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        橋式起重機(jī)變頻改造前后主梁振動(dòng)狀況對比分析

        2013-12-04 01:50:06趙學(xué)明邱法聚丁高耀
        設(shè)備管理與維修 2013年12期
        關(guān)鍵詞:工頻起重機(jī)主梁

        趙學(xué)明 邱法聚 丁高耀

        寧波凹凸重工有限公司 浙江寧波市

        一、概述

        某公司兩臺QD100/50-22.1/12吊鉤橋式起重機(jī),因吊裝精度的需要,其中1臺大、小車調(diào)速方式由轉(zhuǎn)子串電阻調(diào)速改造為變頻調(diào)速,另外1臺仍然工頻運(yùn)行。為了比較變頻改造前后主梁在振動(dòng)加速度上的變化,在不同工況下對兩臺起重機(jī)進(jìn)行振動(dòng)測試與分析。起重機(jī)變頻改造前后基本參數(shù)見表1。

        表1 改造前后QD100/50-22.1A6起重機(jī)基本參數(shù)

        二、測試準(zhǔn)備

        1.儀器

        (1)動(dòng)態(tài)信號測試分析系統(tǒng)。采用江蘇東華測試技術(shù)股份有限公司的DH5920動(dòng)態(tài)信號測試分析系統(tǒng),它包括動(dòng)態(tài)信號測試所需的信號調(diào)理器(應(yīng)變、振動(dòng)等調(diào)理器)、直流電壓放大器、抗混濾波器、A/D轉(zhuǎn)換器、緩沖存儲器以及采樣控制和計(jì)算機(jī)通信的全部硬件,并提供操作方便的控制軟件及分析軟件,是以計(jì)算機(jī)為基礎(chǔ)、智能化的動(dòng)態(tài)信號測試分析系統(tǒng)。

        (2)振動(dòng)加速度傳感器。常用的振動(dòng)加速度傳感器按各自的工作原理可分為壓電式、壓阻式、電容式。

        壓電式傳感器利用彈簧質(zhì)量系統(tǒng)原理,具有動(dòng)態(tài)范圍大、頻率范圍寬、堅(jiān)固耐用、受外界干擾小以及壓電材料受力自產(chǎn)生電荷信號不需要任何外界電源等特點(diǎn),是廣泛使用的振動(dòng)測量傳感器。但與壓阻和電容式相比,最大缺點(diǎn)是不能測量零頻率的信號。

        壓阻式加速度傳感器測量頻率范圍可從直流信號到具有剛度高,測量頻率范圍到幾十千赫茲的高頻測量。超小型化的設(shè)計(jì)是壓阻式傳感器的一個(gè)特點(diǎn)。盡管壓阻敏感芯體的設(shè)計(jì)和應(yīng)用具有很大靈活性,但對某個(gè)特定設(shè)計(jì)的壓阻式芯體而言,其使用范圍一般要小于壓電型傳感器。壓阻式加速度傳感器的另一缺點(diǎn)是受溫度的影響較大,實(shí)用的傳感器一般都需要進(jìn)行溫度補(bǔ)償。

        電容式加速度傳感器的結(jié)構(gòu)形式一般采用彈簧質(zhì)量系統(tǒng),當(dāng)質(zhì)量受加速度作用運(yùn)動(dòng)而改變質(zhì)量塊與固定電極之間的間隙進(jìn)而使電容值變化。電容式加速度計(jì)與其他類型的加速度傳感器相比,具有靈敏度高、零頻響應(yīng)、環(huán)境適應(yīng)性好的特點(diǎn),尤其是受溫度的影響比較小;不足之處是信號的輸入與輸出為非線性,量程有限,受電纜的電容影響,以及電容傳感器本身是高阻抗信號源,因此電容傳感器的輸出信號往往需通過后繼電路給予改善。在實(shí)際應(yīng)用中電容式加速度傳感器較多地用于低頻測量。

        由于起重機(jī)主梁在額定載荷下的振動(dòng)頻率比較低,根據(jù)ISO 22986:2007《起重機(jī) 剛度 橋式和門式起重機(jī)》的規(guī)定,通常情況下只要額定載荷下的主梁動(dòng)剛度≥2Hz即可滿足設(shè)計(jì)要求。通過查閱相關(guān)參考資料,該型橋式起重機(jī)主梁動(dòng)剛度一般不會超過5Hz,因此測試選用了低頻特性和環(huán)境適應(yīng)性比較好的DH301電容式三向振動(dòng)加速度傳感器,該傳感器具有直流(零頻)響應(yīng)特性,可同時(shí)測量x、y、z方向加速度。

        2.方法

        先將加速度傳感器安裝在起重機(jī)主梁測點(diǎn)處,主方向與所測振動(dòng)方向相一致,并與電荷放大器相連接,其輸出信號與動(dòng)態(tài)數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)相連;然后按測試工況加載相應(yīng)載荷,用動(dòng)態(tài)信號分析儀記錄所產(chǎn)生的動(dòng)態(tài)信號;直接讀取振動(dòng)加速度值,進(jìn)行數(shù)據(jù)分析。

        3.測點(diǎn)布置

        加速度傳感器布置在起重機(jī)主梁中間合適位置處。由于測試屬于低頻測量,對傳感器固定方式要求不高,不需要像高頻測量那樣要采用螺釘安裝的形式,因此現(xiàn)場采用502膠水粘結(jié)方式固定加速度傳感器。為保證傳感器水平,先將傳感器粘結(jié)到全站儀的底座上,然后再用膠水固定牢靠底座。通過旋轉(zhuǎn)底座上的3個(gè)調(diào)整螺母,使水泡處于中心位置,這樣就間接保證了傳感器處于水平面上。

        如圖1所示,傳感器安裝完畢后,X軸沿著主梁方向,Y軸垂直于主梁與大車運(yùn)行方向一致,Z軸垂直于主梁水平面。

        圖1 振動(dòng)加速度傳感器安裝示意圖

        4.工況

        此次測試共設(shè)如下5種工況:

        (1)平穩(wěn)起升制動(dòng)。額定載荷,小車位于主梁跨中位置,吊重離地0.1m,全速起升吊重至離地面5m,平穩(wěn)制停。

        (2)緊急起升制動(dòng)。額定載荷,小車位于主梁跨中位置,吊重落地,鋼絲繩松馳,全速起升吊重離地面5m,平穩(wěn)制停。

        (3)點(diǎn)動(dòng)。額定載荷,小車位于主梁跨中位置,吊重離地1.0m左右,點(diǎn)動(dòng)起升3次,點(diǎn)動(dòng)下降3次,每次點(diǎn)動(dòng)需待重物稍稍穩(wěn)定后方能進(jìn)行下1次點(diǎn)動(dòng)。

        (4)小車起制動(dòng)。額定載荷,吊重離地0.5m左右,小車在司機(jī)室側(cè),全速運(yùn)行至小車位于主梁跨中位置,制停。

        圖2 平穩(wěn)起升制動(dòng)工況

        圖3 緊急起升制動(dòng)工況

        圖5 小車啟制動(dòng)工況

        (5)大車啟制動(dòng)。額定載荷,小車位于主梁跨中位置,吊重離地0.5m左右,啟動(dòng)大車至額定速度,制停。

        根據(jù)起重機(jī)的使用特性,司機(jī)在操縱起重機(jī)時(shí)應(yīng)連續(xù)均勻加減擋,每擋停留時(shí)間約1s。

        三、數(shù)據(jù)采集與分析

        數(shù)據(jù)采集前,對照傳感器校驗(yàn)證書輸入每個(gè)通道的靈敏度系數(shù),X=66.6mV/EU、Y=5.8mV/EU、Z=66.3mV/EU;選擇合適的量程,如果是第一次采樣,對于所采信號大小不確定,可先預(yù)采樣,根據(jù)所采信號的大小來確定量程范圍;設(shè)置“測量類型”為電壓測量,“輸入方式”為 DIF_DC,“工程單位”為 m/s2,“采樣頻率”為50Hz,設(shè)置無誤后,平衡清零開始采樣。每采集完一批數(shù)據(jù)需進(jìn)行備份操作,以免誤操作將數(shù)據(jù)覆蓋。

        采集過程中時(shí)刻觀察每個(gè)通道的時(shí)域信號,以免信號過載,若采集過程中有信號過載的現(xiàn)象發(fā)生,應(yīng)停止采樣,更改量程后重新采集。

        振動(dòng)信號分析主要是比較各工況下的振動(dòng)加速度值。由于上述第1~3工況,大小車不動(dòng),在水平方向的沖擊相對于垂直方向要小的多,幾乎為0,因此在上述3種工況中只分析垂直方向Z軸的振動(dòng)變化情況。第4工況,起升機(jī)構(gòu)和大車不動(dòng),同理,只分析沿主梁方向X軸的振動(dòng);第5工況,由于改造后的起重機(jī)操作聯(lián)動(dòng)臺觸點(diǎn)接觸不良,致使該工況測試失敗,因此暫不予以分析。

        (1)從圖2可看出,起升機(jī)構(gòu)在平穩(wěn)起升制動(dòng)工況中,工頻運(yùn)行向上最大加速度為0.15m/s2,最大向下加速度為0.14m/s2;變頻運(yùn)行最大向上加速度為0.13m/s2,最大向下加速度為0.14m/s2。經(jīng)算數(shù)平均計(jì)算,在該工況中工頻運(yùn)行比變頻運(yùn)行的振動(dòng)加速度高7%左右。

        (2)從圖3可看出,起升機(jī)構(gòu)在緊急起升制動(dòng)工況中,工頻運(yùn)行最大向上加速度為0.15m/s2,最大向下加速度為0.15m/s2;變頻運(yùn)行最大向上加速度0.18m/s2,最大向下加速度為0.16m/s2。經(jīng)算數(shù)平均計(jì)算,在該工況中變頻運(yùn)行比工頻運(yùn)行的振動(dòng)加速度高13%左右。

        這主要是因?yàn)樽冾l調(diào)速在基頻以下是恒轉(zhuǎn)矩的,在較低的頻率時(shí)就獲得了較大的啟動(dòng)轉(zhuǎn)矩(啟動(dòng)轉(zhuǎn)矩可以到達(dá)70%~120%額定轉(zhuǎn)矩),而切電阻調(diào)速在一擋起升時(shí)啟動(dòng)轉(zhuǎn)矩相對較小,因此在重物落地、鋼絲繩松馳、全速起升的緊急起升制動(dòng)工況中變頻運(yùn)行比工頻運(yùn)行的振動(dòng)加速度稍高。

        (3)從圖4可看出,起升機(jī)構(gòu)在點(diǎn)動(dòng)工況中,工頻運(yùn)行向上最大加速度為0.23m/s2,最大向下加速度為0.28m/s2;變頻運(yùn)行最大向上加速度為0.20m/s2,最大向下加速度為0.23m/s2。經(jīng)算數(shù)平均計(jì)算,在該工況中工頻運(yùn)行比變頻運(yùn)行的振動(dòng)加速度高16%左右。

        (4)從圖5可以看出,小車在啟制動(dòng)工況中,工頻運(yùn)行最大向前加速度值為0.4m/s2,最大向后加速度為0.4m/s2;變頻運(yùn)行最大向前加速度0.20m/s2向后加速度最大值為0.18m/s2。經(jīng)算數(shù)平均計(jì)算,在該工況中工頻運(yùn)行比變頻運(yùn)行的振動(dòng)加速度高52%左右。從現(xiàn)場的振動(dòng)感覺,變頻改造以后明顯感到小車運(yùn)行的沖擊大大減小了,啟制動(dòng)非常平穩(wěn)。

        四、小結(jié)

        對兩臺型號相同調(diào)速方式不同的橋式起重機(jī),在振動(dòng)加速度上進(jìn)行了測試對比,通過振動(dòng)信號分析發(fā)現(xiàn):

        (1)起重機(jī)在變頻改造后,主梁并不是像以前想象的那樣,所有工況下振動(dòng)都會減小。在緊急起升工況中,振動(dòng)反而比工頻運(yùn)行時(shí)有所增大。

        (2)大小車運(yùn)行工況中,變頻效果最明顯,振動(dòng)顯著降低,這樣有助于吊裝作業(yè)精確就位,也就相應(yīng)減少了點(diǎn)動(dòng)的次數(shù),從而起到節(jié)電的作用。

        (3)振動(dòng)加速度降低后,可以減小結(jié)構(gòu)上受到的沖擊力,降低部件故障率。通過6個(gè)月的跟蹤統(tǒng)計(jì),結(jié)果顯示起重機(jī)變頻改造后,在不改變使用工況的前提下,故障率降幅在30%以上。

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