起重机振动与冲击测试的仪器设备和检测方法介绍

起重机作为工业重物搬运的核心设备，其运行中的振动与冲击直接关联结构安全、部件寿命及作业稳定性——长期高频振动可能引发钢结构疲劳裂纹，突发冲击则易导致钢丝绳断裂、吊钩脱落等危险。因此，振动与冲击测试是起重机运维与质检的关键环节，而选对仪器设备、遵循科学检测方法，是精准识别隐患的基础。本文系统介绍起重机振动与冲击测试的核心仪器及实操方法，为行业从业者提供参考。

振动传感器的选择与安装要点

振动传感器是捕获振动信号的“感知器官”，常见类型有压电式、电容式与电感式。压电式传感器灵敏度高（可达100mV/g）、频响宽（1Hz-10kHz），适合主梁、减速机等高频振动检测；电容式传感器擅长低频（0.1Hz-1kHz）微振动，多用于大车运行机构；电感式传感器抗油污粉尘，适合卷筒、钢丝绳等恶劣环境。

安装位置需聚焦关键部位：主梁跨中、1/4跨、支座处是振动核心测点；端梁与车轮连接处监测运行冲击；减速机、电机轴承座跟踪旋转部件振动。安装方式匹配场景：磁吸式临时测试，粘贴式长期监测，螺纹式（M6/M8螺栓）用于高振动部位——若安装松动，会导致信号衰减或失真。

数据采集系统的配置与调试

数据采集系统由采集器、信号调理模块、连接线组成，通道数需匹配测点数量：中小型起重机选8通道，大型门式起重机需16通道以上，确保多部位同步采集。信号调理模块需适配传感器：压电式用电荷放大器，电容式用专用调理器。

采样参数设置需遵循规律：采样率至少为信号最高频率的2倍（起重机振动多在0-500Hz，采样率设1000-2000Hz）；分辨率选16位以上（如24位），捕捉减速机轴承微振动（振幅低至0.1mm/s）；量程覆盖信号最大值（如主梁冲击加速度达10g，量程设±15g）。

同步性是多测点关键：监测主梁起升振动时，需同步采集跨中与支座信号，分析相位关系（若跨中与支座相位相反，提示主梁刚度不均）。需用硬件同步（同步时钟线连接），避免软件同步的时间延迟。

冲击测试的激励设备与使用技巧

冲击测试需外力激励结构获取动态响应，核心设备是冲击锤（力锤）——锤头撞击时，力传感器输出冲击力信号，振动传感器采集结构响应，两者结合计算频响函数（FRF），用于分析固有频率、阻尼比。

锤头材料匹配结构刚度：橡胶锤头（Shore A 50-70）能量小、脉冲宽，适合低刚度主梁（固有频率5-15Hz）；钢锤头（Shore D 90+）能量大、脉冲窄，适合高刚度减速机外壳（50-200Hz）；尼龙锤头是通用选择。

使用技巧影响结果：撞击需垂直结构，避免侧向力；力度均匀——过小则响应弱、信噪比低，过大则引发结构非线性响应（如焊缝开裂异常振动）。大型结构（门式起重机门腿）能量不足时，可用电动激振器，但需刚性连接避免力泄漏。

振动与冲击信号的分析软件工具

原始信号需通过软件转化为工程指标，常见软件有LMS Test.Lab、NI LabVIEW等，核心功能分三类：时域、频域、模态分析。

时域分析看时间特性：峰值（Peak）判断冲击强度（起升冲击加速度超5g需查钢丝绳张紧度）；均方根（RMS）反映振动平稳性（RMS超0.5mm/s需排查轴承磨损）；峰值因子（峰值/RMS）超5提示脉冲冲击（车轮啃轨）。

频域分析用FFT转频率谱：大车运行时，若频谱出现车轮转速频率（直径0.5m、转速60r/min，频率1Hz），说明车轮不平衡；若出现齿轮啮合频率（齿数20、输入1500r/min，频率500Hz），提示齿轮磨损。

模态分析提取固有特性：冲击锤激励主梁，软件拟合固有频率——若与大车运行频率（2Hz）接近，需调速度避共振。部分软件支持3D振型动画，直观展示主梁弯曲、扭转模式，定位刚度薄弱处。

振动测试的现场实施步骤

振动测试遵循“准备-测试-验证”三步法：

准备阶段：校准仪器（标准振动台校准传感器，误差±5%内）；标记测点（油漆标注主梁跨中、端梁等位置）；安全防护（起重机下方禁人，起升机构锁定）。

工况测试：覆盖空载（大车、小车运行，监测端梁冲击）、额定载荷（起升额定重量，小车运行测主梁弯曲）、超载10%（型式试验，测极限振动，需符合GB/T 3811-2008要求：加速度≤3m/s²）。

数据验证：每工况采集3次取平均——若某次数据差异超10%，查传感器安装或工况稳定性（如轨道不平）；采集后立即导出备份，避免仪器故障丢数据。

冲击测试的现场操作规范

冲击测试聚焦“激励-响应”对应关系：

测点布置：激励点选刚度中心（如主梁跨中，激发主振型）；响应点选敏感部位（主梁支座、小车轨道接头）。需匹配模态阶数——识别前3阶固有频率，至少3个响应点。

冲击操作：每个激励点撞击3-5次，力度均匀——力信号峰值在传感器量程20%-80%间。大型结构需从不同方向撞击（垂直、水平），激发弯曲、扭转振型。

数据有效性：相干函数（Coherence）＞0.8说明数据有效；＜0.7需重撞（撞击角度或传感器松动）。频响函数峰值清晰——模糊则激励不足或阻尼大，需换钢锤头。

现场测试中的干扰源识别与排除

现场干扰易致信号失真，需提前处理：

电磁干扰（电焊机、变频器）：用双绞屏蔽线，屏蔽层单端接地（采集器端）；采集器用隔离变压器；关闭附近大功率电器。

机械干扰（轨道不平、车轮啃轨）：测试前查轨道平整度（水平仪测，高低差≤1mm/2m）、车轮轮缘间隙（塞尺测，3-5mm），不符GB 50278-2010则先调整。

环境干扰（风、地面振动）：选无风（风速＜5m/s）时段测试；地面振动无法避免时，用传感器采集地面信号，软件中补偿扣除。