上海海事大学硕士毕业论文
题。设备在运行中会出现的各种化学的、物理的现象，如温度、振动、气味、温升、电压、电流、磨损等，这些都是一种设备运行所固有的。这些信号是不同的传感器测得的。
2.状态监测
状态监测的过程就是测取能够反映港口起重机设备运行情况的特征信号。特征信号是运行状态信息的唯一载体和诊断的唯一依据。因此要及时、准确地获取状态信号，这一时期，监测系统能获取状态信号反应出来的主要功能指标的变化。当异常出现时，根据指标的改变大小分别给出警报、系统停机等处置。
3.提取特征和故障诊断
提取特征就是从特征信号中提取与机器故障有关联的状态信息，然后对信号进行分析和处理，然后做出决策。在这个过程中，用到的主要内容有：相关分析、频谱分析、小波分析、统计分析等。最后根据征兆、标准和判别的准则，识别所测系统的状态。
根据所提取的信息，判别状态有无异常，并以此信息和其他测试的辅助信息查找故障源。故障源可以是部件、零件或子系统。依据对系统的性能指标影响的程度给出评估，综合后得出故障等级。诊断故障可以用正常信息来和异常信息来分析故障源[6]。
4.规划决策
规划决策要根据设备故障特征状态，预测故障的产生和发展趋势，并根据故障性质、程度和趋势，做出决策，干预港机的工作过程(其中包括调整、控制、维修等)[7]。
1.3 电机状态监测与故障类型
1.3.1电机状态监测的主要内容
电机的状态监测系统可以达到以下两个目的：一是安全目的，发现电机的早期故障，有效的保护电机，防止一些突发性事故造成设备及人员的伤害。二是评估目的，持续的采集重要的状态参数，保存在数据库内，并
3
上海海事大学硕士毕业论文
对这些参数进行处理、分析、比较，分析电机的运行状况并做趋势分析和劣化程度评估。目前的监测量主要包括：温度量、振动量、电压电流量等。
（1）温度监测
在电机上预先安装温度传感器，通过采集到的温度信号，进行分析，以此来判断故障的产生、发展。在进行温度采集时，传感器位置及数量的限制使得所测的数据往往难以反映故障部位的实际发热情况，只能依靠温度量的变化推测故障，因此难以定位和反映真实故障。
（2）振动监测
根据所测量的性质，利用各种振动传感器（速度式、加速度式和位移式）对电机的机座或者轴承进行监测。对测到的数据（传感器输出数据）处理分析后，并与已知故障的特征频率比较，查找故障类型及部位。
（3）基于瞬时功率的监测与诊断方法
对于电流和电压，我们可以分析由它们构成的瞬时功率，以此来分析故障并做出诊断。电压和电流可以是单线电压和电流或者三相电压和电流。单线电压和电流主要用于转子侧故障，三相电压和电流则对各种故障有效。
（4）基于参数辨识的诊断方法
系统的输入量和输出量一般来说是可以测量得到的，测量内部的参数和变量是很困难的。若故障特征反应在可以测量的参数上，就可以根据正常情况下的参数的范围，确定正常量的阀值。以此确定故障结论[8]。
1.3.2电机故障的主要类型
1．电动机不能起动。2．电动机起动后，电动机达不到额定转速。3．电动机声音过大甚至发生振动。4．电动机过热。5．电动机轴承过热。6．转子线绕式电动机电刷冒火或滑环过热。
1.4 电机过热故障
1.4.1电机过热故障的原因
4
上海海事大学硕士毕业论文
（1）电动机过载运行。如定、转子之间摩擦（俗称扫膛）、装配不合格、被驱动的机械部分有摩擦或犯卡等过载故障。
（2）电动机缺相运行。
（3）三相电压及三相电流的不平衡程度超出规定的允许范围。 （4）电源电压过高或过低, 超出电动机额定电压的允许变动范围（即士10%）。
（5）电动机绕组接线错误。如：定子绕组某相端接头接反。 （6）电动机绕组存在故障。如：绕组匝间或层间短路、绕组接地。 (7)定子铁芯硅钢片之间绝缘损坏, 以致定子铁芯短路, 引起定子铁芯涡流增大, 造成电动机过热。
(8) 启动频繁。
(9) 电动机风道阻塞, 通风不良。
(10)电动机周围环境温度过高（超出设计规定的+40℃） , 散热不良、冷却效果差。
1.4.2研究电机过热故障的意义及目前存在的问题
温升是由电机发热引起的电机与所在环境的温度差值。过热必然导致大的温升。运转中的电机铁芯会处在交变磁场中产生铁损，绕组通电会产生铜损，还伴有其它的杂散损耗。这些热损使电机温度升高。另一方面是电机的散热。当散热与产热相等时达到一个平衡状态，温度不再上升而稳定。当散热减少或产热增加时就会打破平衡，使温度上升，扩大温差。所以说温升是电机设计及运行中的一项重要指标，标志着电机的发热程度，在运行中，如电机温升突然增大，说明电机有故障，或风道阻塞或负荷太重。它与电机的使用寿命有着直接的关系，同时也对电机的出力、效率等性能有一定的影响。
目前研究电机的过热故障，只是根据单一的温度信息，单纯的依照电机的温度超过某个阀值来判断电机故障，没有形成一整套完整的电机过热故障理论。因而，在实际的故障诊断中，要从多方面获取电机信息，并配
5
上海海事大学硕士毕业论文
合各种辅助的信息，只有这样才能对电机过热故障有更可靠、更准确的把握[9,10]。
1.5 论文的主要工作
桥吊是港口运输的重要设备，其运行的状态与港口设备安全以及企业生产效益紧密相关。桥吊工作环境恶劣，工作连续性较大，受力十分复杂，特别是电机部分经常连续工作，负荷较大，因而容易出现问题，影响整个货物运输的效益。若能够对电机的运行状态进行有效的监测和评估，及时准确地把握电机性能的动态信息，就能够避免电机出现大的问题，减少不必要的损失。而对桥吊电机的运行状态进行监测需要综合多方面信息，这就需要研究温度振动等测量数据并研究各种因素的关系。
我们主要以电机温度为主，结合与之相关的因素进行研究。主要工作如下：
（1）分析电机温度和外界温度之间的相关联系，提出了外界温度（季节不同）对所测电机温度的影响。
（2）原始信号具有大量噪音信号，结合小波包分析的优点，提出了基于EMD小波包量化综合分析方法，打破传统方法的处理方式，将蕴含丰富信息的振动烈度和温度信号逐步量化，研究信息更为有效的低频段的能量和方差，解释说明温度、振动的滞后性，发现低频温度与振动的联系，为监测电机健康状态提供一种更为准确更为系统的方法。
（3）用CAD建立电机几何模型，并通过有限元设计建立描述感应电动机的温升和热损模型，得到电压和测点温度之间的函数关系。运用于重型港机进行实时状态的监测并迅速查找电机内部故障问题点，使之能够服务于健康评价系统。
6
上海海事大学硕士毕业论文
第二章 数据来源及预处理技术
数据来源关系着研究问题的基础，它提供最原始数据的准确性，是我们开展一切研究的前提。预处理则是分析问题、研究问题的最基本技术，为以后的研究铺平道路，准确适合的预处理技术能够起到事半功倍的效果。
2.1 数据来源
2.1.1 现场介绍
随着我国经济和世界海运业的发展，国内各个港口对装卸设备提出更高的要求，起重机工作的高效性、连续性己经成为影响各个港口声誉和效益的主要因素。与此同时，现代远洋运输船的吨位越来越大，船体越来越宽，对装卸速度要求也日益加大，于是大型桥吊得到了广泛的应用。这些大型的桥吊额定载荷很大，跨度一般也很大并且作业速度较快，例如，宝钢原料码头的桥吊的装卸速度可以达到200Ot/h。一旦起重机在工作运行中过发生故障，会对作业产生极大的影响，如果造成运输船不能按规定时间离港，就会造成经济损失，同时使港口声誉受损。图2-1是上海港集装箱的岸桥机群图，这么多桥吊必须严格管理，定时维护，为港口任务保驾护航。
港口装卸任务繁重，且桥吊工作环境十分恶劣、风沙较大，受力复杂，特别是电机要连续工作，所以容易出现问题，影响整个货物运输的效益，如果只是运用更换电机的方法，显然不是解决问题的恰当方式。我们需要在电机出现故障之前就能进行点击的维修，这样就能很好的延长使用寿命
[11,12]
。
7