上海振華重工集團(tuán)（南通）傳動(dòng)機(jī)械有限公司

減速箱是碼頭起重機(jī)械設(shè)備的關(guān)鍵部件，在碼頭的實(shí)際運(yùn)營(yíng)中，會(huì)有一些與減速箱相關(guān)的機(jī)械故障發(fā)生。這些減速箱通常安裝在距地面幾十米高的機(jī)房?jī)?nèi)，一旦出現(xiàn)故障不能及時(shí)發(fā)現(xiàn)，造成減速箱持續(xù)損壞，嚴(yán)重影響碼頭的經(jīng)濟(jì)效益。對(duì)關(guān)鍵部位減速箱進(jìn)行在線監(jiān)測(cè)和故障診斷可以實(shí)時(shí)掌握設(shè)備運(yùn)行狀態(tài)，對(duì)設(shè)備狀態(tài)做出實(shí)時(shí)評(píng)價(jià)，對(duì)故障做出診斷并提前預(yù)報(bào)，將故障后停機(jī)轉(zhuǎn)變?yōu)橛?jì)劃停機(jī)，減少停機(jī)時(shí)間或避免事故擴(kuò)大化，將設(shè)備的計(jì)劃性維修、事故性維修逐步過(guò)渡到預(yù)防性維修，可以提高企業(yè)設(shè)備管理的現(xiàn)代化水平，創(chuàng)造巨大經(jīng)濟(jì)效益。
目前，ZPMC在線監(jiān)測(cè)和診斷系統(tǒng)已在包括印度Adani項(xiàng)目、新加坡PSA項(xiàng)目、沙特吉達(dá)項(xiàng)目、美國(guó)新奧爾良項(xiàng)目、以色列海法項(xiàng)目、寧波梅山項(xiàng)目等20多個(gè)國(guó)家1000多臺(tái)岸橋及輪胎吊上廣泛使用，使用效果得到用戶(hù)的肯定和認(rèn)同。
1. ZPMC減速箱實(shí)時(shí)在線智能狀態(tài)監(jiān)測(cè)及故障分析系統(tǒng)介紹
ZPMC減速箱實(shí)時(shí)在線智能狀態(tài)監(jiān)測(cè)系統(tǒng)的使用將徹底改變傳統(tǒng)的運(yùn)維模式，它是一個(gè)基于振動(dòng)、溫度等指向性參數(shù)實(shí)時(shí)智能監(jiān)控的系統(tǒng)。
該系統(tǒng)主要包括前端感知層，數(shù)據(jù)采集、分析與診斷模塊，用戶(hù)數(shù)據(jù)庫(kù)服務(wù)器或云服務(wù)器，Web服務(wù)器和瀏覽器等4個(gè)部分。前端感知層包括各類(lèi)傳感器，如振動(dòng)、軸承溫度、齒輪箱油溫及顆粒度等，通常安裝在減速箱；數(shù)據(jù)采集、分析與診斷模塊通常安裝在電氣房，用于實(shí)現(xiàn)各傳感器數(shù)據(jù)采集、濾波、分析及自診斷診斷；采集軟件與數(shù)據(jù)庫(kù)通常安裝在中控室，用于實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)存儲(chǔ)、精密分析與大數(shù)據(jù)管理等。各功能模塊之間以物聯(lián)網(wǎng)作為數(shù)據(jù)交換媒介。數(shù)據(jù)采集與分析模塊通過(guò)讀取來(lái)自數(shù)據(jù)庫(kù)服務(wù)器的采集參數(shù)，對(duì)感知層設(shè)備進(jìn)行設(shè)置與信號(hào)采集，并通過(guò)4G/5G/WIFI/以太網(wǎng)絡(luò)等中控室服務(wù)器進(jìn)行實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)傳輸；中控室服務(wù)器作為客戶(hù)端，實(shí)現(xiàn)參數(shù)配置、信號(hào)分析、狀態(tài)監(jiān)測(cè)與故障診斷及大數(shù)據(jù)管理等。當(dāng)需要遠(yuǎn)程瀏覽數(shù)據(jù)時(shí)，瀏覽器向Web服務(wù)器發(fā)出請(qǐng)求，訪問(wèn)數(shù)據(jù)庫(kù)服務(wù)器或云服務(wù)器，查看歷史數(shù)據(jù)。

圖1 總體框架圖

圖2 前端采集設(shè)備圖

圖3 數(shù)據(jù)分析與診斷模塊

在線監(jiān)測(cè)系統(tǒng)通常監(jiān)測(cè)的數(shù)據(jù)有：1）振動(dòng)。振動(dòng)信號(hào)含有豐富的故障信息，能夠較快、較直觀地反映減速機(jī)的運(yùn)行狀態(tài)。2）軸承溫度。軸承溫度是減速機(jī)重要的監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)。減速機(jī)在運(yùn)行時(shí)，軸承摩擦?xí)a(chǎn)生一定熱量，當(dāng)產(chǎn)生的熱量達(dá)到熱平衡時(shí)，軸承的溫度會(huì)出于正常的范圍內(nèi)。當(dāng)軸承出現(xiàn)異常后，熱平衡會(huì)被破壞，軸承溫度會(huì)迅速升高，若軸承溫度超過(guò)預(yù)設(shè)溫度時(shí)，應(yīng)當(dāng)立即停車(chē)查明原因。3）齒輪油溫度。減速機(jī)在正常工作時(shí)最到油溫不應(yīng)高于90℃，當(dāng)油溫過(guò)高時(shí)監(jiān)測(cè)系統(tǒng)應(yīng)進(jìn)行顯示和報(bào)警。4）油液金屬磨損顆粒監(jiān)測(cè)。通過(guò)實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)齒輪油內(nèi)含金屬元素的微小磨粒，經(jīng)過(guò)大數(shù)據(jù)分析齒輪、軸承磨損及齒輪油壽命等。
2. ZPMC減速箱實(shí)時(shí)在線智能狀態(tài)監(jiān)測(cè)及故障分析系統(tǒng)技術(shù)優(yōu)勢(shì)
2.1 完善的數(shù)據(jù)庫(kù)資源
數(shù)據(jù)庫(kù)是在線監(jiān)測(cè)與故障分析系統(tǒng)的關(guān)鍵部分。設(shè)備信息、零部件信息、傳感器信息、測(cè)點(diǎn)信息、分析結(jié)果、報(bào)警數(shù)據(jù)及故障樣本等數(shù)據(jù)都以規(guī)定的形式存儲(chǔ)在數(shù)據(jù)庫(kù)中，ZPMC作為港口起重機(jī)領(lǐng)先者，擁有港口設(shè)備完整的設(shè)計(jì)數(shù)據(jù)及故障統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)的積累。ZPMC強(qiáng)大的專(zhuān)家團(tuán)隊(duì)負(fù)責(zé)通過(guò)對(duì)減速箱運(yùn)行數(shù)據(jù)的實(shí)時(shí)采集，可精準(zhǔn)掌握減速箱運(yùn)行狀態(tài)，并利用強(qiáng)大的數(shù)據(jù)云服務(wù)平臺(tái)的計(jì)算能力，將減速箱的運(yùn)行數(shù)據(jù)與產(chǎn)品設(shè)計(jì)數(shù)據(jù)相結(jié)合進(jìn)行比對(duì)分析和評(píng)估，從而可準(zhǔn)確的評(píng)估減速箱的運(yùn)行狀態(tài)。
2.2 智能振動(dòng)在線監(jiān)測(cè)系統(tǒng)
智能振動(dòng)在線監(jiān)測(cè)站能實(shí)時(shí)采集減速箱振動(dòng)數(shù)據(jù)，并在本地進(jìn)行數(shù)據(jù)壓縮，濾波，差分處理及指征值計(jì)算后，將計(jì)算結(jié)果傳輸至PLC和中控室服務(wù)器，快速響應(yīng)設(shè)備故障，具有如下特點(diǎn)：
1）全采樣技術(shù)。
2）全同步采集技術(shù)。
3）狀態(tài)采集與觸發(fā)存儲(chǔ)技術(shù)。
4）智能采集器具有良好的膨脹特性，能接入振動(dòng)、速度、液位、溫度等信號(hào)。
5）自動(dòng)與智能診斷功能。
2.3邊緣算法與智能診斷
與其它系統(tǒng)相比，ZPMC智能采集器具備邊緣計(jì)算能力，集采集、自適應(yīng)濾波、FFT計(jì)算、寬帶、窄帶能量計(jì)算，自動(dòng)診斷與報(bào)警功能于一體。ZPMC技術(shù)人員已將設(shè)備故障特征信號(hào)（如軸承）及專(zhuān)業(yè)工程師分析經(jīng)驗(yàn)（齒輪箱診斷）編寫(xiě)成算法內(nèi)置到采集器中，采集器自動(dòng)輸出診斷結(jié)果，從而弱化現(xiàn)場(chǎng)服務(wù)工程師對(duì)振動(dòng)信號(hào)分析系統(tǒng)專(zhuān)業(yè)化程度的依賴(lài)。
3. 應(yīng)用案例分析
1）南方某碼頭岸橋減速箱安裝ZPMC減速箱實(shí)時(shí)在線智能狀態(tài)監(jiān)測(cè)系統(tǒng)，2018年8月現(xiàn)場(chǎng)人員反映某岸橋小車(chē)減速箱在運(yùn)行期間存在相比其它岸橋小車(chē)減速箱有明顯的異響，同時(shí)在線監(jiān)測(cè)系統(tǒng)監(jiān)測(cè)到該小車(chē)減速箱存在振動(dòng)報(bào)警，如下圖4所示：

圖4

通過(guò)詳細(xì)數(shù)據(jù)分析發(fā)現(xiàn)該報(bào)警信息通常是在小車(chē)變速、正反轉(zhuǎn)換向以及起升或降落瞬間出現(xiàn)的，也就是該報(bào)警信息主要出現(xiàn)在工況改變的瞬間。綜合分析認(rèn)為該現(xiàn)象是由于小車(chē)機(jī)構(gòu)滾筒處存在結(jié)構(gòu)松動(dòng)，受到瞬時(shí)沖擊而引起減速箱的報(bào)警。通過(guò)現(xiàn)場(chǎng)人員對(duì)滾筒處的檢查發(fā)現(xiàn)小車(chē)滾筒鋼絲繩存在不均衡現(xiàn)象，在對(duì)小車(chē)滾筒鋼絲繩進(jìn)行調(diào)整之后，系統(tǒng)報(bào)警信息消失，從而避免了長(zhǎng)期運(yùn)行帶來(lái)的減速箱損壞。
2）廣州某碼頭輪胎吊減速箱安裝ZPMC減速箱實(shí)時(shí)在線智能狀態(tài)監(jiān)測(cè)系統(tǒng)，2018年11月現(xiàn)場(chǎng)人員反映有輪胎吊在運(yùn)行期間出現(xiàn)明顯的高頻噪音，同時(shí)在線監(jiān)測(cè)系統(tǒng)監(jiān)測(cè)到起升單元電機(jī)驅(qū)動(dòng)端存在振動(dòng)報(bào)警，如下圖5所示；

圖5

下圖6為該輪胎吊起升單元電機(jī)驅(qū)動(dòng)端各測(cè)點(diǎn)相關(guān)圖譜：

由上圖可知電機(jī)驅(qū)動(dòng)端測(cè)點(diǎn)存在明顯的沖擊及其諧頻，該頻率為電機(jī)驅(qū)動(dòng)端軸承的故障特征頻率，并且能量值均明顯高于減速箱各測(cè)點(diǎn)的能量值，同時(shí)現(xiàn)場(chǎng)存在明顯的高頻噪音，綜合分析認(rèn)為電機(jī)驅(qū)動(dòng)端軸承存在潤(rùn)滑不良。
通過(guò)現(xiàn)場(chǎng)人員加強(qiáng)對(duì)電機(jī)驅(qū)動(dòng)端軸承的潤(rùn)滑，現(xiàn)場(chǎng)高頻噪音消失，在線監(jiān)測(cè)系統(tǒng)監(jiān)測(cè)到的振動(dòng)數(shù)據(jù)也均回復(fù)正常，如下圖7所示，從而避免了持續(xù)運(yùn)行對(duì)設(shè)備造成的損壞。

圖7

4.總結(jié)
當(dāng)減速箱及相關(guān)傳動(dòng)系統(tǒng)發(fā)生輕微故障時(shí)，若人工定檢不能及時(shí)發(fā)現(xiàn)，小故障會(huì)伴隨著港機(jī)設(shè)備繼續(xù)運(yùn)轉(zhuǎn)，增加減速箱負(fù)荷，最終導(dǎo)致軸承損壞、斷齒等嚴(yán)重故障，給碼頭帶來(lái)巨大的維修成本。如果能通過(guò)實(shí)時(shí)在線監(jiān)測(cè)及時(shí)發(fā)現(xiàn)減速箱的運(yùn)行異常并通過(guò)故障診斷系統(tǒng)進(jìn)行報(bào)警，有效降低港機(jī)設(shè)備故障的風(fēng)險(xiǎn)，提高碼頭工作效率，為碼頭創(chuàng)造更大經(jīng)濟(jì)效益具有重要意義。

（來(lái)源：港口機(jī)械設(shè)備）