起重机振动与冲击测试的标准流程和操作步骤是怎样的

起重机作为工业领域的“搬运巨无霸”，其安全稳定运行直接关系到生产效率与人员财产安全。而振动与冲击是起重机运行中常见的力学现象，长期作用会导致结构疲劳、螺栓松动甚至部件断裂——因此，定期开展振动与冲击测试是防范设备故障的关键手段。本文将围绕起重机振动与冲击测试的标准流程展开，详细拆解从准备到分析的每一步操作，为测试人员提供可落地的执行指南。

测试前的基础准备与方案制定

测试前的准备工作是确保流程顺畅的前提，首先要收集起重机的基础资料：包括设计图纸（明确主梁、端梁的结构尺寸）、额定参数（额定起重量、运行速度、起升高度）、使用说明书（了解设备的工作原理与禁忌）以及历史维护记录（重点关注过往振动异常或部件损坏的情况）。这些资料能帮助测试人员快速定位关键测试点，避免遗漏风险部位。

接下来是制定测试方案，核心是明确“依据什么测、测什么、怎么测”。依据的标准需优先选择国标或行业规范，比如GB/T 28264-2012《起重机械 振动测试方法》、ISO 10816-3《机械振动 评价机器振动状态的基础》；测试目的要具体，是新机验收（验证设计合理性）、定期检测（排查潜在故障）还是故障诊断（定位已出现的振动源）；方案中还要明确测试范围，比如覆盖主梁、端梁、运行机构、起升机构等关键部件。

人员与安全准备也不能忽视：测试团队需包含有资质的振动测试工程师（负责方案设计与数据分析）、持证的起重机操作员（执行工况操作）、安全监督员（监控现场风险）。安全措施方面，要清空测试区域内的无关人员与障碍物，设置醒目的警示标识；测试前需检查起重机的关键部件——制动系统是否灵敏、钢丝绳是否有断丝、螺栓是否松动，确保设备处于安全运行状态。

最后要确认测试设备的可用性：提前检查传感器、数据采集仪、分析软件的电池电量、连接线路是否正常，避免测试中途设备故障。

测试系统的搭建与设备校准

测试系统的核心由“传感器-数据采集仪-分析软件”三部分组成。传感器的选择需匹配测试需求：振动测试通常用压电式加速度传感器（响应频率宽、灵敏度高），冲击测试可选用同款传感器（需确保能承受瞬间大加速度）；如果测试速度振动，可选用磁电式速度传感器（适合低频振动）。传感器的量程要覆盖预计的信号范围，比如起重机主梁振动的加速度通常在0.1-1m/s²，传感器量程选2m/s²即可，避免过载导致信号失真。

数据采集仪的选择要满足采样率要求——根据奈奎斯特采样定理，采样率需至少是被测信号最高频率的2倍，实际应用中通常选5-10倍（比如被测信号最高频率是100Hz，采样率设为500Hz）。同时要确保采集仪有足够的输入通道（比如测试8个点，需要8通道采集仪），且支持实时信号监控。

设备校准是保证数据准确性的关键步骤。传感器需用标准振动校准台校准：将传感器固定在校准台上，输入已知频率（比如100Hz）和加速度（比如1m/s²）的信号，记录传感器的输出电压，计算灵敏度（输出电压/输入加速度），确保灵敏度误差在±5%以内。数据采集仪需校准输入通道的增益与线性度：用标准信号源输入不同幅值的电压信号，检查采集仪的读数与实际值的偏差，偏差超过±2%需调整或更换设备。

所有设备校准后要留存校准证书，记录校准日期、校准机构、证书编号——未校准或超期（通常校准有效期为1年）的设备严禁使用。

测试点的选取与传感器安装

测试点的选取要遵循“覆盖关键部位、反映真实状态”的原则。起重机的关键振动部位包括：主梁（跨中、两端支座处，此处是弯曲振动的最大位移点）、端梁（与主梁的连接部位，承受大车运行的冲击）、小车（车架与车轮的连接部位，反映小车运行的振动）、起升机构（吊钩滑轮组、卷筒支座，承受起升制动的冲击）、大车运行机构（车轮轴、减速器输出端，反映大车的不平衡振动）。

每个关键部位需选取多个测试点：比如主梁跨中需测垂直方向（Z轴）和水平方向（X轴）的振动，因为主梁不仅会上下振动，还会左右摆动；端梁与主梁的连接部位需测垂直、水平、轴向（Y轴）三个方向，全面反映连接部位的受力状态。

传感器的安装方式需根据被测表面的材质与测试需求选择：磁吸式安装（适合金属表面，操作快捷，适合临时测试）——安装时要确保磁座与表面完全贴合，无间隙；胶粘式安装（适合非磁吸表面，比如塑料或涂漆表面）——需用专用的氰基丙烯酸酯胶粘剂，先清洁被测表面（去除油污、灰尘），再涂抹胶粘剂，待固化后（通常10分钟）再安装传感器；螺栓固定式安装（适合长期测试或高振动环境）——需在被测表面钻孔攻丝，用螺栓将传感器固定，稳定性最好，但会对设备造成轻微损伤，需提前征得设备所有者同意。

安装时的细节要注意：传感器的敏感轴需与被测振动方向一致（比如测主梁垂直振动，传感器的Z轴要垂直于主梁表面）；传感器与采集仪之间用屏蔽线连接，屏蔽层一端接地（避免电磁干扰）；安装后要轻敲传感器，观察采集仪的信号变化——如果信号有明显波动，说明安装牢固；如果信号无反应，需重新安装。

测试工况的确定与模拟执行

测试工况需覆盖起重机的典型工作状态，确保测试结果能反映实际运行情况。常见的工况包括：空载工况（起重机不带载荷，测试自身结构的固有振动特性）、额定载荷工况（带额定重量的载荷，测试正常工作状态下的振动）、动态工况（大车/小车运行、吊钩升降的启动与制动过程，测试冲击特性）、极限工况（1.1倍额定载荷，测试设备的抗冲击能力，需经制造商确认安全后方可执行）。

每个工况的执行要规范：空载工况时，吊钩需升至离地面1.5-2m的高度（避免地面反射对信号的影响），大车、小车分别沿轨道运行3次（每次运行距离至少为轨道长度的1/3）；额定载荷工况时，载荷需均匀分布（比如用标准砝码），吊钩升至相同高度，重复运行3次；动态工况时，启动与制动需按照操作规程进行（比如大车启动加速度不超过0.1m/s²），记录启动瞬间（0-3秒）和制动瞬间（停止前3秒）的信号。

工况执行过程中，测试人员需实时监控：起重机操作员要保持速度稳定（比如大车运行速度保持额定速度的±5%以内），避免突然加速或减速；测试工程师要观察采集仪的实时波形——如果出现异常尖峰（比如超过量程的信号），需立即停止测试，检查传感器是否松动或载荷是否脱落；安全监督员要关注起重机的整体状态，如有异响、抖动等异常情况，立即发出停止指令。

每个工况完成后，需记录现场数据：比如环境温度（±1℃）、湿度（±5%RH）、风速（户外测试时，≤5m/s）、载荷重量（±0.5%）、运行速度（±0.1m/s）——这些环境与运行参数会影响振动信号的分析，必须准确记录。

数据采集的过程控制与记录

数据采集前，需对设备进行预热：将传感器、采集仪通电10-15分钟，确保电子元件稳定（尤其是压电式传感器，预热能减少漂移）。预热完成后，进行“零位校准”——将传感器放在静止的平面上，采集10秒信号，若RMS值超过0.01m/s²，说明传感器有零漂，需重新校准或更换。

采集参数的设置要准确：采样率（根据传感器的频率响应设置，比如加速度传感器的频率响应是0.5-1000Hz，采样率设为5000Hz）、采样时间（每个工况的采样时间为5-10秒，确保捕捉到完整的振动周期）、量程（根据预计的信号范围设置，比如额定载荷工况的加速度预计为0.2m/s²，量程设为1m/s²）、触发方式（动态工况用“电平触发”——当加速度超过0.1m/s²时开始采集，确保捕捉到启动瞬间的信号；稳态工况用“手动触发”——操作员发出指令后开始采集）。

采集过程中，要避免干扰：测试区域内禁止使用对讲机、手机等无线设备（防止电磁干扰）；传感器的线路要固定，避免随风摆动或与其他物体摩擦（防止机械干扰）；采集仪要放在平稳的位置，避免振动导致自身信号干扰。

每个采集数据需命名规范：比如“主梁跨中-垂直方向-空载工况-第1次采集-20240520-1430”，包含测试点、方向、工况、次数、日期、时间——方便后续查找与分析。采集完成后，需立即将数据备份到电脑或移动硬盘（避免采集仪故障导致数据丢失）。

原始数据的预处理与有效性验证

原始数据中会包含噪声与干扰，需进行预处理才能用于分析。第一步是滤波：用数字滤波器去除无关频率的信号——比如低通滤波器（截止频率设为传感器的上限频率，比如1000Hz）去除高频电磁干扰；高通滤波器（截止频率设为0.5Hz）去除低频漂移（比如传感器安装时的轻微倾斜导致的基线变化）；带阻滤波器（比如50Hz）去除电源干扰（如果现场有工频设备）。

第二步是去趋势：用线性或多项式拟合的方法去除信号中的趋势成分——比如采集到的信号基线缓慢上升，说明传感器有温度漂移，用线性去趋势可以消除这种影响。去趋势后的信号应围绕零位波动，RMS值能真实反映振动强度。

第三步是信号截断：去除采集开始和结束时的不稳定信号——比如启动瞬间的前1秒信号（过渡过程，非稳态），或结束时的后1秒信号（设备停止时的抖动），只保留中间的稳态信号（比如3-8秒的信号）。

预处理完成后，需验证数据的有效性：首先检查重复性——同一工况的3次采集数据，RMS值的标准差应小于10%（比如第一次是0.12m/s²，第二次0.13m/s²，第三次0.11m/s²，标准差为0.01m/s²，符合要求）；其次检查合理性——空载工况的RMS值应小于额定载荷工况（比如空载0.1m/s²，额定载荷0.18m/s²），启动时的冲击峰值应大于稳态运行时（比如启动峰值0.5m/s²，稳态0.2m/s²）；最后检查完整性——数据无缺失、无断帧（比如采集仪中途断电导致的数据中断）。

如果数据无效，需重新采集：比如重复性不好，可能是工况执行不稳定（比如运行速度波动大），需调整操作员的操作；如果合理性不符，可能是传感器安装错误（比如敏感轴方向反了），需重新安装传感器；如果数据缺失，需重新执行工况采集。

振动与冲击特性的定量分析

振动特性分析的核心是提取“幅值-频率-时间”的特征参数。幅值参数包括：RMS值（均方根值，反映振动的平均能量，是评价振动强度的主要指标）、峰值（最大加速度值，反映振动的极端状态）、峰峰值（最大值与最小值的差值，反映振动的总幅度）。比如GB/T 28264-2012规定，桥式起重机主梁的垂直振动RMS值，空载时≤0.1m/s²，额定载荷时≤0.2m/s²；峰值≤0.5m/s²（空载）、≤1.0m/s²（额定载荷）。

频率分析需用傅里叶变换（FFT）将时域信号转换为频域信号，得到频率谱（横轴是频率，纵轴是幅值）。通过频率谱可以定位振动源：比如频率谱中出现与大车车轮转速对应的频率（比如车轮转速为100rpm，频率为1.67Hz），说明是大车车轮的不平衡导致的振动；如果出现与减速器齿轮啮合频率对应的频率（比如齿轮齿数20，转速1000rpm，啮合频率为333Hz），说明是齿轮啮合不良导致的振动。

冲击特性分析的重点是“冲击峰值”“冲击持续时间”“冲击能量”。冲击峰值是冲击过程中的最大加速度值（比如吊钩提升制动时的峰值为3m/s²）；冲击持续时间是从冲击开始到恢复稳态的时间（比如0.5秒）；冲击能量是加速度-时间曲线下的面积（反映冲击的总能量）。比如GB/T 14405-2011《通用桥式起重机》规定，吊钩制动时的冲击加速度峰值≤5m/s²，持续时间≤0.3秒。

分析时需将测试结果与标准限值对比：如果RMS值超过限值，说明振动强度过大，需检查结构是否有疲劳变形（比如主梁下挠）；如果频率谱中出现异常频率，需拆解对应的部件（比如大车车轮），检查是否有磨损或不平衡；如果冲击峰值超过限值，需调整制动系统的制动力矩（比如调松制动弹簧）或检查钢丝绳的张紧度。

测试后的设备拆卸与现场恢复

测试完成后，需按顺序拆卸设备：首先关闭数据采集仪与传感器的电源，避免带电拔插线路；然后拆卸传感器——磁吸式传感器直接拔下即可，胶粘式传感器需用酒精或专用溶剂溶解胶粘剂（避免硬掰损坏传感器），螺栓固定式传感器需用扳手拧下螺栓（注意保存螺栓，避免丢失）；最后整理线路——将屏蔽线绕成圈，放回专用的线路包。

设备整理需注意：传感器要放回专用的保护盒（避免碰撞导致敏感元件损坏）；数据采集仪要清洁表面的灰尘（用干燥的软布擦拭），并充满电（以备下次使用）；分析软件要关闭所有文件，保存最后一次的分析结果。

现场恢复需做到：将起重机的吊钩放回原位（离地面0.5-1m），关闭总电源；移除测试区域的警示标识，清理现场的工具与杂物；与起重机操作员交接——告知测试过程中发现的异常情况（比如主梁振动RMS值超标），并提醒后续需关注的部位（比如定期检查主梁的下挠量）。

最后要归档测试资料：将测试方案、校准证书、采集数据、分析报告整理成文件夹，存放在专用的服务器或档案柜中——资料需保留至少3年（符合设备维护的记录要求），方便后续追溯与对比。