设备管理《状态监测与故障诊断》.ppt

港机设备状态监测与故障诊断 状态监测与故障诊断主要方法选用 液压系统状态监测与故障诊断 电控系统的状态监测与故障诊断 典型零部件的故障诊断 状态监测与故障诊断含义和作用 状态监测与故障诊断技术的应用原则 状态监测与故障诊断主要方法及选用 3 2 1 状态监测与故障诊断主要方法选用 对港机设备的零件 部件定期或连续地通过测定其技术状态或某种输出特性 如振动 温度 噪音 压力等 来了解港机的技术状况称为港机设备状态监测 其目的是随时监视港机设备的技术状况 防止发生突发故障 掌握劣化规律 合理安排维修计划 确保其正常运行 通过测定某种输出特性来判断港机设备有没有故障和产生故障的原因与部位并预测未来称为故障诊断 状态监测与故障诊断既有联系又有区别 有时为了方便可统称为故障诊断 一 港机设备状态监测与故障诊断 连续监测 定期诊断 直接诊断 简介诊断 1 2 3 4 故障诊断有下列几种方式 二 港机设备故障诊断技术 港机设备故障诊断技术是一种在港机设备运行中或基本不拆卸的情况下 利用其发出的各种不同信息 通过检测手段判断产生故障的部位和原因 并预测故障发展的技术 设备故障诊断技术分两个层次 直观经验诊断和仪器设备诊断 直观经验诊断是通过对港机设备性能参数的检测 掌握这些参数的变化趋势 找出有问题的大致部位 它能迅速而有效地概括评价其技术状况 仪器设备诊断是在直观经验判断判定港机设备某部位 有异常 的前提下 对其再作进一步的诊断 以确定异常的形式和种类 异常的原因和部位 预测异常的发展 以便做出改善其技术状况的决策 仪器设备诊断既需要较多专用仪器 仪表 还需要较多科学技术知识以及现场经验 需要经专门培训合格的工程技术人员来进行 设备诊断技术是一门新的多学科技术 还需要不断发展 完善 三 状态监测技术 设备运行过程中 一切有发展过程的故障 包括有规则的和随机的 均可采用状态监测技术 由于状态监测设备的价格比较贵 一般应用于重要的港机设备或连续性很强 财产损失很大的港机设备及其系统 状态监测主要分类 一 振动监测 二 红外线监测 三 应变电监测 四 超声波监测 五 油样分析技术 二港机设备状态监测与故障诊断技术的应用原则 港机设备的状态监测与故障诊断作为整个港机设备技术管理工作内容的一部分 其工作的开展必须满足和适应港机设备技术管理工作的需要 指导港机设备故障的分析 为预防性维修提供切实依据 在日常工作中应按各类港机设备的技术状态和实际情况 结合维修方式的选择决定其采用的态度 港机设备诊断技术作为一种实际而有效的技术 它应该具备以下两种功能 一是在不分解 拆散设备的条件下 能定量地检测和评价设备所承受应力 故障和劣化 强度和性能等指标 二是能预测设备的可靠性并确定合理的修复方法 因此 设备诊断技术不仅是一种故障检测技术 而且在设备整个寿命周期中都起作用的技术 1 在采用诊断技术时 预先对以下几个问题进行研究非常重要 1 港机设备有哪些突发性故障 2 这些故障是否影响到安全并造成装卸生产的严重损失或导致操作者和港机设备受到损失 3 是否有发现故障的有效检查方法 4 故障诊断和改造 保养费用是否小于生产损失和事后维修费用 5 原有的装置是否符合或操作者是否执行诊断技术标准 总之 首先从欲测试的港机设备重要程度 技术和经济上进行分析 以决定采用故障诊断技术的等级 2 故障诊断技术一般适用于以下设备 1 港机装卸生产中的大型关键设备包括没有备用的大型机组 如集装箱岸边装卸桥 门座式起重机 翻车机 散货流程设备等 2 由于技术 环境等方面的原因 不能接近或解体检查的重要设备 3 维修困难 维修成本高的港机设备 4 没有备品备件 或备品备件昂贵的港机设备 5 考虑人身安全或环境保护等因素 必须采用故障诊断技术的设备 一 应用手摸触觉 观测零部件的间隙 松动和温度情况 二 应用视觉观看设备 检查零件润滑 清洁情况 三 应用听觉感知设备的响声和噪音 四 应用嗅觉闻设备发出的气味 直观经验法 三港机设备状态检测与故障诊断主要方法及选用 油液分析法以内燃机油 齿轮油 液压油等油液中大量的定性 定量信息为依据 经过对这些信息的综合与分析 最终对润滑系统 液压系统的状态作出诊断 超声探测法是指由电振荡在探头中激发高频超声波入射到构件后 若遇到构件缺陷 超声波就会被反射 散射或衰减 再经探头接收变成电信号 进而放大显示 根据显示波形来确定缺陷的部位 大小和性质 电测应力 应变 法是用电阻应变片先测出起重机械构件的表面应变 再根据应力 应变的关系式来确定构件的表面应力状态的一种实验应力分析方法 振动法 油液分析法 超声探测法 电测应力法 港机设备在运行过程中 一旦零部件 如轴承 汽缸 齿轮箱等 存在润滑不良 失圆 裂纹或其他缺陷时温度将有所上升 用仪器仪表对这些部件的温度变化进行测量 便可确定其是否正常或损坏的程度 温度法 仪器设备法 振动监测是普遍采用的基本方法 当机械内部发生异常时 一般都会随之出现振动加大和工作性能下降的变化 根据对机械振动消耗的测量和分析 就可对其劣化程度和故障性质有所了解 概述 故障率 故障预兆 状态监测与故障诊断 故障诊断实例 一 概述 由于液压技术具有一系列独特的优点 诸如 液压系统体积小 重量轻 结构紧凑 工作比较平稳 能在大范围内实现调速 易于实现遥控并且惯性小 操作方便 易于实现过载保护 液压元件能自行润滑 使用寿命较长等 因而液压系统在港机设备中运用十分普遍 要想使液压系统的优点在港机设备上得到充分的发挥 从而保证较高的完好率 必须搞好状态监测与故障诊断 采用以设备状态监测为基础的维修方法 及时 准确地掌握设备状态 开展预防维修 减少或避免故障的发生 使液压设备技术状况随时处于正常状态 保证港口生产 故障率曲线图 故障率 初期 中期 后期 液压系统同其他机械 电气系统一样 从投入运行开始 就会发生各种各样的故障 但是 在设备使用期内 故障的发生是有规律可循的 这就是常说的 浴盆现象 通常我们把液压系统的 寿命 分成三个阶段 即初期 中期 后期 二 港机设备液压系统的故障率 初期 运行初期的故障 主要由于液压系统设计不完善 元件选用不当或质量低劣 管道酸洗及元件清洗不彻底 管道布置不当 系统安装质量差等原因 造成管路震动过大 泄漏 元件阻尼孔 节流小孔 及滤清器被堵 系统压力不稳定及执行元件运动速度不稳定等故障 这一时期的故障率相对较高 中期 这一时期的故障 70 以上是由于油液受到污染及氧化变质而引起的 如 油液中的杂质颗粒 水分 气体及氧化变质产生的焦粒和糊状物等都会影响元件的正常工作 液压系统的 中期 是故障率最低的一个时期 而且没有较大的波动 在此期间如果建立良好的维护管理制度并严格执行 确保油液尽可能少的受到污染 及时按质换油 可保持这一时期的故障率达到最低状态 使设备在生产中创造最大的效益 中期 随着时间的推移 液压系统中将会出现相对运动部件之间的磨损加剧 动密封处密封件的磨损 其他密封件的老化等 这一时期的故障现象繁杂 涉及动力元件 执行元件 控制元件等 具有隐蔽性 多可能性的特点 而且系统效率大大下降 故障率呈明显上升趋势 三 港机设备液压系统的故障预兆 1 噪声过大 控制噪声强度不仅有益于人类身体健康 也是液压技术研究的重要问题之一 液压装置既是一个独立的噪声源 又受其他机械噪声的影响 所以 通常要求把噪声限制在82dB以下 液压系统的噪声是由固体 液体 气体的运动造成的 从噪声产生机理上分析不外乎有以下几项 1 机械振动 包括油泵 原动机 联轴节 轴承 管道布置及安装 油箱的布置等不当而引起的共振 2 系统压力脉动及压力急剧变化 包括流量脉动 油泵的困油现象及压力急剧变化等 3 气穴及气蚀 产生气穴噪声 4 液压冲击 2 油温过高 液压系统的工作温度一般以30 55 C为宜 油温过高将会引起一系列问题 从而使液压系统产生故障 主要表现在油温过高使油液粘度显著下降 结果使元件泄漏增加 效率下降 滑动部分因粘度下降而使油膜破坏 造成相对运动副磨损增加 从而又进一步导致发热 温升 粘度下降又使油通过流量控制元件时流量不稳定 油温过高又会使膨胀系数不同的运动副之间的间隙发生变化 或造成泄漏增大 或造成运动件动作不灵甚至卡死 油温过高还会使油液加快氧化 使用寿命降低 实践表明 当油温升高到55度以上时 油温每上升8度 其寿命减低一半 此外 油温过高会使密封件加速老化 失效 系统油温过高当然与系统的设计 包括施工安装有关 但也与维护管理不当有关 维护管理人员应能发现系统设计不合理之处并采取相应的补救措施 应当随时注意冷却器是否处于正常状态 应当注意使用油液的粘度是否符合要求 系统压力是否调得过高等 油温过高的因果关系图 3 气穴及气蚀 气穴及气蚀现象在溢流阀 节流阀及油泵吸油管道中都可能发生 对于液压系统来说 空气和尘粒 水 酸性物一样都是流动的污染物 但是 人们往往只注意消除后三种污染物 而忽视了空气的破坏作用 空气被忽视的主要原因是 到目前为止还不能用数据定量地描述它对液压系统的污染程度 但一些航空公司对因液压系统污染引起系统失灵的事故分析表明 过量的空气比其他所有污染对飞机的威胁更大 这一结论同样适用于港口机械液压系统 在液压系统中 高压区域中的空气在油中的溶解度较大 故油中所溶解的空气较多 低压区域中的空气在油中的溶解度较小 故油中超过溶解度的多余空气形成小气泡析出 而在低压区域中的气泡到高压区域就会大为缩小或消失 造成局部真空 因而产生气穴 当气泡撞到执行元件内壁而破裂时 瞬时压力可达到1750MPa 导致金属表面局部剥落 因而产生气蚀 3 气穴及气蚀 1 空气对液压系统的影响可通过简易方法来判断 通常会出现以下几种现象 1 当外载荷变化时 油泵或安全阀偶尔发生异响 如啸叫声 同时 执行机构 油缸或马达 出现蠕动或跳动 俗称 爬行 2 油箱内的液压油透明度降低 回油口处形成泡沫 3 油液过滤后能发现黑色残渣 2 产生气穴和气蚀的原因有以下几方面 1 密封不良 出现内泄 液气串通和外漏 2 油箱内的液面过低 3 吸油滤清器堵塞 造成油泵吸油不足 4 维修工艺不完善 拆装后排气不彻底 4 泄漏 液压系统的泄漏既是故障预兆 又是一种故障 泄漏分为内部泄漏和外部泄漏 外部泄漏显而易见 但内部泄漏一般需要丰富的管理经验和辅助仪器监测才能确定 泄漏产生的原因有以下几个方面 1 厂家设计 制造及安装欠妥 2 维护管理人员失职 造成拖保 拖修 3 更换的元器件质量不合格 4 操作不当 四 液压系统的状态监测与故障诊断方法 液压系统的状态监测是指利用人的感官 简单工具或仪器对系统工作中的温度 压力 转速 振动 声音 工作性能的变化等进行观察和测定 以实现预知维修 液压系统的故障诊断是指系统运行中在基本不拆卸的情况下 掌握系统运行状况 判定产生故障的原因 部位 预测 预报系统未来状态的一种技术 一 概述 停机监测 运行时监测 停机监测 运行时监测 简单仪器监测 复杂仪器监测 液压系统状态监测 直接经验监测 仪器设备监测 二 液压系统的状态监测 液压系统状态监测内容与技术 三 液压系统的故障诊断 液压系统故障诊断过程 液压系统的故障诊断技术由两部分构成 直观经验诊断技术和仪器诊断诊断技术 直观经验诊断技术由现场操作维护人员进行 可迅速对系统状态作出概括评价 当直观诊断发现系统异常但又不能作出确切的诊断时 便应用故障监测及分析技术 定量监测各种参数 最后确定异常的原因 危险程度 发展趋势和改善措施 一 直观经验诊断法 1 四觉 诊断利用视 听 触 嗅觉来判断液压系统的故障 这属于操作 维护人员的日常工作范围 这种诊断的有效性很大程度上取决于现场操作及维护人员的责任心和实际经验 1 视觉诊断 就是通过观察来进行判断 看液压系统压力表 温度计 真空表的数值是否正常 看执行元件动作是否平稳 看油位是否正常 油液是否清洁 滤清器清洁度指示器的位置 油液表面是否有泡沫 油液颜色是否正常 看有否外泄漏等 2 听觉诊断 就是听液压系统和油泵的噪声是否过大 溢流阀等压力控制阀是否有尖叫声 听换向时的冲击声是否过大 听油泵是否有因内部零件损坏而引起的敲击声 3 触觉诊断 用手来摸油泵等元件的外壳是否烫手 摸执行元件运动时及管路的振动情况 注意 此项诊断要防止烫伤 4 嗅觉诊断 用鼻子来闻液压油是否发臭 变质 有否因油液过热引发密封圈发出异味 一 直观经验诊断法 2 系统原理图分析诊断法设备交付使用以前 生产厂家必须提供完整的系统原理图及工况说明 以便于使用者对设备的维护 系统原理图对设备使用者极为重要 实践表明 液压系统原理图同电气原理图有着类似的作用 是排除系统故障的钥匙 遇到系统发生故障时 首先要对照原理图及工况说明对故障的范围进行排查 再结合运行记录 就可以把故障点压缩到最小的范围 而快速作出维修决策以消除故障 恢复生产 故障排除方法选例 工作机构运动速度不够或完全不动 修复或更换 齿轮泵磨损 内泄过大 调整变量机构增大流量 变量泵排量减小 加油到标准刻度 负荷超出额定压力 润滑运动机构 调整溢流阀压力 漏油造成存油不足 检查原动机和轴联器有无故障 油泵转速不足 故障排除方法选例 二 仪器设备诊断法 利用仪器设备诊断系统故障大都是从压力 流量 噪声等能量指标着手进行监测与诊断 其仪器设备有 1 压力监测仪器设备 有波登管式压力计 精密无液式压力计 电测式压力计及气压式压力发送器等 2 流量监测设备 有容积式流量计 节流式流量计 面积式流量计 涡轮式流量计等 3 污染测试仪器 有便携式液压油污染度测定仪 激光遮蔽式自动监测仪 超声波污染颗粒监测仪 电子式自动监测仪等 4 噪声监测仪器 有声电传感器 声级计等 5 仪器诊断应用示例 在港机设备中使用较多的是液压系统测试仪 有直通式和旁通式两种 它们的区别在于其与系统的连接方式 直通式测试仪在油路中呈串联接入 旁通式则呈并联接入系统油路中 即旁通式测试仪中的一个接头必须与油路接通 下面以叉车液压系统原理图为例进行测试 1 油泵的测试如果油泵转速正常 噪声较大 则泵的主要故障是泄漏 将油泵排油管与其他元件断开并与测试仪器进油口连接 测试仪器出口通过软管接到油箱 测试仪器可同时测出流量 压力和油温 仪器内装有负载控制阀 把阀打开 使油泵在空载下运行 达到额定转速 并使液压油达到工作温度 测出油泵的供油压力 流量 温度和转速 由此得到泵的空载流量 一般可以将此时测得的流量近似为泵的理论流量 然后 慢慢关闭负载控制阀 使泵出口压力逐渐升高 直至升达额定工作压力 12MPa 测得此时泵的流量 该流量与空载流量之比即为泵的容积效率 而两者之差即泵的内泄漏量 溢流阀A及流量分配阀的测试 2 溢流阀A及流量分配阀的测试 此项测试的目的是确定溢流阀A调压是否正确和转向回路的油量供给是否正确 测试时 先旋松加载阀 使油温 转速达到额定值 然后慢慢关闭测试仪上的加载阀 当流量为零时 检查测试仪上的压力表读书是否为6MPa 若是 则说明阀A调压正确 若不是则应重新调整 因为A调压是否正确直接影响转向装置的工作可靠性 若令发动机从怠速到额定转速范围内变挡运转 并将测试仪上的加载阀压力调到6MPa 观察流量计读数是否稳定在设计值上 若基本稳定 则说明分配阀工作正常 若波动大 则说明该阀有故障 利用液压系统测试仪既可测量系统中个主要元件的内泄漏量 又可检查与调定溢流阀 还可判定流量分配阀的工作性能 总之 可以判断系统中哪个元件发生了故障 五 常见故障诊断实例 液压元件常见故障诊断 轮式装载机液压系统常见故障诊断 液压转向系统常见故障诊断 门座起重机液压系统故障诊断 轮胎吊液压系统常见故障诊断 液压系统是由动力元件 各种液压泵 执行元件 液压缸和液压马达 控制元件 各种液压阀 和辅助元件 油箱 油管 滤油器等 组成 先分别介绍如右 1 2 3 4 5 一 液压元件常见故障诊断 选例1 转向轴柱常见故障与排除方法 一 液压元件常见故障诊断 选例2 叶片泵常见故障与排除方法 一 液压元件常见故障诊断 选例3 减压阀常见故障排除方法 一 液压元件常见故障诊断 选例4 溢流阀常见故障与排除方法 一 液压元件常见故障诊断 选例5 换向阀常见故障与排除方法 一 液压元件常见故障诊断 选例6 单向阀常见故障与排除方法 二 液压转向系统的常见故障诊断 选例1 转阀式全液压转向器常见故障与排除方法 二 液压转向系统的常见故障诊断 选例2 转阀式全液压转向器常见故障与排除方法 三 轮式装载机液压系统常见故障诊断 选例1 换向阀常见故障与排除方法 四 门机液压系统常见故障诊断 选例1 变幅液压系统常见故障与排除方法 五 轮胎吊液压系统常见故障诊断 选例1 轮胎吊液压系统常见故障与排除方法 吊具液压系统常见故障与排除方法 五 轮胎吊液压系统常见故障诊断 选例2 大车转向液压系统常见故障与排除方法 五 轮胎吊液压系统常见故障诊断 选例3 岸桥液压系统常见故障与排除方法 六 岸桥液压系统常见故障诊断 选例1 吊具液压系统常见故障与排除方法 六 岸桥液压系统常见故障诊断 选例2 电控系统的状态监测与故障诊断 状态监测与故障诊断技术的概况与发展 故障诊断的常用技术 常用的故障监测装置 系统常见故障 一 港机设备电控系统的状态监测与故障诊断技术的概况与发展 电气设备是港机设备 尤其是大型固定港机设备的核心部分 电气设备出现故障会对装卸生产造成严重影响 而电机设备往往容易出现且较难诊断的故障 近年来港机设备电气系统的状态监测及故障诊断技术得到了飞速地发展并日趋完善 由继电器 接触器的辅助连锁触点 限位开关和指示灯等组成的简单故障诊断装置 发展到当今专门用于检测及显示的微电子技术系统 如采用微机进行检测与诊断显示系统 从而完善了状态监测及故障诊断手段和功能 缩短了故障排查时间 不仅给港机设备的使用 维护和查找故障带来了很大的方便 而且通过先进的科技手段能够对整个生产过程实施有效的监控 对现代化的大型固定港机设备而言 其电气设备主要包括电动机驱动控制系统 PLC控制系统 可编程控制系统 数据传输系统及外围电气元器件等 一 电控系统状态监测与故障诊断概况与发展 一 电动机驱动控制系统的状态监测与故障诊断技术 目前国内大型港机制造公司所生产港机设备中的电动机 主要采用两种调速驱动方式 对于直流电动机采用可控硅调速方式 对于交流电动机采用变频调速方式 无论采用哪种调速方式 这些驱动系统都设有对系统本身 包括电动机 的状态检测及故障诊断装置 这些装置通常具备以下功能 系统功能选择 数据输入 设定 系统自检及相关部位的故障诊断及故障类型 或故障编号 显示 具体的故障部位显示 详细的故障可能性分析 故障时间 部位 原因等的存储 记忆 打印 因驱动系统是港机设备 特别是起重机 非常关键的部位 单就驱动系统而言不仅要求运行可靠 而且要求具具有可靠与完善的故障诊断功能 以满足愈来愈高的装卸生产的要求 由于控制技术及计算机软 硬件技术的飞速发展 各大型港机制造公司相互协作的电气制造公司 其所生产的起重机电气驱动系统也在不断完善甚至换代 而且由于变频调速技术的突破性发展并逐渐成熟 特别是大功率晶闸管的问世 使得交流变频调速技术在起重机上得到广泛应用 近期还推出各自的交流变频调速驱动新系统 如西门子公司的SIMOVERTMasterDriver交流变频系统 ABB公司的DCS600Multidrive系统 二 控制系统及外围设备的状态监测与故障诊断 随着计算机和通信技术水平的不断提高 港口的主要装卸设备都采用了PLC控制系统及相应的远程数据传输 通信 系统 这种控制系统的主要特点有 集成化高 运行可靠稳定 更强的线路保护功能 外围元件及电气线路大大减少 从而降低了安装费用 状态监测及故障诊断功能更为强大 便于进行人机对话等等 这种控制系统通常具备以下状态监测及故障诊断功能 系统自检 自身及外围部分的在线状态监测 故障报警 故障显示 故障部位及故障原因显示 故障点强制 故障存储 查询打印 程序编制 修改等功能 三 起重机管理系统 起重机管理系统是具有监控 诊断 数据采集 控制 编程等功能的全特征的控制系统 它不仅能实现状态监测 故障诊断等功能 而且具有以下特征 1 各机构运行数据的跟踪 检索 2 各机构随时运行画面显示 3 装卸作业数据的统计报表 4 整机维修保养计划管理 5 备品 备件计划管理 6 中央控制室实时状态监控 即起重机管理系统能够适用于单台起重机管 用 养 修的全过程管理 而且随着光纤技术及无线数据传输技术的发展 可以将每台岸边起重机或堆场起重机的所有可采集的信号通过光纤或无线调制解调器传输到中央控制室从而实现对整个装卸生产过程的集中管理 四 状态监测与故障诊断的发展趋势 一 系统状态监测与故障诊断功能分散与集中相结合一方面对各种电控设备 微机 控制装置 电机驱动装置 数据传输装置充实自我监控及诊断功能 实现诊断功能分散化 另一方面也强化系统各级的集中状态监测与诊断功能 从而在整体上使系统的状态监测与诊断功能得到完善和加强 二 诊断系统与运行管理系统的综合化由于诊断系统的监视功能与设备系统的运行监视功能有关 而故障处理 设备异常预知预测又与设备维修计划 备品备件管理有关 因此状态监测及故障诊断系统与设备运行管理系统二者综合为一的设备监控管理综合系统的完善应用 以成为了当前发展的趋势 三 开发智能化专家系统为实现故障原因探求 解析信号处理的结果 预测设备工况 达到诊断系统全部功能 智能化的专家诊断系统正在研制开发当中 设备故障诊断技术是指监视设备运行状态 探究异常或故障原因及预测预知的技术 其功能如图所示 二 港机设备电控系统故障诊断的常用技术 诊断系统方框图 故障现象 诊断 显示 信号处理 信号检测 信号发生 诊断用 机器设备流程系统 就电器设备诊断技术而言 通常划分为四大类 1 机器设备 旋转机器 静止设备 开关设备 各种控制盘 各种机构等 2 数字控制系统 顺序控制 数字控制 计算机控制 3 动态系统 电动机控制 电力系统 过程控制 4 大规模过程控制 各种工业控制系统 三 港机设备电控系统常用的故障检测装置 港机设备电控系统的故障检测装置有很多种 由于设备种类 机型及生产年份的不同 其故障检测装置也有很大差异 早期生产的门座式起重机 岸边集装箱装卸桥 堆场轮胎式龙门起重机等设备大多采用模拟量控制方式 因而其故障诊断装置构造较为简单 功能也较为单一 而近期生产的港机设备 无论驱动系统和电控系统均采用全数字量控制 其故障诊断装置功能较为强大 手段也更加先进 下面分别予以介绍 一 零位故障检测灯 港口起重机的起升 变幅 旋转 小车 大车 机构均设有零位连锁保护装置 采用模拟量控制的起重机 为检查零位连锁回路诸接点的状况在电气房低压控制屏上 分别设有各机构故障检查选择开关及指示灯 操作选择开关逐点检查零位连锁出点的故障情况 根据指示灯亮或灭来判断故障点的部位 三 港机设备电控系统常用的故障检测装置 二 岸边集装箱起重机故障检测显示装置 一 采用模拟量控制的岸边集装箱起重机除零件故障检测灯外 还另设专门的故障检测显示系统并伴以相应的音响报警 以便电器系统发生故障时 指示故障性质及部位 以利于维修人员判断故障 通常情况下是在司机是的联动操作台上设有综合故障指示灯及报警蜂鸣器 以显示故障类别 电气房低压控制屏上设有故障显示板 板上设有故障显示灯及音响报警器 显示板上各故障显示灯所对应的故障部位 由于生产厂家及用户要求的不同 各种岸边集装箱起重机的故障显示灯的安装部位及形式也略有不同 如上海港机长生产的ZQ26 30型岸边集装箱起重机在电气房低压控制柜上有30个显示灯 可以直接显示具体故障 同时另有4个旋转显示开关 分别用以显示起升 大车 小车 俯仰4个主要机构的故障标号 维修人员根据所显示的故障标号查阅图纸即可得知具体的故障部位 三 港机设备电控系统常用的故障检测装置 二 岸边集装箱起重机故障检测显示装置 二 全数字量控制 PLC控制 的岸边集装箱起重机岸边集装箱起重机采用PLC控制 不仅节省了大量的外围元器件和电器线路 使运行更加可靠 而且加强了对电器故障的检测和诊断功能 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含以下几个部分 1 司机室左 右操作台状态及故障显示灯 指示灯或带灯按钮 2 输入输出模块 或输入输出框架 上各个输入输出点的状态显示 发光二极管 3 低压电气柜液晶故障显示屏 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 微机 三 港机设备电控系统常用的故障检测装置 三 采用PLC可编程序控制器的故障检测显示装置 目前港机设备电控系统已普遍采用可编程序控制器 PLC 进行控制 诊断 可编程器具有以下的优点 1 可靠性高 逻辑功能强 体积小 功耗省 易于实现机 电 仪一体化 2 具有模块功能 编程方便 容易修改 可针对不同的对象进行组合和扩展 3 可代替大量继电器 时间继电器 计数器 从而降低成本 4 直接带负荷能力强 其输出模块可直接驱动执行部件的线圈 5 有断电记忆和自诊断功能 6 利用通讯线和智能模块可实现远程控制和通讯 7 可实现功能扩展 如起重机 及起重机群 管理系统的应用 同样 采用PLC的故障检测显示装置也有相当突出的优点 如 1 可实现整机系统的保护 故障诊断 检测显示及警报 2 故障检测点的数量大大增加 并可对所有检测点进行有效检测 3 显示直观 快捷 可实现故障存储及打印 4 因为可直接参与系统控制 所以不仅可实现在线监控 还具备在线强制功能 三 港机设备电控系统常用的故障检测装置 四 采用微机对晶闸管控制设备进行故障诊断 随着港口各类码头专业化的不断提高 港机设备的电气传动技术水平也得到了飞速的发展 特别是全数字化晶闸管调速控制装置在港机设备上得到了普遍应用 不仅使装置的体积大大减小 工作更加可靠 而且使传动控制系统具有了一定的智能性和高品质的调速特性 特别是对与交流变频调速系统表现尤为突出 同时由于使用了以微处理器为基础的软件 可以使电机驱动器适应特定的硬件和应用 也能使维修人员能够根据实际需要对驱动器进行准确适当的调整 晶闸管控制设备的微机故障诊断系统的主要功能如下 1 人机对话 跟踪检测运行数据 显示打印在线运行模拟量 数字量数据表 故障时可显示 打印 查询故障数据细节 2 在线监测 对晶闸管传动控制系统主要模拟量 数字量信号实现在线监测 存储和刷新 3 离线诊断 得到故障信号后 自动转向离线诊断 自动显示故障类别及具体部位 自动保存故障数据 可供查询 研究细节以便现场人员对故障进行分析 判断和确认 4 故障信号自动分类处理 可自动识别不同的故障类型 并分别加以处理 四 港机设备电控系统常见故障 因码头专业化水平的不断提高 致使港口所使用的装卸设备的机种也越来越多 同时采用的电控系统也是多种多样 因此对港机设备电控系统的故障进行全面分析是一项相对复杂的工作 电控系统故障的种类多种多样 但从其表现形式上基本可分为两种 一种称为 硬故障 即某一机构不动作 或刚一动作就断电保护 俗称 跳闸 或只能单方向动作 要么系统电源送不上或送上就 跳闸 此类故障通常是外围电气线路的问题 如电源线路有故障 或某一安全保护装置动作及某些动作条件不满足等等 此类故障通常较易判断故障点 另一种称为 软故障 即机构可以动作 但在动作过程中经常出现 跳闸 现象 而通过复位便可消除故障 继续工作 此类故障通常是由于通信问题 接触不良或环境条件不满足而造成的 因故障时有时无 且不易掌握规律 因而给故障的查找和排除均带来较大难度 下面选择了两种典型的港机设备 结合不同的电控系统 分析一些常见电气系统故障 一 门座起重机常见电气故障 选例 上升正常 下降无动作检查下降接触器的线圈回路 下降深度限位开关是否被碰掉 常闭触头是否接触不良或接线松脱等 主令控制器触头接触是否良好 各连锁触头 下降接触器本身及接线是否良好 手动切阻时抓斗开闭或能耗制动 踏下脚踏开关 控制电路失电无任何动作故障原因是时间继电器触头动作时间未调整好 其延时闭合常闭触头动作时间短 先打开 而瞬时常开触头后闭合 使电压继电器失电 造成控制电路失电 接触器无动作 自动切阻工作完全正常 用手动切阻时电动机转速起不来故障出现在中间继电器上 可能已经损坏 线圈断路 引出线断开等 或是虽能动作 但其常开触头接触不良 造成加速接触器线圈不能得电 起升机构电机堵转主要原因是熔断器熔断 致使电力液压制动器松不开 造成电机堵转 另外主令控制器触头接触不良 造成制动器接触器线圈不得电 制动器松不开 一 门座起重机常见电气故障 选例 操作变幅手柄时 不能进行增幅或减幅先将手柄放在零位 检查电压继电器是否动作 若无动作 应检查电压继电器线圈回路中的两个行程开关常闭触头接触是否良好 电压继电器线圈是否断路 线头是否折断 各接线螺丝是否松动 若电压继电器能动作 但一经操作就失电 那么是自锁触头接触不良 操作变幅时 突然失电 不能动作可能是过流继电器动作 若过流继电器未动作 按下按钮时 主接触器不动作 则应检查接触器线圈是否损坏 停止按钮触头接触是否良好 接线是否松动 过流继电器常闭触头是否损坏 接触是否良好 一 门座起重机常见电气故障 选例 旋转无动作 可能是电压继电器线圈失电 应检查主令控制器零位接触是否良好 过电流继电器常闭触头损坏或接触不良 行程开关常闭触头损坏或接触不好 电压继电器线圈损坏 线头断开或接线松动 正常操作时旋转太快 电机过热 最后一级加速接触器主触头 咬死 或电机转子滑环短路 造成无阻启动 只能单方向旋转 检查相应的接触器线圈有否断路 电气联锁触头是否良好 以及主令控制器相应的触头接触是否良好 一 门座起重机常见电气故障 选例 绝大部分岸边集装箱起重机均为全数字量控制 并且越来越多先进的计算机软硬件控制技术被采用在岸边集装箱起重机上 因而岸边集装箱起重机电控系统 特别是PLC控制系统 的故障检测变得越来越容易 尤其对外围电气线路的故障检测 不仅可以通过各类指示灯 故障显示屏直接获知故障部位 而且可以通过编程器方便快捷地找故障原因 不同的电气制造商所产生的电控系统均有不同的硬件构成及软件编程方式 因此 这里不再分系统介绍 只是对常规岸边集装箱起重机常见的电气故障进行简单的分析 下面以常规牵引式单小车岸边岸边集装箱起重机 直流驱动 为例进行介绍 控制电源 起升机构 大车行走 小车机构 俯仰机构 其他故障 一 岸边集装箱起重机常见电气故障 选例 按下控制复位按钮 指示灯不亮通常问题出在欠电压保护回路 如极限限位动作或损坏 紧停按钮被按下或短路 超速开关动作等 或者控制回路其他保护联锁动作 如手柄不在零位 按下控制复位按钮 指示灯闪烁主要因为两个驱动器中的一个有故障 致使其停止继电器的动作 有可能是因为该驱动器控制回路有问题 如熔断器熔断 线路板故障等 控制电源 按下控制复位按钮 指示灯亮一下就立即灭掉可能的原因有 控制回路有接地或短路 通信故障 如模块丢失 强制风冷部分的风机故障 如熔断器熔断 电机损坏等 上升正常 下降不动作主要原因有 下降终点或极限限位动作或短路 或相关模块输入点损坏 触箱限位全部动作或短路 或相关模块输入点损坏 手柄编码器有问题 如果下降慢速 则可能是下降减速限位动作或短路以及相关模块输入点损坏 或者操作手柄微动按钮短路 起升机构 起升 下降均不动作可能是吊具的联锁保护动作 如既不在20 也不在40 状态 可能是限位不到位或损坏 至少有一个吊具上下架限位动作或线路断开 即不在开锁状态也不在关锁状态 应检查吊具油泵是否工作 转锁及限位是否到位等 另外可能是交 直流侧熔断器熔断或接地保护动作 也可以是手柄编码器损坏或给定信号丢失 如果推动操作手柄 控制电源立即断掉 则主要原因是制动回路有故障 有可能是某一制动器损坏 制动器限位损坏或不到位以及相关模块输入点损坏 或者制动器接触起损坏另外 可能是驱动器内部硬件损坏或软件保护动作 如失磁保护 磁场过流保护 电枢瞬时过流保护 电枢热过流保护 电枢电流变化率保护等等 一 岸边集装箱起重机常见电气故障 选例 左行正常 右行不动作 或右行正常 左行不动作左 右行防撞限位动作或损坏 如果行走慢速 应检查减速限位是否动作或短路 相关模块输入点是否损坏 手柄给定信号是否正常 左右行均不动作应检查下列部位 压轨装置动作是否正常 限位是否到位 损坏 锚定限位是否到位或损坏 高压电缆过紧联锁保护是否动作 另外应检查交 直流侧熔断器是否熔断或接地保护是否动作及手柄编码器是否损坏 如果推动操作手柄 无论左右行 控制电源立即断开 则应先检查制动器回路是否正常 制动器有否损坏 制动器有否限位损坏或不到位以及相关模块输入点有否损坏 或者制动器接触器有否损坏 也有可能是驱动器内部硬件损坏或软件保护动作 如失磁保护 磁场过流保护 电枢瞬时过流保护 电枢热过流保护 电枢电流变化率保护等等 大车行走 一 岸边集装箱起重机常见电气故障 选例 后行正常 前行不动作前终点 极限限位或大梁升起小车前终点限位动作或短路 也可能是小车位置编码器或手柄编码器故障 前后行均不动作手柄给定信号丢失或手柄编码器故障 小车过下横梁保护动作 小车牵引钢丝绳或电缆拖架钢丝绳的松绳限位动作或短路 大梁不在水平位置或水平限位动作 驱动器交 直流侧过流保护熔断器熔断 如果推动操作手柄 无论前后行 控制电源立即断开 则应先检查制动器回路是否正常 制动器有否损坏 制动器有否限位损坏或不到位以及相关模块输入点有否损坏 或者制动器接触器有否损坏 也有可能是驱动器内部硬件损坏或软件保护动作 如失磁保护 磁场过流保护 电枢瞬时过流保护 电枢热过流保护 电枢电流变化率保护等等 一 岸边集装箱起重机常见电气故障 选例 小车机构 单方向不动作该方向的终点或极限限位动作或损坏 如果钩区限位动作或短路 俯仰下降也不动作 俯仰上升 下降均无动作小车不在停车位置或停车位置损坏或断路 手柄给定信号丢失或手柄编码器故障 如果推动操作手柄 无论上升 下降 控制电源立即断开 则应先检查制动器回路 包括卷筒制动器和电机制动器 是否正常 制动器有否损坏 制动器有否限位损坏或不到位以及相关模块输入点有否损坏 或者制动器接触器有否损坏 也有可能是驱动器内部硬件损坏或软件保护动作 如失磁保护 磁场过流保护 电枢瞬时过流保护 电枢热过流保护 电枢电流变化率保护等等 一 岸边集装箱起重机常见电气故障 选例 俯仰机构 慢速如果某一机构没有高速 应检查相关减速限位是否动作或短路 如果所有机构均无高速 应检查风速报警的相关装置是否正常 或者吊具上下架限位是否动作或损坏 起吊重箱时 起升和小车联动经常出现控制电路失电现象 而单机构动作正常可能是高压一次侧电压过低造成 一 岸边集装箱起重机常见电气故障 选例 其他故障 第一节 第二节 第三节 典型零部件的故障诊断 滚动轴承的故障诊断 齿轮箱的失效与诊断 液压推杆制动器的故障诊断 一 滚动轴承的故障诊断 一 滚动轴承失效的基本形式 要对滚动轴承进行故障诊断 首先应知道滚动轴承的失效形式 从而了解不同的失效所具有的技术特征 一 磨损失效磨损是滚动轴承中最常见的一种失效形式 是轴承滚道 滚动体 保持架 座孔或安装轴承的轴颈 由于机械等原因引起的表面磨损所致 而磨料的存在 是轴承磨损的基本原因 例如 滚动轴承的滚道 由于润滑不良会引起磨料磨损 当磨料较粗时 在轴承零件上的磨损带色暗 磨料较细时 形成的磨损带色亮 轴承在静止时 由于振动和磨料的共同作用 在滚道上形成与刚球 滚柱 节距相同的凹坑 由于轴承与座孔或轴颈配合太松 轴承在工作时 在配合部位引起相对运动 造成轴承座孔或轴颈的磨损 二 疲劳失效疲劳是滚动承的另一种失效形式 常表现为滚动体或滚道表面金属材料的剥落 初期 在工作表面桑形成不规则的凹坑 以后 逐渐延伸成片而脱落 造成工作表面材料剥落的主要原因是经常受到冲击的交变应力作用 有时是由于润滑不良或强制安装造成 二 疲劳失效疲劳是滚动承的另一种失效形式 常表现为滚动体或滚道表面金属材料的剥落 初期 在工作表面桑形成不规则的凹坑 以后 逐渐延伸成片而脱落 造成工作表面材料剥落的主要原因是经常受到冲击的交变应力作用 有时是由于润滑不良或强制安装造成 三 腐蚀失效轴承零件的表面腐蚀是由以下三种原因造成 一是润滑油中的水分或湿气的化学腐蚀 二是电腐蚀 若轴承表面间有较大电流通过时 使轴承表面形成点蚀 三是振动腐蚀 即由于轴承套圈在机座孔中或轴颈上有微小的相对运动使轴承表面产生锈斑样腐蚀 四 断裂失效轴承零件的破断和裂纹主要是由于磨削或热处理不当引起 也有的是由于运动时转速过高 载荷过大 润滑不良或装配不善 而后产生过大的热应力而引起 五 压痕失效滚动轴承的压痕 主要是由于装配不当 有时也由于过载或撞击造成的表面局部凹陷 六 胶合失效胶合发生在滑触的两个表面 为一个表面上的金属材料粘附到另一个表面上的现象 例如 当滚子在保持架内卡住 由于润滑不良 速度过高和惯性力的影响 保持架的材料粘附到滚子端面上 形成胶合现象 二 滚动轴承的故障诊断 滚动轴承的监测诊断技术有很多种 如振动信号分析诊断 声发射诊断 油液分析诊断 光纤监测诊断等 它们各具特点 其中振动信号分析诊断技术应用最为广泛 一 振动信号分析诊断滚动轴承的振动信号分析故障诊断方法可分为简易诊断法和精密诊断法两种 简易诊断的目的是初步判断被列为诊断对象的滚动轴承是否出现了故障 精密诊断的目的是要判断故障类型及原因 1 滚动轴承故障的简易诊断法在利用振动对滚动轴承进行简易诊断的过程中 通常是要将测得的振值 峰值 有效值等 与预先给定的某种判定标准进行比较 根据实测的振值是否超出了标准的界限来判断轴承是否出现了故障 以决定是否需要进一步进行精密诊断 因此 判定就显得十分重要 用于滚动轴承简易诊断的判定标准可大致分为三种 1 绝对判定标准是用于判定实测振值是否超越的绝对量值 2 相对判定标准是对轴承的同一部位定期进行振动检测 并按时间先后进行比较 以轴承无故障情况下的振值为基准 根据实测值与该基准振值之比来进行判定的标准 3 类比判定标准是对若干同一型号的轴承在相同的条件下在同一部位进行振动检测 并振值相互比较进行判定的标准 2 滚动轴承故障的精密诊断法通过对滚动轴承实施简易诊断发现有故障后 在实践中 往往下一步就是拆解机器更换轴承 完成了故障处理的任务 但若要判明故障的类别和原因 则还应进一步对其进行精密诊断 精密诊断的任务 就是要通过适当的信号处理方法将特定的频率成分分离出来 从而指示特定故障的存在 二 油液分析诊断滚动轴承失效的主要方式是磨损 断裂和腐浊等 其原因主要是润滑不当 因此对正在运行时使用的润滑油进行系统分析 即可了解轴承的润滑与磨损状态 并对各种故障隐患进行早预报 查明产生故障的原因和部位 只用单一手段往往由于其局限性而导致不全面的诊断结论 并易产生漏报或误报 实践证明 由以下五方面 即理化分析 污染度测试 发射光谱分析 红外光谱分析 铁谱分析构成的油液分析系统在港机设备状态监测中可以发挥重要作用 其诊断结论与现场实际状况基本吻合 具有显著的经济效益与社会效益 1 润滑油理化指标的检测 良好的润滑条件可大大减缓设备的磨损 是延长设备使用寿命的可靠保证 设备首先应做到正确选油 其次是连续跟踪检测其质量指标变化 三是挡润滑油劣变失效时应及时予以更换 为此必须对设备用油进行理化指标测试 润滑油基本的质量指标有粘度 闪点氧化安定性 总酸值或总碱值 水分 腐浊等 此外不同品种的油液优势还应根据其具体用途增测其他项目 如泡沫稳定性 抗乳化性 残碳 灰分 密度等 2 污染度测试 润滑油液经过使用后不可避免地会收到不同程度的污染 污染来自内部和外部两个方面 内部有在摩擦热作用下油液本身氧化产生的树脂类不溶物 胶质 高聚物 积碳等污染杂质混杂混在油液中 外部有运动摩擦副产生的固体金属颗粒或由于设备泄露带入空气中混杂的粉尘 砾石 金属碎屑等 对润滑油液造成污染 污染对油液性能及设备的磨损产生直接的危害 因此经常检测油液的污染程度 判断污染产生的原因并加以解决 确保油液的高清洁度是至关重要的一环 3 发射光谱分析有业中金属元素含量 润滑油中经常会有一些金属元素 这些元素的来源有三类 一是来自润滑油液中的添加剂 如钙 钡等 二是外界污染混入的杂质带来的 如硅 钠等 三是磨损颗粒中的金属成分 如铜 铬 等 港机设备在投入使用之前应检测其新润滑油中金属元素的种类及数量 并做好记录档案 新油中的金属元主要来源于添加剂 含量是一定值 随着设备运行时间的延长 润滑油中金属元素的种类和数量均会发生相应改变 根据变化趋势而已判断设备产生磨损的部位和状态 正因为如此 利用发射光谱进行润滑油质工况监测是国内外应用最早和最广泛的手段之一 已取得特别明显的效果 定期测试润滑油液中金属元素的含量 掌握其变化趋势是港机设备状态检测的核心内容 正因为如此 利用发射光谱进行润滑油质工况监测是国内外应用最早和最广泛的手段之一 已取得特别明显的效果 4 红外光谱分析 红外光谱的出现使状态监测又增添了一个新的重要手段 众所周知 润滑油性能的好坏主要取决于基础油各种添加剂的性质 润滑油的劣化额失效主要是由于添加剂的摩擦热的作用下发生了氧化 酸化 降解而相应生成了氧化物 酸化物 硝化物 树脂 积碳等有害物质