上海振華重工集團（南通）傳動機械有限公司

減速箱是碼頭起重機械設(shè)備的關(guān)鍵部件，在碼頭的實際運營中，會有一些與減速箱相關(guān)的機械故障發(fā)生。這些減速箱通常安裝在距地面幾十米高的機房內(nèi)，一旦出現(xiàn)故障不能及時發(fā)現(xiàn)，造成減速箱持續(xù)損壞，嚴重影響碼頭的經(jīng)濟效益。對關(guān)鍵部位減速箱進行在線監(jiān)測和故障診斷可以實時掌握設(shè)備運行狀態(tài)，對設(shè)備狀態(tài)做出實時評價，對故障做出診斷并提前預報，將故障后停機轉(zhuǎn)變?yōu)橛媱澩C，減少停機時間或避免事故擴大化，將設(shè)備的計劃性維修、事故性維修逐步過渡到預防性維修，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)濟效益。
目前，ZPMC在線監(jiān)測和診斷系統(tǒng)已在包括印度Adani項目、新加坡PSA項目、沙特吉達項目、美國新奧爾良項目、以色列海法項目、寧波梅山項目等20多個國家1000多臺岸橋及輪胎吊上廣泛使用，使用效果得到用戶的肯定和認同。
1. ZPMC減速箱實時在線智能狀態(tài)監(jiān)測及故障分析系統(tǒng)介紹
ZPMC減速箱實時在線智能狀態(tài)監(jiān)測系統(tǒng)的使用將徹底改變傳統(tǒng)的運維模式，它是一個基于振動、溫度等指向性參數(shù)實時智能監(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，用戶數(shù)據(jù)庫服務(wù)器或云服務(wù)器，Web服務(wù)器和瀏覽器等4個部分。前端感知層包括各類傳感器，如振動、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)庫通常安裝在中控室，用于實現(xiàn)數(shù)據(jù)存儲、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讀取來自數(shù)據(jù)庫服務(wù)器的采集參數(shù)，對感知層設(shè)備進行設(shè)置與信號采集，并通過4G/5G/WIFI/以太網(wǎng)絡(luò)等中控室服務(wù)器進行實時數(shù)據(jù)傳輸；中控室服務(wù)器作為客戶端，實現(xiàn)參數(shù)配置、信號分析、狀態(tài)監(jiān)測與故障診斷及大數(shù)據(jù)管理等。當需要遠程瀏覽數(shù)據(jù)時，瀏覽器向Web服務(wù)器發(fā)出請求，訪問數(shù)據(jù)庫服務(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)測系統(tǒng)通常監(jiān)測的數(shù)據(jù)有：1）振動。振動信號含有豐富的故障信息，能夠較快、較直觀地反映減速機的運行狀態(tài)。2）軸承溫度。軸承溫度是減速機重要的監(jiān)測數(shù)據(jù)。減速機在運行時，軸承摩擦會產(chǎn)生一定熱量，當產(chǎn)生的熱量達到熱平衡時，軸承的溫度會出于正常的范圍內(nèi)。當軸承出現(xiàn)異常后，熱平衡會被破壞，軸承溫度會迅速升高，若軸承溫度超過預設(shè)溫度時，應(yīng)當立即停車查明原因。3）齒輪油溫度。減速機在正常工作時Z到油溫不應(yīng)高于90℃，當油溫過高時監(jiān)測系統(tǒng)應(yīng)進行顯示和報警。4）油液金屬磨損顆粒監(jiān)測。通過實時監(jiān)測齒輪油內(nèi)含金屬元素的微小磨粒，經(jīng)過大數(shù)據(jù)分析齒輪、軸承磨損及齒輪油壽命等。
2. ZPMC減速箱實時在線智能狀態(tài)監(jiān)測及故障分析系統(tǒng)技術(shù)優(yōu)勢
2.1 完善的數(shù)據(jù)庫資源
數(shù)據(jù)庫是在線監(jiān)測與故障分析系統(tǒng)的關(guān)鍵部分。設(shè)備信息、零部件信息、傳感器信息、測點信息、分析結(jié)果、報警數(shù)據(jù)及故障樣本等數(shù)據(jù)都以規(guī)定的形式存儲在數(shù)據(jù)庫中，ZPMC作為港口起重機領(lǐng)先者，擁有港口設(shè)備完整的設(shè)計數(shù)據(jù)及故障統(tǒng)計數(shù)據(jù)的積累。ZPMC強大的專家團隊負責通過對減速箱運行數(shù)據(jù)的實時采集，可精準掌握減速箱運行狀態(tài)，并利用強大的數(shù)據(jù)云服務(wù)平臺的計算能力，將減速箱的運行數(shù)據(jù)與產(chǎn)品設(shè)計數(shù)據(jù)相結(jié)合進行比對分析和評估，從而可準確的評估減速箱的運行狀態(tài)。
2.2 智能振動在線監(jiān)測系統(tǒng)
智能振動在線監(jiān)測站能實時采集減速箱振動數(shù)據(jù)，并在本地進行數(shù)據(jù)壓縮，濾波，差分處理及指征值計算后，將計算結(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：
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)存儲技術(shù)。
4）智能采集器具有良好的膨脹特性，能接入振動、速度、液位、溫度等信號。
5）自動與智能診斷功能。
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算能力，集采集、自適應(yīng)濾波、FFT計算、寬帶、窄帶能量計算，自動診斷與報警功能于一體。ZPMC技術(shù)人員已將設(shè)備故障特征信號（如軸承）及專業(yè)工程師分析經(jīng)驗（齒輪箱診斷）編寫成算法內(nèi)置到采集器中，采集器自動輸出診斷結(jié)果，從而弱化現(xiàn)場服務(wù)工程師對振動信號分析系統(tǒng)專業(yè)化程度的依賴。
3. 應(yīng)用案例分析
1）南方某碼頭岸橋減速箱安裝ZPMC減速箱實時在線智能狀態(tài)監(jiān)測系統(tǒng)，2018年8月現(xiàn)場人員反映某岸橋小車減速箱在運行期間存在相比其它岸橋小車減速箱有明顯的異響，同時在線監(jiān)測系統(tǒng)監(jiān)測到該小車減速箱存在振動報警，如下圖4所示：

圖4

通過詳細數(shù)據(jù)分析發(fā)現(xiàn)該報警信息通常是在小車變速、正反轉(zhuǎn)換向以及起升或降落瞬間出現(xiàn)的，也就是該報警信息主要出現(xiàn)在工況改變的瞬間。綜合分析認為該現(xiàn)象是由于小車機構(gòu)滾筒處存在結(jié)構(gòu)松動，受到瞬時沖擊而引起減速箱的報警。通過現(xiàn)場人員對滾筒處的檢查發(fā)現(xiàn)小車滾筒鋼絲繩存在不均衡現(xiàn)象，在對小車滾筒鋼絲繩進行調(diào)整之后，系統(tǒng)報警信息消失，從而避免了長期運行帶來的減速箱損壞。
2）廣州某碼頭輪胎吊減速箱安裝ZPMC減速箱實時在線智能狀態(tài)監(jiān)測系統(tǒng)，2018年11月現(xiàn)場人員反映有輪胎吊在運行期間出現(xiàn)明顯的高頻噪音，同時在線監(jiān)測系統(tǒng)監(jiān)測到起升單元電機驅(qū)動端存在振動報警，如下圖5所示；

圖5

下圖6為該輪胎吊起升單元電機驅(qū)動端各測點相關(guān)圖譜：

由上圖可知電機驅(qū)動端測點存在明顯的沖擊及其諧頻，該頻率為電機驅(qū)動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點的能量值，同時現(xiàn)場存在明顯的高頻噪音，綜合分析認為電機驅(qū)動端軸承存在潤滑不良。
通過現(xiàn)場人員加強對電機驅(qū)動端軸承的潤滑，現(xiàn)場高頻噪音消失，在線監(jiān)測系統(tǒng)監(jiān)測到的振動數(shù)據(jù)也均回復正常，如下圖7所示，從而避免了持續(xù)運行對設(shè)備造成的損壞。

圖7

4.總結(jié)
當減速箱及相關(guān)傳動系統(tǒng)發(fā)生輕微故障時，若人工定檢不能及時發(fā)現(xiàn)，小故障會伴隨著港機設(shè)備繼續(xù)運轉(zhuǎn)，增加減速箱負荷，Z終導致軸承損壞、斷齒等嚴重故障，給碼頭帶來巨大的維修成本。如果能通過實時在線監(jiān)測及時發(fā)現(xiàn)減速箱的運行異常并通過故障診斷系統(tǒng)進行報警，有效降低港機設(shè)備故障的風險，提高碼頭工作效率，為碼頭創(chuàng)造更大經(jīng)濟效益具有重要意義。

（來源：港口機械設(shè)備）