塔式起重机的故障诊断技术以及常见故障的分析

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随着建筑业的发展，塔式起重机(以下简称塔机)是现在高层建筑施工现场中必不可少的重要起重设备，在建筑业得到了广泛的应用。随着塔机的广泛应用，重大事故频频发生，因此给人民生命财产造成了重大的损失，给社会带来了不良的影响。为减少事故的发生，确保人身和塔机的安全，必须对塔机的故障进行研究。当塔机发生故障时，为了能够及时地、正确地对各种异常状态或故障状态做出诊断，预防或消除故障，对设备的运行进行必要的指导，提高设备运行的可靠性、安全性和有效性，应该采用设备故障诊断技术以期把故障损失降低到最低水平。同时通过检测监视、故障分析、性能评估等，为设备结构修改、优化设计、合理制造及生产过程提供数据和信息。

设备的故障诊断既能保证设备的可靠运行，又能获取更大的经济效益和社会效益。20世纪60年代，由于军工、航天的需要，美国最先开始了设备故障诊断的研究。我国是在20世纪80年代初开始的，已经取得了-定的研究成果。但是建筑机械设备的故障诊断技术在实际应用中在存在问题。因此积极开展建筑机械设备的故障研究技术是十分必要的。

2塔机故障诊断技术2.1机械设备故障诊断方法机械设备故障主要是由于某些零件的缺陷或者损坏而引起的，- 方面在零件设计、制造和装配或者在给定条件下工作时，工作人员操作不当产生的，另-方面是由于使用中的零件磨损、变形、断裂、腐蚀 、裂纹等产生的。

机械设备故障诊断是利用测鳃械设备在运行中或相对静态条件下的信息，通过对测取信息的分析，结合设备的历史状态来判断设备以及零件的实时运行状态。塔机的故障诊断技术是是防止事故的有效措施，也是塔机维修的重要依据。故障诊断技术有很多，如振动技术、声学诊断技术、热像诊断技术和智能系统诊断技术等。塔机故障诊断基本流程图如图l所示。

2.2现有的故障诊断方法主要有三大类2.2.1基寸解析模型的故障论断方法基于解析模型的故障诊断法是发展最早和研究比较系统的-种方法。该方法是根据被诊断设备的监测信息与模型系统的信息进行比较，从而产生残差，并且对残差进行分析和处理的方法。该方法包括参数估计诊断法、状态估计诊断法和基于等价空间法。这种方法在塔机的故障诊断中应用较少，这主要因为像塔机这样复杂的设备很难建立适于用诊断的数学模型。

2.2.2基于信号处理的故障诊断方法基于信号处理的故障诊断方法是利用信号分析理论获得系统时域和频域中较深层次的特征向量，从而利用这些特征向量与故障源之间的关系，判断故障源的位置。这种方法主要包括：快速傅里叶变换法、小波变换法、Fisher判别法和主元分析法等。此方法主要用于诊断对象的解析模型很难建立，但是系统的-些状态信息或者输出参数易测量的设备，故此方法很少用于塔机的故障诊断。

2.2.3 基于知识 的故障诊 断方 法此方法又称智能诊断系统，不需要建立精确的数学模型，因此应用比较广泛。基于知识的故障诊断方法主要包括：基于专家系统图 1塔机故障诊断基本流程图- - 神经蹦络～ - 神经刚络 - 神终刚络二1 . t- 种经网络 图2集中式专家故障诊断系统诊断流程图1的故障诊断法、基于人工神经网络的故障法、基于模糊理论的故障诊断法和基于故障树的故障诊断法。

此方法中的专家系统故障诊断法不依赖系统数学模型，而是实践经验和故障知识，设计-套智能计算机程序，适应于大型的、比较复杂的设备。但是由于此方法依赖于专家的知识获取，故知识获取比较困难，知识库更新能力和实时性比较差。

2.2.4基亏人工神经网络故障诊断法利用大量神经元广泛互联而成的复杂网络系统，主要处理非线性问题。神经网络优化算法有计算精度较高，计算速度快等优点。但是存在学习效率低、易于陷入局部最小点等缺点。

基于模糊理论的故障诊断方法是以模糊逻辑为基础，通过模糊判断和推理构建故障与征兆的模糊关系确定诊断结果，但是此方法自学习能力差，模糊诊断知识很难获取，容易出现漏报和误诊，故常与其他方法结合使用。

故障树诊断法又称因果分析法，用逻辑推理图的方式分析机械设备故障的发生以及故障产生的原因之间的关系，利用最小割集算法和最小路集算法确定设备出现某种最不希望的故障事件的可能作者简介：邵在祥，1984年9月出生，男，助理工程师，2005年毕业于盐城工学院机械工程系数控技术专业。

60 2013###-4上第7期总第1 63期China Science& Technology Overview表4-1塔机常见机械液压系统故障高端装备制造故障特征 原因分析 排除方法起升电机空载正常，有负载时 工作电源电压过低； 调整电源电压；吊不起 重量、力矩限位动作； 物体重量在塔机额定重量范围内；起升机构制动力过紧； 调整制动器；吊起重物停车后重物下滑 起升制动器调整过松，弹簧失效； 调整制动器，更换簧片；制动器蹄片松动、磨损； 更换制动蹄片；制动器磨损，有油污； 更换制动轮，清洗制动轮；回转电机启动后塔机不旋转 回转制动器没有松开； 检查回转制动器；液力耦合器缺油或损坏； 检查液力耦台器并保证油占其总容回转电机或减速机输入轴断裂； 量的60%-80%；回转支撑缺油、负荷大； 检查回转电机和减速器；支撑齿面或轨道被异物卡死； 加油；清除异物钢丝绳磨损过快或经常跳出滑 滑轮、导向滚轮不转或磨成深槽； 修复或更换；轮槽 滑轮槽与钢丝绳不配套； 换用合格钢丝绳；滑轮偏斜； 调整滑轮位置；变幅限位不灵 变幅限位松动； 检查修复变幅限位；卷筒齿轮与幅度限位器小齿轮接触不好活小齿轮损坏； 修理或更换齿轮；液压缸下降时抖动 节流阀开口太大； 检查并调整油缸内泄；液压系统压力不稳定 液压油有杂质； 清洗过滤器，更换新的液压油；液压油中混有空气； 鹏接头，排出空气；液压元件磨损； 修复更换液压元件；性。此方法表达直观，易于分析，但是其诊断精度不高。

以上四种智能诊断技术是最常用的方法，但是每种诊断方法都有各自的优点和缺点，因此可以将以上方法进行结合，形成集成式智能故障诊断技术，以相互弥补对方的缺陷和不足。塔机是比较复杂的机械设备，因此将专家系统故障诊断法与人工神经网络故障诊断法有机结合在-起 ，形成-个混合型集中式专家诊断系统。先用专家系统判定故障特征，划出故障类别，再利用人工神经网络进行精确的判断。集中式专家故障诊断系统诊断流程图如图2所示。

3机械设备故障诊断技术发展趋势机械设备故障诊断技术与当代前沿科学技术的有机融合是机械设备故障诊断技术的发展趋势。随着科学技术的发展，特别是信息技术、计算机技术、传感器的出现，信号处理和分析技术解决机械设备故障诊断问题变得简单了。机械设备故障诊断技术沿着以下发展趋势发展。

3.1诊断技术 多元化随着现代科学技术的发展，机械设备故障诊断技术可以利用振动学、声学和热像等技术对机械设备实施诊断，还可以利用多种技术有机融合进行综合诊断。另外，可以利用最新信号的处理方法进行故障诊断以提高诊断的准确性。如小波分析、人工神经网络、数据融合技术和数据挖掘技术等。

3.2诊断技术实时化现代机械设备正向高度 自动化、集成化和大型化方向发展，因此设备应该具备高度的可靠性和抵御故障的能力以及故障信号快速采集、存储和分析的能力。计算机、网络通信、现代信号分析技术和专家系统为故障实时化诊断技术提供了可靠的保障。

3.3智能诊断技术的网络化现在机械故障智能诊断技术包括专家系统、神经网络和模糊理论等。现在故障智能诊断技术已经在机械设备故障诊断中得到了广泛的应用。随着Internet的普遍应用，很多大型企业机械设备的故障诊断技术正沿着网络化方向发展。通过域网，可以对复杂的机械设备进行监测，传输数据，及时发现设备故障，减少故障的发生。

3.4故障诊断信息数据库化机械设备的状态信息、参数信息等数据是动态数据〃立信息数据库动态系统方便工作人员查询、分析故障信息数据。

3.5故障诊断的自愈化随着科学的发展，机械设备越来越复杂，同时设备与生产过程越来越来紧密。机械设备-旦发生故障，就必须停机检修，因此必然会造成经济损失。为了能够准确判断出故障源，通过智能系统和控制系统，使故障在设备运行中自动消除，使设备恢复正常状态，因此机械设备故障诊断的自愈化成为了当代故障诊断技术的最新趋势。

4塔机常见的故障分析机械设备诊断实质上就是-种比较分类，在判断故障时，我们是将故障待检模式与故障基本模式相比较，把-个具体的故障(待检模式)归入到某种故障类型(基本模式)中去。任何-种机械故障，都具有自己的特征，故障特征是构成故障基本模式的基本要素。所以，对每种故障的表现形式要全面的了解和掌握，对-个故障与其它故障在表现形式上的相同点和区别要有清晰的认识，因为掌握各种常见故障的基本特征是判断设备故障的基矗因此为了更好的对塔机的故障进行分析，必须掌握塔机的常见故障的基本特征。

塔机的故障主要包括机械液压系统故障和电气系统故障，文章主要分析机械液压系统故障。由于篇幅原因，文章只给出了塔机常见的几种机械液压系统故障。塔机常见机械液压系统故障特征分析如表4-1所示。

5结语目前，机械设备与生产过程紧密相连，如果不能及时发现及排除故障，人身安全和设备安全都会受到很大威胁，同时造成巨大的经济损失。为避免和减少事故发生，本文以塔式起重机为研究对象，详细介绍了当前建筑机械设备的故障诊断技术以及故障诊断的发展趋势，同时介绍了塔式起重机常见几种的故障分析。通过现代智能故障诊断技术，可以及时发现故障，减少事故发生率，提高经济效益。