维普资讯 http://www.cqvip.com 岸边集装箱起重机状态监测 天津港机电设备安装工程有限公司 王毅 了涉及摩擦学的多学科活动的指数式增长，它将许多 学科揉进一个公认的以控制摩擦和减少磨损为目的的 多学科主题中。应用摩擦学研究成果带来巨大的经济 效益，节约了大量的能源、材料和人力。 １摩擦学大系统 摩擦学（Ｔｒｉｂｏｌｏｇｙ）是研究相对运动、相互作用表 ０前言 面的有关理论与实践的一门科学与技术。在摩擦学研 究不断深入的同时，其研究范围也进一步扩大，已从单 纯的摩擦、磨损与润滑等方面，发展到机械设备的状态 监测，并正在向设备维修管理渗透。１９９３年，专家们 为了适应摩擦学发展的需要，提出摩擦学大系统理论。 摩擦学大系统理论把状态监测列为一个必须的子系统 （见图１ ｏ这样就把状态监测这一活跃领域与摩擦学 岸边集装箱起重机（也称集装箱装卸桥，简称装 卸桥）是大型、专业化集装箱码头前沿必备的设备，是 一种大型港口机械。它主要用于集装箱船舶的装卸作 业，也可用于装卸重大件货物。由于它价格比较昂贵， 使用频率较高，维修起来较不方便，因此采用整机状态 监测与故障诊断的方法可大大提高整机的使用寿命， 延长维修周期。天津港的装卸桥全部采用ＰＬＣ （Ｐｒｏｇｒａｍｍａｂｌｅ Ｌｏｇｉｃ Ｃｏｎｔｒｏｌｌｅｒ，可编程逻辑控制器） 控制，不仅节省了大量的外围元器件和电气线路，使运 行更加可靠，而且强化了对电气故障的监测和诊断功 能，极大地方便了使用和维修。采用ＰＬＣ控制的装卸 桥，其故障检测显示装置“ 通常包括以下几部分： （１）司机室左、右操作台状态及故障显示灯： （２）输入输出模块上各个输出点的状态显示： （３）低压电器柜液晶故障显示屏； （４）驱动控制柜液晶故障显示屏： （５）外接终端故障检测显示装置。 机械设备状态监测理论与可靠性维修理论都是基 于摩擦学建立起来的。摩擦学是近３０年发展起来的 一门综合性边缘学科，作为一个科学概念的出现，引发 ８集装箱化２００７．０６ 维普资讯 http://www.cqvip.com 组成了一个整体，从而用摩擦学的丰富知识来指导状 态监测工作，分析设备故障原因。 Ｉ—ｌ圭堡塑 一一＿—丁ｌ＿Ｉｒ 摩擦副 ｉ ＿＿——厂百 如何选择油或脂润滑 摩 擦 学 大 润滑子系统 系 统 状态检测子系统（必须） 状态补偿及控制子系统 图１摩擦学大系统结构 摩擦学大系统理论还建议把系统的补偿及控制作 一 为摩擦学大系统的一个子系统。系统的控制与补偿具 体到机械设备管理中的一个内容就是设备的保养与维 修，目的是使其部分或全部恢复原状，所以设备的维修 系统是摩擦学大系统中状态补偿及控制子系统的一个 组成部分。 随着摩擦学的发展，摩擦学的研究突破了原来有 关摩擦学的定义范围。新的摩擦学定义 为：“摩擦学 是关于自然界系统中相互作用、相互运动表面参与作 用的介质在系统中的行为和结果的科学及有关技术。” 最初的摩擦学以研究机械设备的摩擦、磨损与润滑这 ３个相互关联的领域课题为目标，后来逐步发展到监 测机械设备的摩擦学时变特性且依此诊断机械设备的 故障，实施状态控制与补偿，为机械设备的保养、维修 管理提供决策依据。 ２机械设备的状态监测技术 机械设备的状态就是它的结构状态，由于摩擦行 为，这种状态是运动的，而所谓摩擦磨损则是关于这种 状态某个侧面的一种描述。例如，系统的润滑状态或 称摩擦状态，实际上就是润滑剂在摩擦副中存在状态 的描述，磨损状态则是关于摩擦副两表面几何形状和 特性变化的描述，振动在很多情况下是由摩擦磨损和 润滑不良引起的。 摩擦磨损状态可以由系统的输出或输入／输出关 系来进行状态识别，或称状态监测，涉及的参数主要 有温度、油膜、振动、噪声、磨粒等。通过对所取得的 油液（磨粒）、振动、温度和噪声等信号进行分析，在一 系列相关模型的基础上，可以对系统的当 估计或对状态变化趋势做出预测。这种 的评估及状态变化趋势的预测是一切设 据。油液分析中的铁谱、光谱和颗粒计数 以直观地反映摩擦学系统中摩擦副的磨ｊ 机理及润滑状态。温度参数变化则可反 磨损使配合间隙增大而产生振动，振动反 磨损进程。 机械状态监测的任务是：对设备运 获取的各种有效数据进行对比、分析和研 设备失效的形式和规律，确定其运行的拄 ３机械设备维修方式 设备维修管理制度的发展经历了３一 （１）第１阶段是“二战”前的一段时期 事后维修策略： （２）第２阶段是“二战”到２０世纪６０ 防维修（或称定期维修）策略； （３）第３阶段是１９６６年至今，３０多年 的科学技术都得到了迅猛的发展，为了 需要，在这一阶段发展了一种视情维修舞 视情维修是随着状态监测技术和监 展，根据设备所处的状态来决定维修时期 同时，在第３阶段，各国科技人员相继提Ｅ 代的综合维修方式，这一维修策略强调 心的维修思想。它以设备固有可靠性为． 不同机械的故障规律和性质，通过特定自 析方法，确定出复杂设备预定的维修项目 最佳安排，同时达到维修费用最节省。 ２００ 维普资讯 http://www.cqvip.com ４港口机械状态监测现状 天津港以１９８４年下放天津市管理为分界标志，通 过不断改革创新、自我完善等一系列行之有效的措施， 实现了跨越式发展。港口集团公司以“科教兴港”为理 念，一方面派出技术骨干学习先进知识，另一方面聘请 专家、学者指导和培训技术管理人员。首先在润滑管 理方面实现了突破，各基层单位相继成立润滑油化验 室并致力于油质分析，“用油对路、按质换油、‘三滤’管 理”作为当时的“天津港特色”载入港口管理光辉史册。 ２Ｏ世纪９Ｏ年代初期，港口机械的状态监测纳入天津 港设备正规管理。经过多年的探索与实践，建立起一 套完整的机械状态监测体系，并以此为基础，形成较为 科学的维修方式，从定期维修逐步转向视情维修。经 过长期不懈的努力和科学实践，港口机械设备连续使 用１Ｏ年无大修已屡见不鲜。这些举措的实施，极大地 降低了机械使用成本，提高了生产效率，延长了机械设 备的使用寿命，为天津港带来巨大的经济效益和市场 效益。 ５港口机械状态监测中心的建立 ５．１ 被监测设备的界定 在港口机械状态监测管理中，首先要确定状态监 测所涵盖的机械设备，并非所有设备都要进行状态监 测。对于价值较高、生产作业中的重要机械或关键设 备必须实行状态监测，而对于一般性辅助机械或车辆 则不必监测，以免浪费人力、物力，得不偿失。 １Ｏ集装箱化２００７．０６ ５．２模糊理论应用 状态监测是故障诊断技术的前提，可靠性维修是 故障诊断的目的。但是，一些复杂的机械设备，其故障 状态形成的原因与征兆的因果关系是错综复杂的，使 用检测手段不易分离故障状态信息，征兆与状态之间 无法建立确定的数学模型，一般的诊断理论不能准确 表述，只能用模糊理论来识别状态，否则就不能得到真 实的机械技术状况，维修的可靠性也就无从谈起。所 以，设备监测者应该具备模糊理论知识并加以运用。 ５．３监测信号的开发 对状态监测所采集的故障信息数据要进行二次开 发。原始数据的猎取是为了诊断机械的技术状况，但 更重要的是要从中找出设备失效的客观规律，为机械 设备的现代化管理提供可靠的依据。这就是信息数据 的二次开发，是非常具有现实和长远意义的工作。 ５．４建立监测中心 港口的润滑油化验室和状态监测机构分散于各基 层单位，难以形成统一的、权威性的结论或成果。应该 组建专业的港口机械状态监测中心，其作用是充分利 用和发挥规模优势，提高机械状态监测水平：制定机械 状态监测与维修的技术性文件，指导港口机械设备状 态监测工作，使设备管理工作更具科学性；整理机械设 备的原始资料，筛选真实可靠的监测数据，以摩擦学大 系统理论为基础，以模式识别理论、模糊理论等为理论 指导，深入研究机械失效的变化规律：开发、设计港口 机械状态监测与故障诊断系统软件：设计并实施港口 机械远程状态识别系统 （见图２），规划状态监测策略 和目标，为港口机械状态监测与维修筹划现代化的科 学管理模式：掌握科技动态趋势，研究港口机械设备管 理的发展方向，创新维修模式：加强与高等学府、科研 图２设备远程监测诊断体系结构 维普资讯 http://www.cqvip.com 机构的合作，开发运用信息系统和前沿科学成果，为港 止使用，拆检轴承进一步确认后采取措施解决。当然， 口机械状态监测与维修提供高科技支撑和保障。 要根据实际情况来确定温度标准，必须考虑室内工作 与室外工作的区别以及环境温度、污染程度、通风条 ６港口机械的状态监测 对大型机械设备进行状态监测是十分必要的，特 别是对能够影响生产和效率的关键部位的监测。采取 件、空气湿度和润滑状况等因素对减速箱工作温度的 影响。 振动监测标准以振动烈度 来评定，ＩＳＯ ２３７２标准 中规定了各类旋转机械振动烈度的分类和适用范围。 也可用相对判断法来判定：把减速箱正常运行过程中 产生的宽频（１０～１ ０ｏ０Ｈｚ）振动速度信号的均方根值 较为先进的监测手段和预控措施，可以显著减少在线 故障停时，保证企业生产目标的顺利实现。 大型装卸固定机械，如岸边集装箱起重机，场地起 重机等，是港口装卸生产的主力设备，其技术状态直接 关系到船舶动态的兑现和生产任务的完成。大型装卸 固定机械通过钢架结构、电机、减速箱、控制和传动等 系统，实现运转、俯仰（或变幅）、旋转、行走和起升（或 伸缩）等动作。 必须定期对钢架结构进行探伤检测，特别要重点 监测承重结构和受力复杂、工况恶劣部位，防止钢架结 构出现变形、断裂和其他影响结构性能的隐患发生。 减速箱是重要部件，应该对其轴承进行温度监测 和振动监测并辅以减速箱油液化验监测。监测其温度 是为了综合检查轴承运行是否正常，润滑是否适当，轴 承组件配合是否适当；振动监测主要检查轴承是否破 损、滚动体是否有点蚀、剥落现象，减速箱齿轮啮合是 否正常，有无轮齿损坏、齿轮轴变形等；油液化验是为 了确定减速箱磨损状况，根据在一定使用期内油液中 各元素的含量的多少来－ｙ０断减速箱内各部件磨损是否 异常。 需要说明的是，以上监测手段必须有相应的标准 来支持。 温度监测的标准依据设备的使用说明书、专业标 准、减速箱工作环境来确定，一般温度高于６００ ｏＣ就 要重点关注，８００。Ｃ以上即可确定为异常，应该立即停 （振动烈度）作为原始值，减速箱的状态变化以原始值 的倍数为标志，实测值在原始值２倍以下时，设备运行 正常：２～４倍时，判为设备异常；４～６倍时判定设备 有严重故障。润滑油液的判定标准比较齐全，在此不 再赘述。 大型装卸固定机械的集中润滑装置的作用是保障 设备重要部位的润滑。靠人工到润滑点去检验一些重 要部位非常不便并存在人身安全隐患。可在润滑点安 装压力传感器，润滑油（脂）的压力达到规定值，回馈灯 亮：润滑油路有故障时，润滑点达不到规定压力值，回 馈灯不亮，立即检修该油路。这样既可节省大量人工， 减少不安全因素，又能确保良好的润滑效果。 ７结束语 目前，港口装卸机械仍有很多部位还没有有效的 监测手段，比如钢丝绳。超负荷传感器、力矩传感器等 均为保护钢丝绳的限载荷装置，无法检测钢丝绳断丝、 变形故障，因而需要有一种装置检测钢丝绳的技术状 况。今后努力的方向是遵循科学的发展观，发扬创新 精神，开发更加科学合理的监测技术和装置，拓宽港口 机械状态监测的范畴，使之向纵深方向延伸，为提升设 备管理层次作出更大的贡献。 参考资料： ｎ］交通部水运司．港口起重运输机械管理手册【Ｍ］．北京：人民 交通出版社，２００２． 【２】谢小鹏．设备状态识别与维修决策【Ｍ】．北京：中国石化出版 社，２０００． 【３】钟秉林，黄仁．机械故障诊断学【Ｍ］．北京：机械工业出版社， １９９８． 【４】佟德纯，姚宝恒．设备远程诊断技术…．机电一体化，２００１． 【５】屈维德，唐恒龄．机械振动手册【Ｍ］．２版．北京：机械工业出版 社，２０００． （编辑：徐银富收稿日期￣２００７—０３．０７） ２００７．０６集装箱化１１