礦井提升機(jī)故障類型及診斷技術(shù)研究

高曉東

（大同煤礦集團(tuán)宏大豁口煤業(yè)有限公司， 山西 臨汾 041000）

引言

礦井提升機(jī)擔(dān)負(fù)著井下設(shè)備人員、設(shè)備、材料等運(yùn)輸任務(wù)，其能否安全運(yùn)行直接關(guān)系到礦井生產(chǎn)安全[1-2]。隨著礦井機(jī)械化自動(dòng)化程度的提升，礦井提升機(jī)結(jié)構(gòu)更為復(fù)雜，若提升機(jī)中某些部件出現(xiàn)故障會(huì)導(dǎo)致整個(gè)礦井運(yùn)輸系統(tǒng)出現(xiàn)停滯，因此，對(duì)礦井提升機(jī)故障研究顯得十分有意義。眾多的研究學(xué)者對(duì)礦井提升機(jī)故障診斷技術(shù)進(jìn)行研究，其中王大虎等[3]采用模糊神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)多提升機(jī)使用過(guò)程中故障進(jìn)行診斷，并通過(guò)Matlab 軟件對(duì)提升機(jī)液壓系統(tǒng)故障進(jìn)行模擬分析；李娟娟等[4]對(duì)提升機(jī)故障診斷研究發(fā)展歷程進(jìn)行歸納總結(jié)，指出各種故障診斷技術(shù)存在的不足及有關(guān)改進(jìn)措施建議。文中在前人研究成果基礎(chǔ)上，對(duì)礦井提升機(jī)故障類型進(jìn)行分析，并對(duì)提升機(jī)故障診斷方案進(jìn)行設(shè)計(jì)，以便提升礦井提升機(jī)使用效率。

1 故障類型分析

1.1 齒輪箱故障

在提升機(jī)使用過(guò)程中齒輪箱故障是最常見(jiàn)故障類型，有以下幾種[5-6]：

1）齒輪箱油溫過(guò)高，該故障主要發(fā)生在潤(rùn)滑點(diǎn)位置，故障原因主要是由于潤(rùn)滑油供應(yīng)不足造成。

2）滲漏油，該故障主要發(fā)生在箱體結(jié)合面或者內(nèi)齒圈。

3）齒輪箱齒輪軸打斷或者打滑。

4）軸承故障，主要是軸承內(nèi)溫度異常或者內(nèi)部濾芯中含有雜質(zhì)。

5）膠合，主要是由于齒輪接觸表面金屬出現(xiàn)熔焊，多發(fā)生在撕落齒表面金屬層。

6）齒輪折斷，表現(xiàn)為斷口或者斷齒，主要出現(xiàn)在高速運(yùn)轉(zhuǎn)的小齒輪上。

7）齒輪箱發(fā)出異常噪音，具體異常產(chǎn)生原因見(jiàn)圖1。

圖1 齒輪箱異常噪音形成原因

1.2 電動(dòng)機(jī)故障

1）定子使用過(guò)程中產(chǎn)生異常電磁振動(dòng)，主要原因有：底座與電機(jī)外殼間的連接處出現(xiàn)松動(dòng)，造成電機(jī)產(chǎn)生共振；鐵芯與定子線圈間出現(xiàn)松動(dòng)；定子三相磁場(chǎng)發(fā)生相對(duì)轉(zhuǎn)移造成不對(duì)稱。

2）氣隙不均衡造成出現(xiàn)電磁振動(dòng)，主要原因?yàn)閯?dòng)態(tài)、氣態(tài)氣隙不均衡。

3）電機(jī)轉(zhuǎn)子異常導(dǎo)致電磁振動(dòng)。故障特點(diǎn)表現(xiàn)為：電磁振動(dòng)頻次隨著電機(jī)負(fù)載增加呈增加趨勢(shì)；轉(zhuǎn)子異常會(huì)引起轉(zhuǎn)子動(dòng)態(tài)偏心或者電磁振動(dòng)顯現(xiàn)。

4）轉(zhuǎn)子運(yùn)行不平衡導(dǎo)致出現(xiàn)機(jī)械振動(dòng)，具體故障特征為：電機(jī)轉(zhuǎn)子徑向振幅顯著大于軸向振幅；轉(zhuǎn)子振動(dòng)幅值隨著轉(zhuǎn)速增加顯著增大；頻率和轉(zhuǎn)速頻率相等。

1.3 滾筒故障

提升機(jī)滾筒結(jié)構(gòu)包括有主軸、軸承以及卷筒等零部件、制動(dòng)器、液壓站等設(shè)備，具體礦井常用的單筒纏繞式提升機(jī)結(jié)構(gòu)見(jiàn)下頁(yè)圖2。

滾筒出現(xiàn)故障的類型主要為滾筒開(kāi)裂或者開(kāi)焊，具體原因主要由于滾筒外部殼體強(qiáng)度低。排查故障主要依靠現(xiàn)場(chǎng)作業(yè)人員人工觀察發(fā)現(xiàn)。

2 提升機(jī)故障診斷方案設(shè)計(jì)

圖2 單筒纏繞式提升機(jī)結(jié)構(gòu)

礦井采用的提升機(jī)結(jié)構(gòu)組成包括有電動(dòng)機(jī)、天輪、減速器以及滾筒等，不同故障檢測(cè)部位需要采用不同類型傳感器進(jìn)行監(jiān)測(cè)[7]。對(duì)于滾筒、電動(dòng)機(jī)或者天輪等產(chǎn)生的振動(dòng)類機(jī)械故障，可以采用振動(dòng)傳感器對(duì)故障進(jìn)行監(jiān)測(cè)及診斷；滾筒偏擺可以通過(guò)壓力傳感器以及位移傳感器監(jiān)測(cè)。文中以山西某礦主井采用的JKMD-2.8x4（3）E 礦井提升機(jī)為研究對(duì)象，具體設(shè)備參數(shù)見(jiàn)表1。

表1 提升機(jī)設(shè)備參數(shù)

提升機(jī)故障診斷方案以傳感器監(jiān)測(cè)結(jié)果為基于構(gòu)建，結(jié)構(gòu)包括有監(jiān)控上位機(jī)、信號(hào)調(diào)理器、數(shù)據(jù)采集卡以及檢測(cè)傳感器等構(gòu)成，具體實(shí)現(xiàn)的功能包括有基本運(yùn)行參數(shù)顯示、同步數(shù)據(jù)采集及監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)存儲(chǔ)等，具體構(gòu)建的提升機(jī)故障診斷系統(tǒng)方案見(jiàn)圖3。

在提升機(jī)內(nèi)布置的監(jiān)測(cè)傳感器類型包括有溫度傳感器、線性傳感器（位移傳感器）、速度傳感器、振動(dòng)傳感器、加速度傳感器、位移傳感器等類型。具體布置傳感器安裝位置要求為：將傳感器布置與遠(yuǎn)離影響設(shè)備運(yùn)行的環(huán)境中；盡可能要將傳感器布置在離軸承相對(duì)較近的位置；選擇布置在機(jī)器設(shè)備相對(duì)較為靈敏位置；布置在與故障點(diǎn)相近為主；布置傳感器位置處應(yīng)有足夠剛度。

根據(jù)礦井使用提升機(jī)情況，在提升機(jī)上布置的傳感器位置見(jiàn)圖4 所示。

具體傳感器安裝位置以及數(shù)量、要求為：在提升機(jī)上布置位移、壓力、溫度以及振動(dòng)傳感器數(shù)量分別為8 個(gè)、8 個(gè)、12 個(gè)以及12 個(gè)，其中1 號(hào)～9 號(hào)、14號(hào)、16 號(hào)、17 號(hào)、20 號(hào)位置處均安裝傳感器類型為振動(dòng)、溫度傳感器；在10 號(hào)—13 號(hào)位置處安裝的傳感器類型為壓力以及溫度傳感器；在15 號(hào)、18 號(hào)、19 號(hào)位置處安裝的傳感器類型為位移以及壓力傳感器。

圖3 提升機(jī)故障診斷系統(tǒng)方案

圖4 提升機(jī)傳感器布置位置示意圖

3 結(jié)語(yǔ)

該診斷系統(tǒng)結(jié)構(gòu)組成包括有監(jiān)控中心上位機(jī)、信號(hào)調(diào)節(jié)器、傳感器以及數(shù)據(jù)采集卡等，具備數(shù)據(jù)采集、存儲(chǔ)以及顯示等功能，通過(guò)布置傳感器可以對(duì)提升機(jī)故障發(fā)生位置及運(yùn)行狀態(tài)進(jìn)行監(jiān)控，及早發(fā)現(xiàn)故障并進(jìn)行處理，確保提升機(jī)平穩(wěn)運(yùn)行。