礦井提升機遠程故障診斷方法研究

吳晶晶

摘 要： 礦井提升機在煤礦生產(chǎn)中擔任著重要的角色，是煤礦安全監(jiān)控的關(guān)鍵設(shè)備之一。建立完善的多礦井提升機集中狀態(tài)監(jiān)測和故障診斷系統(tǒng)，對保證煤礦安全生產(chǎn)具有重要的意義。本文以提升機機械傳動系統(tǒng)和制動系統(tǒng)為主要研究對象，設(shè)計了礦區(qū)內(nèi)多個提升機的綜合遠程監(jiān)測與故障診斷系統(tǒng)。利用企業(yè)內(nèi)部局域網(wǎng)和互聯(lián)網(wǎng)建立遠程監(jiān)測系統(tǒng)，解決了傳統(tǒng)提升機監(jiān)測方式存在的人力資源消耗大、遠程專家無法及時協(xié)助診斷等問題，提高了礦井安全生產(chǎn)水平和管理效率。

關(guān)鍵詞：礦井提升機 ? ?遠程監(jiān)測 ? ?故障診斷

中圖分類號：TD534 文獻標識碼：A ? ? ? ?文章編號：1003-9082（2016）01-0004-01

在科學技術(shù)迅猛發(fā)展的今天，煤礦企業(yè)為了使利益最大化而不斷的擴大生產(chǎn)規(guī)模，這對煤礦機械設(shè)備的可靠性和穩(wěn)定性提出了更高的要求[1]。礦井提升機作為煤礦生產(chǎn)的重要運輸設(shè)備，是煤炭、矸石、物料、人員等進出礦井的載體，具有“煤礦咽喉”之稱，其安全高效的運行是礦工生命安全和煤礦安全生產(chǎn)的重要保證[1]。受現(xiàn)有監(jiān)測技術(shù)水平、設(shè)備管理理念及現(xiàn)場操作等諸多因素的限制和影響，提升事故仍然是煤礦安全事故中發(fā)生次數(shù)較多的事故類型之一[2]。因此，提升機設(shè)備安全運行越來越受到重視，對其進行狀態(tài)監(jiān)測與故障診斷是十分必要的。

一、提升機故障機理分析

礦井提升機系統(tǒng)主要由機械傳動系統(tǒng)、制動系統(tǒng)、潤滑系統(tǒng)、拖動控制和自動保護系統(tǒng)、觀測和操作系統(tǒng)、外加輔助部分等組成[3]。本文主要以機械傳動系統(tǒng)和制動系統(tǒng)為主要研究對象。

提升機機械傳動系統(tǒng)屬于復(fù)雜的旋轉(zhuǎn)機械系統(tǒng)，主要由電動機、減速器、滾筒、天輪等組成。通過分析旋轉(zhuǎn)機械各零部件的故障比例可知，轉(zhuǎn)子及其組件的故障比率最大，齒輪和軸承分別占60%和20%。轉(zhuǎn)子作為設(shè)備的核心部件，其工作狀態(tài)很大程度上決定了礦井提升機的運轉(zhuǎn)狀態(tài)，因此直接監(jiān)測轉(zhuǎn)子獲得振動信號對于故障監(jiān)測更加直接有效[4]。

制動系統(tǒng)主要包括制動器和傳動機構(gòu)，通過作用于制動盤上的制動力矩對制動力進行調(diào)控，實現(xiàn)提升機的正常停車、工作制動和緊急制動。目前，大多數(shù)礦井提升機采用液壓盤式制動器作為機械制動裝置，其控制系統(tǒng)主要由電控裝置、液壓站和盤式制動器組成。

每臺提升機根據(jù)其需求制動力的大小配置相應(yīng)數(shù)量的盤式制動器，一般成對使用。盤式制動器通過閘瓦沿軸向從兩側(cè)壓向制動盤而產(chǎn)生阻礙制動盤轉(zhuǎn)動的摩擦力矩，從而產(chǎn)生制動力，正常情況下制動器具有開閘和制動兩種狀態(tài)。

二、信號采集系統(tǒng)設(shè)計

通過分析提升機制動系統(tǒng)和機械系統(tǒng)的故障機理和故障特征，確定監(jiān)測信號的現(xiàn)場采集方案，信號采集系統(tǒng)如圖1所示。針對提升機設(shè)備的制動系統(tǒng)和機械傳動系統(tǒng)不同的監(jiān)測參數(shù)選擇相應(yīng)的傳感器，傳感器采集信號經(jīng)過信號調(diào)理后轉(zhuǎn)換為標準電壓信號傳輸給數(shù)據(jù)采集卡，然后進入上位機進行數(shù)據(jù)的進一步信號處理?？紤]到現(xiàn)場監(jiān)測站要接入整個提升機遠程監(jiān)測系統(tǒng)中，必須具備網(wǎng)絡(luò)接口且應(yīng)用程序具備數(shù)據(jù)網(wǎng)絡(luò)傳輸?shù)墓δ?，將需要傳輸?shù)臄?shù)據(jù)以一定的格式發(fā)布到網(wǎng)絡(luò)當中。

圖1 信號采集系統(tǒng)結(jié)構(gòu)框圖

三、狀態(tài)診斷方法研究

Hilbert-Huang變換方法是首先利用EMD方法把原始信號分解為多個相互獨立的本征模態(tài)函數(shù)分量的和，再將Hilbert變換應(yīng)用于各個IMF分量得到瞬時頻率和振幅，進而求取信號的Hilbert譜和Hilbert邊際譜，得到振幅-頻率-時間的分布，反映出系統(tǒng)的狀態(tài)特性。

為了使HHT方法更適用于工程實際中的信號分析，必須采取措施對HHT時頻分析方法進行改進，以保證信號的分解質(zhì)量和時頻分析結(jié)果的準確性。HHT存在的主要問題有模態(tài)混疊、端點效應(yīng)、虛假IMF分量等。對于模態(tài)混疊問題，本文采取對策的為進行原始信號的小波域閾值消噪，將噪音等異常事件剔除，降低模態(tài)混疊的可能性。

實際工程中采集的信號不能保證為整周期信號，信號端點也不能保證為極值點，本文采用包絡(luò)極值延拓法對信號進行延拓，方法如下：

假設(shè)對連續(xù)信號x（t）進行采樣，以時間間隔為，得到的離散信號X（t）具有M個極大值和N個極小值。

向左分別延拓兩個極大值和極小值點，其位置（Tm，Tn）和函數(shù)值（U，V）表示為：

對延拓后的極大值序列和極小值序列，仍然利用三次樣條曲線擬合，信號的上、下包絡(luò)線表示為：

圖2 IMF2右端分解效果對比圖

為了進一步研究信號延拓方法對端點效應(yīng)的改善效果，將兩種信號延拓方法得到的分量端點曲線和Hilbert譜進行對比。以IMF2分量右端為例，如圖2，可以看出基于包絡(luò)極值延拓的EMD方法比基于鏡像閉合延拓的EMD方法分解結(jié)果更接近理論曲線，即對端點效應(yīng)的抑制作用更為明顯，更能反映出原始信號的特征。

結(jié)束語

文章通過對礦井提升機的整體結(jié)構(gòu)和工作原理入手，分析了礦井提升機系統(tǒng)中的兩大故障機理。根據(jù)故障的位置和類型，建立了信號采集和傳輸系統(tǒng)，通過對所采信號的處理實現(xiàn)遠程狀態(tài)診斷。為了使診斷結(jié)果更加準確，提出了改進的HHT方法，并分析了所提方法的有效性。

參考文獻

[1]栗帥. 礦井提升機遠程狀態(tài)監(jiān)測與智能故障診斷研究[J]. 企業(yè)技術(shù)開發(fā)， 2015（03）：109-110.

[2]石瑞敏， 楊兆建. 網(wǎng)絡(luò)化礦井提升設(shè)備管理系統(tǒng)設(shè)計與應(yīng)用[J]. 煤炭科學技術(shù)， 2015（03）：77-81.

[3]付貴祥， 周紅軍， 何莉. 礦井提升機群遠程智能測控系統(tǒng)研究[J]. 工礦自動化， 2014（07）：103-105.

[4]鄭洪強， 喬鐵柱， 滿壯.基于GPRS和神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的礦井提升機遠程監(jiān)測預(yù)警技術(shù)研究[J]. 煤礦機械， 2014（01）：197-199.