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ZPMC減速箱實時在線智能狀態監測及故障分析系統

2020-11-18
上海振華重工集團(南通)傳動機械博亚娱乐官网
減速箱是碼頭起重機械設備的關鍵部件,在碼頭的實際運營中,會有一些與減速箱相關的機械故障發生。這些減速箱通常安裝在距地面幾十米高的機房內,一旦出現故障不能及時發現,造成減速箱持續損壞,嚴重影響碼頭的經濟效益。對關鍵部位減速箱進行在線監測和故障診斷可以實時掌握設備運行狀態,對設備狀態做出實時評價,對故障做出診斷并提前預報,將故障后停機轉變為計劃停機,減少停機時間或避免事故擴大化,將設備的計劃性維修、事故性維修逐步過渡到預防性維修,可以提高企業設備管理的現代化水平,創造巨大經濟效益。
目前,ZPMC在線監測和診斷系統已在包括印度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監測及故障分析系統介紹
ZPMC減速箱實時在線智能狀態監測系統的使用將徹底改變傳統的運維模式,它是一個基于振動、溫度等指向性參數實時智能監控的系統。
該系統主要包括前端感知層,數據采集、分析與診斷模塊,用戶數據庫服務器或云服務器,Web服務器和瀏覽器等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;數據采集、分析與診斷模塊通常安裝在電氣房,用于實現各傳感器數據采集、濾波、分析及自診斷診斷;采集軟件與數據庫通常安裝在中控室,用于實現數據存儲、精密分析與大數據管理等。各功能模塊之間以物聯網作為數據交換媒介。數據采集與分析模塊通過讀取來自數據庫服務器的采集參數,對感知層設備進行設置與信號采集,并通過4G/5G/WIFI/以太網絡等中控室服務器進行實時數據傳輸;中控室服務器作為客戶端,實現參數配置、信號分析、狀態監測與故障診斷及大數據管理等。當需要遠程瀏覽數據時,瀏覽器向Web服務器發出請求,訪問數據庫服務器或云服務器,查看歷史數據。
圖1 總體框架圖
圖2 前端采集設備圖
圖3 數據分析與診斷模塊
在線監測系統通常監測的數據有: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。2)軸承溫度。軸承溫度是減速機重要的監測數據。減速機在運行時,軸承摩擦會產生一定熱量,當產生的熱量達到熱平衡時,軸承的溫度會出于正常的范圍內。當軸承出現異常后,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溫度時,應當立即停車查明原因。3)齒輪油溫度。減速機在正常工作時最到油溫不應高于90℃,當油溫過高時監測系統應進行顯示和報警。4)油液金屬磨損顆粒監測。通過實時監測齒輪油內含金屬元素的微小磨粒,經過大數據分析齒輪、軸承磨損及齒輪油壽命等。
2. ZPMC減速箱實時在線智能狀態監測及故障分析系統技術優勢
2.1 完善的數據庫資源
數據庫是在線監測與故障分析系統的關鍵部分。設備信息、零部件信息、傳感器信息、測點信息、分析結果、報警數據及故障樣本等數據都以規定的形式存儲在數據庫中,ZPMC作為港口起重機領先者,擁有港口設備完整的設計數據及故障統計數據的積累。ZPMC強大的專家團隊負責通過對減速箱運行數據的實時采集,可精準掌握減速箱運行狀態,并利用強大的數據云服務平臺的計算能力,將減速箱的運行數據與產品設計數據相結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。
2.2 智能振動在線監測系統
智能振動在線監測站能實時采集減速箱振動數據,并在本地進行數據壓縮,濾波,差分處理及指征值計算后,將計算結果傳輸至PLC和中控室服務器,快速響應設備故障,具有如下特點:
1)全采樣技術。
2)全同步采集技術。
3)狀態采集與觸發存儲技術。
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
與其它系統相比,ZPMC智能采集器具備邊緣計算能力,集采集、自適應濾波、FFT計算、寬帶、窄帶能量計算,自動診斷與報警功能于一體。ZPMC技術人員已將設備故障特征信號(如軸承)及專業工程師分析經驗(齒輪箱診斷)編寫成算法內置到采集器中,采集器自動輸出診斷結果,從而弱化現場服務工程師對振動信號分析系統專業化程度的依賴。
3. 應用案例分析
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監測系統,2018年8月現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,同時在線監測系統監測到該小車減速箱存在振動報警,如下圖4所示:
圖4
通過詳細數據分析發現該報警信息通常是在小車變速、正反轉換向以及起升或降落瞬間出現的,也就是該報警信息主要出現在工況改變的瞬間。綜合分析認為該現象是由于小車機構滾筒處存在結構松動,受到瞬時沖擊而引起減速箱的報警。通過現場人員對滾筒處的檢查發現小車滾筒鋼絲繩存在不均衡現象,在對小車滾筒鋼絲繩進行調整之后,系統報警信息消失,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監測系統,2018年11月現場人員反映有輪胎吊在運行期間出現明顯的高頻噪音,同時在線監測系統監測到起升單元電機驅動端存在振動報警,如下圖5所示;
圖5
下圖6為該輪胎吊起升單元電機驅動端各測點相關圖譜:
由上圖可知電機驅動端測點存在明顯的沖擊及其諧頻,該頻率為電機驅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,同時現場存在明顯的高頻噪音,綜合分析認為電機驅動端軸承存在潤滑不良。
通過現場人員加強對電機驅動端軸承的潤滑,現場高頻噪音消失,在線監測系統監測到的振動數據也均回復正常,如下圖7所示,從而避免了持續運行對設備造成的損壞。
圖7
4.總結
當減速箱及相關傳動系統發生輕微故障時,若人工定檢不能及時發現,小故障會伴隨著港機設備繼續運轉,增加減速箱負荷,最終導致軸承損壞、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測及時發現減速箱的運行異常并通過故障診斷系統進行報警,有效降低港機設備故障的風險,提高碼頭工作效率,為碼頭創造更大經濟效益具有重要意義。

(來源:港口機械設備)

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