桥式起重机故障类型与故障诊断方法综述

王晔 宋旺

摘要：本文首先对桥式起重机的故障类型进行了分类，并对常见的故障诊断方法进行了梳理，以求找到合适的方法对故障进行诊断，减少由故障导致的事故。桥式起重机的组成结构庞大且复杂，而且在它工作时相关的操作人员比较多，如果发生事故将会带来很严重的后果。因此，掌握起重机的故障发生模式，找到合适的方法对其进行分析，具有重要意义。

关键词：桥式起重机；故障类型；故障诊断方法

1.桥式起重机分类

第一，吊钩桥式起重机。这种起重机是十分常见的桥式起重机之一，它主要由起升机、小车结构、大车结构和金属桥架构成，吊钩安装在取物装置上。工作人员可以根据实际应用需求，对吊钩桥式起重机的使用方法进行调整，比如需吊起单个物品时，可利用一个起升机装置进行吊动，而在需要对物品进行翻转的时候，可选用两个起升机同时运行，借助主起升机和副起升机的配合，就能满足物品翻转需求。第二，抓斗式起重机。抓斗式起重机同样比较常见，它最大的特点就是利用抓斗进行取物，起升机构、抓斗开关与钢丝绳相连接，从而实现对抓斗的有效控制，能够在废铁装卸、木材运输、散货运输等方面发挥作用。第三，电磁桥式起重机。电磁桥式起重机的结构与吊钩起重机基本类似，二者之间的差异在于这种起重机的吊钩位置安装了直流电磁吸盘，能够对具备导磁性的金属类物品进行吊运，在实际应用中同样具有独特的用处。第四，两用桥式起重机。这种起重机的最大特点在于其同时配备有两个互相独立的起升机构，常见的起升机构搭配为抓斗和吊钩搭配，二者配合能够起到一定的特殊作用，在汽车厂的生产过程中比较常用。第五，具有双小车结构的桥式起重机。这种起重机的结构同样和吊钩式起重机类似，二者之间的差异在于具有双小车结构的桥式起重机上有同重量的小车，能够有效运输长度较大的物品，具有突出的应用价值，一般在大型场地当中比较常见。通过对上述几种桥式起重机的应用分析来看，桥式起重机是目前最常见的、应用价值最高的起重设备，吊运物品的能力十分突出，即使是几百吨的物品也能轻易运输。上文所述为常见的桥式起重机，随着应用场景的不断扩大、应用需求的日益丰富，以常规桥式起重机为蓝本的各类新式起重机将会陆续出现。

2.桥式起重机故障类型分析

2.1制动器故障

制动器刹车失灵、制动力矩不稳、不抱闸以及打滑发热是制动器较容易发生的故障。工作时，由于制动器过度的磨损或主弹簧的变形而导致刹不住车；力矩不稳是由于制动轮不规律的振动使力矩产生形变；不抱闸以及打滑发热是因制动轮表面摩擦减小由油污和杂物的影响造成的。

2.2减速器故障

减速器在工作时，容易产生的故障是振动异常以及减速器的漏油。振动异常是由紧固减速器底座的螺栓松动或失效，或是构件刚度较差，变形导致；减速器的漏油是由排气孔积尘，或箱体的缝隙，以及通气孔造成的不均衡的压力差而导致的。

2.3钢丝绳故障

钢丝绳故障同样比较常见，属于桥式起重机运行中比较容易处理的故障之一，但是它的危害性不容小觑，很可能导致严重的安全事故。桥式起重机中使用的钢丝绳种类并不固定，根据使用需求的不同，钢丝绳的直径、强度有一定差异，如果钢丝绳性能和使用需求不符合标准，就可能出现钢丝绳断裂、磨损等问题。同时，在长期的使用当中，符合标准的钢丝绳也可能出现材料疲劳、锈蚀、变形故障。

2.4金属结构故障

2.4.1轨道故障

车轮啃轨现象是大车在轨道上运行时容易出现的，造成这个现象的原因是桥架结构的疲劳变形，以及两台电机在大车启动时不同时工作，带来大车车体倾斜的现象，进而对轨道进行啃噬，如果轨道上有杂物等，也会导致大车的啃轨现象。在轨道上运行时小车较易出现“三条腿”以及车轮有时悬空等现象；造成这个现象的原因是车轮制造、安装或桥架不合标准。小车“三条腿”可能带来的影响是车体晃动、起重机振动以及运行的不稳定。小车打滑是由轨道上的杂物造成的。

2.4.2主梁故障

有着弹性形变的桥式起重机主梁，因载荷的作用带来上下挠的变形，会在卸下载荷的情况下消失。联轴器的断裂和小车“三条腿”的现象是由主梁下挠造成的。主梁的永久变形是由超负荷的运转、高温腐蚀等以及对结构不当的维修造成的。

2.5电气系统故障

（1）主钩电阻器、大车电阻器等电阻设备的阻值与标准数据不同，并在运行中出现高温发热现象，乃至于出现熔断烧毁等一系列问题。经分析可以看出，这类电阻故障主要是电机长时间、高负荷运行等原因导致的，在部分电阻故障当中，还存在散热效果不佳、电阻自身氧化等特殊原因，需根据具体情况进行研究才能最终判定。（2）主钩主令控制器、大车凸轮控制器等控制设备无法正常运行，档位闭合情况和标准状态不同，严重时还存在触头烧毁的情况。经分析可以看出，这类控制器故障主要原因包括机械结构磨损过于严重、齿轮无法啮合、触头粘连等，也可能是由于螺丝松动、灭弧罩故障等原因导致的，但是后者并不常见。（3）正反转接触器等接触设备出现故障，可表现为温度超出标准值、结构烧毁、接受指令后不动作、噪声过大等。根据实际情况来看，线圈烧毁、灭弧罩损坏等都可能使接触器无法正常运行。

3.故障诊断方法

3.1基于解析模型的方法

基于分析模型的方法将诊断对象的数学模型中的参数同实际运行过程中的参数进行比较，得到残差，然后对计算结果进行统计分析来实现故障的诊断，其可分为状态估计法、等价空间法以及参数估计法。

状态估计法主要是在对设备系统的状态能够观测的情况下，它是通过将观测器的输出与实际输出形成的对比来组成残差序列，再对残差序列的阈值评价进而诊断是否产生故障。在可以得到系统准确的数学模型的前提下，该方法是最有效的。

等价空间方法是以输入或输出(或部分输出)系统中的实际值的手段来检测被诊断对象一致性的数学关系的方法，来达到检测故障的目的。该法适合应用于离散系统模型中。

参数估计法是通过对模型参数和物理参数进行统计分析来实现故障的诊断，主要包括基于系统参数以及基于故障参数的方法，前者是以系统参数和响应的过程系数变化为依据来检测和诊断故障；后者是对故障信号进行在线建模，用一定的参数表现形式来将动态系统中的故障表达出来，是未知增益形式的乘性参数或者是附加未知时变函数项的加性参数。以上方法都要求有精确的数学模型进行检测，并且计算量较大，对复杂系统的故障诊断有一定的难度。

3.2基于数据驱动的方法

基于数据驱动的方法是通过挖掘历史数据，归纳出系统正常工作与非正常工作的属性特点，从而实现故障诊断。主要有基于统计分析、基于信号分析以及基于定量知识数据分析的方法。

基于统计分析的方法主要根据分析过程中的数据统计量，从其中的变化来提取特征。统计理论进行故障诊断是以系统中必须出现故障为前提，否则过程数据的特征计量只能在一定的、可以接受的范围内波动。即使不能可靠的预测到每次某个变量具体的观测数值，但它的平均值及方差等特征统计量是会保持稳定的，这被称之为特征统计量的可重复性。通过该重复性对指定的变量进行设定特定的门限值，进而对故障进行诊断。

基于信号分析的方法，利用信号处理技术来分解信号，得到时域和频域的相关特征，对故障进行分类诊断，信号处理方法一般有谱分析、小波变换、s变换和希尔伯特－黄变换（HHT）。

基于定量知识数据分析的方法不需要定量的数学模型，它是利用人工智能的技术来对故障进行诊断。最重要的信息是从过程数据中提取，主要方法有基于人工神经网络的方法、基于SVM的方法以及基于模糊逻辑的方法。

参考文献：

[1]夏魁.试论桥式起重机的常见故障与维修保养[J].科技展望，2016，26（9）：40-41.