， 并重新计算和校核。
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10
工作机构
• 起升机构 • 运行机构
• 轨行式 • 无轨式
• 回转机构 • 变幅机构 • 伸缩机构
工作机构的故障诊断技术主要是其组成部分的故 障检测和诊断
以起升机构为例：驱动装置、减速器、制动器、 液压回路、其他零部件等
• 起重机的特点：结构庞大，机构复杂；工作范围、活动空 间大；作业环境复杂；工作过程变数较多，易发生事故。
• 起重机发展趋势：重点产品大型化；高速化；多样化；液 压化；安全化；自动化
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3
起重机故障诊断技术概述
带来的问题
• 易出事故 • 起重机的种类繁多，结构更
是千变万化，系统复杂，系 统维护和故障查询难度越来 越大
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13
工作机构
• 起升开始及下降停止时卷筒大齿轮与减速机输出轴小齿轮之间有 较大的冲击，产生的冲击加速度的峰值很高。
• 在4档运行时，输出小齿轮啮合状态不好，造成减速机产生传动 误差而引起了较大的振动。
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14
工作机构
验证及改进措施：
• 经开盖检查减速机啮合严重调角，齿型磨损较严重，啮合 间隙超标(0.5—1.1)，造成振动和噪声较大，经齿轮修磨、 间隙调整后，振动和噪声明显降低，达到标准要求。
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目录
• 起重机故障诊断技术概述 • 起重机的典型组成及其故障诊断技术
• 金属结构 • 工作机构 • 安全装置 • 液压系统 • 电气设备 • 主要零部件
• 展望
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2
起重机故障诊断技术概述
起重机概述
• 国民经济的高速发展，各行各业方兴未艾，尤其是石油、 化工、冶金、电力和建筑等部门因生产需要，其起吊和移 动作业越来越频繁，起重机尤其是中大型起重机发挥了越 来越大的作用。
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6
金属结构
故障类型
• 梁变形 • 重要部位裂纹 • 对角线超差，引起啃轨
可编辑版
7
金属结构
目前有两大最具影响力的金属结构失效分析与寿命预测理论， 它们分别为：
(1)Miner准则，即结构随机疲劳线性累积损伤准则．它是美国 科学家Miner在有关滚动轴承寿命计算的基础上提出来的， 工程上应用最为广泛，并已发展出近二十种针对具体应用 的有效修正方法．
• 液压系统状态监测与诊断系统
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4
起重机故障诊断技术概述
起重机故障诊断
• 起重机的故障诊断技术逐渐成为一门学科 • 研究意义 • 研究前景
起重机故障诊断前沿技术
• 虚拟仪器技术 • 模拟技术 • 小波技术、神经网络和灰色系统理论应用 • 人工智能技术
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5
起重机的典型组成
• 金属结构 • 工作机构 • 安全装置 • 液压系统 • 电气设备 • 主要零部件
(2)基于断裂力学的理论，即利用裂纹扩展速率和断裂因子来 预测零件寿命．
可编辑版
8
金属结构
故障诊断技术 • 观察分析法
啃轨 主要受力构件严重腐蚀
• 有限元法
端梁截面变化处出现开裂，常规计算方法不能发现问题的 原因，借助有限元建模及分析，对该类桥架结构的力学性 能作出详细分析，找出结构故障的主要原因，并提出可行 的改进意见。
一种将系统故障形成的原因由总体至部分按树状逐级细化 的分析方法。
• 特点：方法简单，概念清晰，容易被人们接受，所以它是
对动态系统的设计、工厂试验或对现场设备工况状态分析 的一种有效的工具。
可编辑版
20
液压系统
• 容易出现的故障：放下前、 后支腿，但车体支不起来， 另一种故障是车体前后方倾 斜，该类故障一旦出现将导 致汽车起重机无法工作；能 源回路常出现的故障有油泵 不转、油箱没油、滤油器堵 塞等
• 故障树的建立：通过建树过 程系统地了解系统，找出薄 弱环节，以便改造系统设计、 运行和维修，从而提高系统 的可靠性、维修性和安全性。
汽车起重机支腿收放液压系统图
可编辑版
21
液压系统
建树的一般方法和步骤： • 广泛收集并分析有关技术资料，选择顶事件 • 进行建树：即采用演绎法从顶事件开始由上至下，循序渐
排除方法：润滑活动关节；用煤油清洗制动轮和制动闸瓦；更 换制定闸瓦，调整锁紧螺母；检查电气部分和推杆机构。
可编辑版
18
液压系统
• 液压系统在起重机上应用广泛 • 对液压系统工作可靠性的要求也越来越高，但是液压系统
状态监测与故障诊断难的问题却日趋尖锐
可编辑版
19
液压系统
• 故障树法：故障树分析法(Fault Tree Analysis简称FTA)，是
可编辑版
16
安全装置
• 起重量限制器 • 起重力矩限制器 • 极限位置限制器 • 防风防滑装置 • 其他安全装置
安全装置自身一般不会发生故障,但是维护保养不当或者是 不认真,一般也会造成故障。
可编辑版
17
安全装置
常见故障类型
• 限速器运行中有响声 • 制动块磨损快 • 制动器制动效果差
原因：拉杆系统中活动关节被卡住；制动轮表面有油污；制动 闸瓦过度磨损；电磁铁的制动杠杆的锁紧螺母松动；液压 推杆制动器的叶轮旋转不灵活。
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11
工作机构
• 起升机构减速器故障诊断——谱分析方法
1. 振动测试参数及测点布置 2. 3. 测振仪、智能信号自动 4. 采集分析系统
垂直方向和轴向的振动加速 度和振动速度
测点：A、B、C、D、E
可编辑版
12
升和下降时运行均 较为平稳，振动和 噪声也较小。
• 优势：不解体诊断
减速箱其他故障：
• 换挡故障 • 减速箱异响 • 减速箱漏油
可编辑版
15
工作机构
轴承故障诊断——神经网络方法
• BP神经网络是一单向传播的多层前向网络，其拓朴结构如 上图所示。
• 这种诊断方法较适于对故障机理复杂、故障振动信号受到 较强的干扰和故障原因与故障现象之问具有复杂的非线性 等的诊断。
进地进行 • 故障树的简化
可编辑版
22
液压系统
建立故障树：条件假设，分析顶事件T、中间事件M和底事 件X
可编辑版
23
液压系统
• FTA定性分析：寻找导致顶事件发生的原因和原因组合，
识别导致顶事件发生的所有故障模式，也就是求出故障树 的全部最小割集。它可以帮助判明潜在故障，以便改进设 计；也可以用于指导故障诊断，改进运行和维修方案。
可编辑版
9
金属结构
有限元模型
加载，计算应力和变形
根据计算结果，进行 分析，提出改进方案， 并重新计算和校核。
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10
工作机构
• 起升机构 • 运行机构
• 轨行式 • 无轨式
• 回转机构 • 变幅机构 • 伸缩机构
工作机构的故障诊断技术主要是其组成部分的故 障检测和诊断
以起升机构为例：驱动装置、减速器、制动器、 液压回路、其他零部件等
• 起重机的特点：结构庞大，机构复杂；工作范围、活动空 间大；作业环境复杂；工作过程变数较多，易发生事故。
• 起重机发展趋势：重点产品大型化；高速化；多样化；液 压化；安全化；自动化
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3
起重机故障诊断技术概述
带来的问题
• 易出事故 • 起重机的种类繁多，结构更
是千变万化，系统复杂，系 统维护和故障查询难度越来 越大
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13
工作机构
• 起升开始及下降停止时卷筒大齿轮与减速机输出轴小齿轮之间有 较大的冲击，产生的冲击加速度的峰值很高。
• 在4档运行时，输出小齿轮啮合状态不好，造成减速机产生传动 误差而引起了较大的振动。
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14
工作机构
验证及改进措施：
• 经开盖检查减速机啮合严重调角，齿型磨损较严重，啮合 间隙超标(0.5—1.1)，造成振动和噪声较大，经齿轮修磨、 间隙调整后，振动和噪声明显降低，达到标准要求。