基于故障树分析法的门式斗轮堆取机活动梁不平衡故障诊断与预防措施

一、引言

门式斗轮堆取机在港口、矿山、电力等行业的散料装卸作业中占据核心地位，其活动梁系统承担着物料输送与堆取的关键功能。该系统长期处于高负荷、多粉尘的恶劣工况下，易出现动态不平衡故障。此类故障不仅会导致设备振动加剧、结构疲劳损伤，降低设备使用寿命，还可能引发安全事故，给企业带来巨大的经济损失和安全隐患。传统故障诊断方法主要依赖人工经验，存在诊断效率低、准确性差等问题，难以准确识别复杂工况下的故障根源。故障树分析法作为一种系统化、结构化的故障诊断工具，通过构建故障逻辑模型，能够实现故障的定量分析与预防性维护，为门式斗轮堆取机活动梁不平衡故障的诊断与预防提供了有效的手段。

二、活动梁不平衡故障机理分析

2.1 机械结构因素

活动梁的金属结构由多个拉杆与液压缸支撑，在设备设计阶段，虽然已经进行了刚度与强度的测试，但在实际安装过程中，如果杆件装配误差过大，就会导致局部应力集中。长期运行下，这种应力集中容易引发杆件扭曲变形，进而破坏活动梁的整体刚度，使其在运行过程中出现不平衡现象。此外，斗轮斗架本体在取粉矿作业时，卸料板容易积矿。这些积矿会对内侧箱梁结构造成磨损，随着磨损程度的加剧，箱梁结构的强度和刚度会逐渐降低，从而影响活动梁的平衡性。例如，当箱梁结构被磨穿时，活动梁在运行过程中就会出现明显的倾斜和振动，严重影响设备的正常运行。

2.2 驱动系统因素

活动梁的升降由东西两侧的提升卷扬机驱动。如果两侧提升卷扬机的驱动不同步，或者钢丝绳的收放速度不一致，就会导致平衡轮受力失衡。在受力不均的情况下，钢丝绳容易出现刮痕、断股等问题，进一步加剧活动梁的不平衡。刹车制动不同步也是引发活动梁不平衡故障的关键因素之一。刹车电机驱动差异、机械疲劳磨损、抱闸间隙增大等问题都可能导致刹车出现拖刹或刹车松的现象。当刹车不同步时，活动梁在升降过程中会出现晃动，增加钢丝绳的张力波动，从而引发不平衡故障。

2.3 控制逻辑因素

松绳开关与限位保护装置是活动梁安全运行的重要保障。如果松绳开关出现误动作，或者限位保护装置失效，活动梁在升降过程中就可能出现失控现象。例如，当松绳开关误动作时，系统可能会错误地判断钢丝绳的松紧状态，导致提升卷扬机的动作异常，进而引发活动梁不平衡。此外，控制系统中传感器精度不足、信号传输延迟等问题，也会导致驱动系统响应滞后。在活动梁运行过程中，如果驱动系统不能及时根据活动梁的状态进行调整，就容易加剧不平衡故障的发生。

三、基于故障树分析法的故障诊断模型构建

3.1 故障树模型构建

顶事件设定为“活动梁不平衡故障”，中间事件包括“机械结构失效”“驱动系统故障”“控制逻辑异常”。基本事件则涵盖了杆件扭曲变形、斗架本体磨损、提升卷扬机不同步、刹车制动失效、松绳开关误动作、限位保护失效等多个方面。通过逻辑门（如与门、或门）将各事件连接起来，形成完整的故障树模型。例如，机械结构失效这一中间事件，可以通过与门连接杆件扭曲变形和斗架本体磨损这两个基本事件，表示只有当这两个基本事件同时发生时，才会导致机械结构失效。

3.2 故障树定性分析

通过布尔代数运算，推导故障树的最小割集。最小割集是指导致顶事件发生的最低限度基本事件组合。例如，“杆件扭曲变形”与“斗架本体磨损”组合构成机械结构失效的最小割集，这意味着只要这两个基本事件中有一个发生，机械结构就有可能失效，进而引发活动梁不平衡故障。“提升卷扬机不同步”与“刹车制动失效”组合构成驱动系统故障的最小割集，表明这两个基本事件的同时发生会导致驱动系统故障，使活动梁出现不平衡。通过定性分析，可以确定关键故障节点，为预防性维护提供依据。例如，如果发现“提升卷扬机不同步”这一基本事件在多个最小割集中都出现，那么就可以将其作为重点监控和维护的对象。

3.3 故障树定量分析

基于历史故障数据，计算各基本事件的发生概率，进而推导顶事件的发生概率。例如，若杆件扭曲变形的概率为 0.02，斗架本体磨损的概率为 0.03，根据概率论中的公式，机械结构失效的概率为 0.02+0.03-0.02×0.03= 0.0494。通过定量分析，可以评估活动梁不平衡故障的风险等级。如果计算出的顶事件发生概率较高，说明设备存在较大的故障风险，需要及时采取措施进行预防和维护。同时，定量分析还可以为优化维护策略提供依据。例如，根据各基本事件的发生概率，合理安排维护资源的分配，优先对发生概率高、影响大的基本事件进行维护。

四、活动梁不平衡故障预防措施

4.1 机械结构优化

在安装过程中，严格控制杆件装配误差，采用激光校准技术确保杆件的刚度与强度符合设计要求。激光校准技术具有高精度、高效率的特点，可以准确地测量杆件的位置和角度，及时发现并纠正装配误差。定期检查斗架本体的磨损情况，制定详细的检查计划，明确检查周期和检查内容。及时清理卸料板积矿，避免积矿对箱梁结构造成进一步磨损。对于磨损严重的部件，要进行加固或更换。例如，可以采用焊接加强板的方式对磨损的箱梁结构进行加固，或者更换全新的斗架本体，以恢复活动梁的整体刚度。

4.2 驱动系统改进

采用同步控制系统，确保两侧提升卷扬机的驱动同步。同步控制系统可以通过实时监测两侧提升卷扬机的转速和位置，自动调整电机的输出功率，使两侧提升卷扬机的动作保持一致。安装高精度编码器，实时监测钢丝绳的收放速度。编码器可以将钢丝绳的运动信息转化为电信号，传输给控制系统。控制系统根据编码器反馈的信息，通过闭环控制调整电机转速，保证钢丝绳的收放速度一致。定期检查刹车制动系统，检查刹车电机的驱动情况、机械部件的磨损程度以及抱闸间隙的大小。及时更换磨损部件，调整抱闸间隙，确保刹车同步性。例如，如果发现刹车片磨损严重，应及时更换新的刹车片，以保证刹车效果。

4.3 控制逻辑升级

升级松绳开关与限位保护装置，采用冗余设计提高可靠性。冗余设计是指在关键部位设置多个相同的装置，当一个装置出现故障时，另一个装置可以继续正常工作，从而保证系统的可靠性。例如，可以安装两个松绳开关，当一个开关出现误动作时，另一个开关仍然可以正常工作，避免活动梁失控。安装高精度传感器，实时监测活动梁的位置与钢丝绳张力。传感器可以将监测到的数据传输给控制系统，控制系统根据这些数据进行分析和判断，及时发现异常情况。

五、结论

本文基于故障树分析法，构建了门式斗轮堆取机活动梁不平衡故障诊断模型，从机械结构、驱动系统、控制逻辑等多维度解析了故障成因。通过定性分析与定量分析，确定了关键故障节点，并提出了针对性的预防措施。研究结果表明，故障树分析法可有效识别活动梁不平衡故障的根源，结合动态监测与预防性维护，可显著降低故障发生率，提升设备可靠性。在实际应用中，企业可以根据本文提出的模型和措施，结合自身的设备特点和管理需求，建立完善的故障诊断与预防体系，确保门式斗轮堆取机的安全稳定运行。

参考文献：

[1] 张卉蕊. 斗轮机活动梁升降故障的原因分析及处理[J]. 科学与财富,2014(8).

[2] 杨华. 故障树分析法在门式起重机维修中的应用[J]. 中国电气工程学报 , 2020(6).