礦井提升機(jī)遠(yuǎn)程狀態(tài)監(jiān)測(cè)與智能故障診斷研究

栗帥

摘 要：提升機(jī)是礦井最具有關(guān)鍵性的機(jī)電設(shè)備之一，俗稱 “礦山咽喉”。 礦井提升機(jī)是否安全可靠運(yùn)行，不僅影響到整個(gè)礦井的生產(chǎn)，還關(guān)系到井下作業(yè)人員的安全。 隨著煤礦的大型化和開采深度的增加，礦井提升機(jī)如果繼續(xù)采用傳統(tǒng)的現(xiàn)場(chǎng)監(jiān)控和故障診斷系統(tǒng)，將不能適應(yīng)目前礦井的要求。隨著計(jì)算機(jī)科學(xué)技術(shù)、檢測(cè)監(jiān)測(cè)技術(shù)和故障診斷技術(shù)的高速發(fā)展，利用現(xiàn)代化高科技對(duì)礦井提升機(jī)的監(jiān)測(cè)與故障診斷具有重要的意義。

關(guān)鍵詞：礦井提升機(jī)；遠(yuǎn)程狀態(tài)；監(jiān)測(cè)；智能故障；診斷

中圖分類號(hào)：TD534 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A 文章編號(hào)：1006-8937（2015）03-0109-02

1 國(guó)內(nèi)外遠(yuǎn)程監(jiān)測(cè)診斷技術(shù)的發(fā)展

故障診斷技術(shù)起始于機(jī)械設(shè)備故障診斷，現(xiàn)代的故障診斷包含了故障維修，故障維修不僅在設(shè)備使用過程中發(fā)生故障時(shí)進(jìn)行維修，還應(yīng)該在故障發(fā)生前根據(jù)監(jiān)測(cè)診斷的結(jié)果確定故障源，提前預(yù)防維修。

1.1 發(fā)達(dá)國(guó)家遠(yuǎn)程檢測(cè)技術(shù)的發(fā)展

發(fā)達(dá)國(guó)家對(duì)故障診斷具有非常前沿的技術(shù)研究。美國(guó)在航天、航空、核工業(yè)以及軍事等尖端部門故障診斷技術(shù)都處于世界的最前沿。英國(guó)在飛機(jī)、汽車發(fā)動(dòng)機(jī)監(jiān)測(cè)及診斷方面具有領(lǐng)先作用。歐洲一些發(fā)達(dá)國(guó)家在故障診斷的一些方面具有較為先進(jìn)的技術(shù)：如最為先進(jìn)的瑞典軸承監(jiān)測(cè)技術(shù)，丹麥的噪聲振動(dòng)監(jiān)測(cè)技術(shù)等。日本在工業(yè)方面的診斷技術(shù)發(fā)展迅速，如現(xiàn)代化工、鋼鐵冶金、鐵路運(yùn)輸診斷技術(shù)等。

1.2 國(guó)內(nèi)礦井提升機(jī)遠(yuǎn)程監(jiān)測(cè)技術(shù)的發(fā)展

我國(guó)對(duì)煤礦安全監(jiān)察力度日漸上升及機(jī)電設(shè)備的安全運(yùn)行對(duì)企業(yè)經(jīng)濟(jì)效益和安全保障的影響，煤礦企業(yè)迫切需要對(duì)礦井機(jī)電設(shè)備進(jìn)行在線監(jiān)測(cè)，尤其是作為礦山咽喉的礦井提升機(jī)。進(jìn)行定期檢修、遠(yuǎn)程監(jiān)測(cè)和智能故障診斷的研究對(duì)設(shè)備維護(hù)有著重要作用。我國(guó)在設(shè)備狀態(tài)的監(jiān)測(cè)與故障診斷技術(shù)的研究起步相對(duì)較晚，卻得到了迅速的發(fā)展。

2 礦井提升機(jī)狀態(tài)監(jiān)測(cè)與故障診斷技術(shù)發(fā)展趨勢(shì)

應(yīng)用礦井提升機(jī)的故障診斷技術(shù)已經(jīng)極大地提高了設(shè)備運(yùn)行的安全可靠性。隨著礦井提升機(jī)故障診斷系統(tǒng)的快速發(fā)展，使礦井提升機(jī)故障診斷走向智能化。由數(shù)值計(jì)算和信號(hào)處理方法的診斷過程已經(jīng)被知識(shí)處理和推理方法的診斷過程所替代。我國(guó)屬于能源大國(guó)，近些年來對(duì)礦井提升機(jī)故障診斷技術(shù)系統(tǒng)的研究更加深入，各種方法相互融合和滲透。礦井提升機(jī)狀態(tài)監(jiān)測(cè)與故障診斷技術(shù)總體上逐步走向信息化、網(wǎng)絡(luò)化和智能，具體體現(xiàn)在以下幾個(gè)方面。

2.1 系統(tǒng)結(jié)構(gòu)

如今研制的礦井提升機(jī)狀態(tài)監(jiān)測(cè)與故障診斷系統(tǒng)已發(fā)展為網(wǎng)絡(luò)化。

2.2 監(jiān)測(cè)方式

由先進(jìn)的在線監(jiān)測(cè)替代傳統(tǒng)的巡回監(jiān)測(cè)、定期監(jiān)測(cè)，監(jiān)測(cè)效率得到了提高，為礦井提升機(jī)的實(shí)時(shí)故障診斷系統(tǒng)提供了條件。 2.3 監(jiān)測(cè)參數(shù)

由傳統(tǒng)的單參數(shù)監(jiān)測(cè)已經(jīng)發(fā)展為多參數(shù)監(jiān)測(cè)，為后續(xù)故障診斷系統(tǒng)提供了更多的原始數(shù)據(jù)。

2.4 系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì)

由單任務(wù)系統(tǒng)發(fā)展為多任務(wù)處理系統(tǒng)。涉及到的通訊處理、數(shù)據(jù)庫設(shè)計(jì)、推理機(jī)設(shè)計(jì)等，可以逐漸增加分布優(yōu)化處理等特點(diǎn)。

2.5 系統(tǒng)功能

由監(jiān)測(cè)和診斷逐步走向監(jiān)測(cè)、診斷、預(yù)報(bào)、治理和管理，具有一體化的優(yōu)勢(shì)。診斷方法向快捷化、智慧化、靈敏化等方向進(jìn)展，診斷方式向有傳統(tǒng)的現(xiàn)場(chǎng)診斷發(fā)展為現(xiàn)場(chǎng)診斷和遠(yuǎn)程診斷相結(jié)合。

2.6 故障診斷方法

出現(xiàn)了多種診斷方法相結(jié)合的故障診斷系統(tǒng)，達(dá)到更有效、更準(zhǔn)確的故障診斷。

3 礦井提升機(jī)事故分析

煤礦提升機(jī)運(yùn)行過程中發(fā)生頻率較高，造成巨大損失和影響較大的常見事故主要有過卷事故、斷繩事故、制動(dòng)失效事故、滑動(dòng)事故、井筒事故及各類軸類零件突然斷裂事故等。

3.1 過卷事故分析

過卷事故主要是上提過卷和下放過卷兩種事故。上提過卷是礦車或人車被提升到地面井口沒有停車，繼續(xù)上行造成的事故。造成井架拉倒或是鋼絲繩拉斷而導(dǎo)致跑車。下放過卷是當(dāng)?shù)V車下放到井底沒有減速停車，造成與井底承接裝置發(fā)生碰撞造成的蹲罐事故。

3.2 斷繩事故分析

斷繩事故屬于最嚴(yán)重的事故之一，如果這類事故發(fā)生，將造成煤礦重大的經(jīng)濟(jì)損失且危及到此巷道作業(yè)人員的生命安全。常出現(xiàn)的斷繩原因有以下幾點(diǎn)。

①銹蝕：井下環(huán)境相對(duì)較潮濕，金屬易變脆，其抗拉強(qiáng)度和抗沖擊強(qiáng)度性能也隨之降低。

②磨損：礦井提升機(jī)在進(jìn)行纏繞過程中，變層跨圈處經(jīng)常出現(xiàn)上、下層鋼絲繩之間的擠壓，也叫“跨圈現(xiàn)象”，使鋼絲繩出現(xiàn)橫向滑動(dòng)和縱向滑動(dòng)，造成鋼絲繩劇烈磨損。地輪不轉(zhuǎn)或轉(zhuǎn)動(dòng)不靈活，鋼絲繩磨損更為嚴(yán)重。

③疲勞：是指長(zhǎng)時(shí)間的反復(fù)彎曲導(dǎo)致鋼絲繩強(qiáng)度降低。

④沖擊和振動(dòng)：經(jīng)常的松繩、過卷將引起的各種沖擊和振動(dòng)。直接的影響到鋼絲繩的使用壽命。

⑤超載：提升時(shí)超掛車和拉掉道車輛，將導(dǎo)致過載。

⑥個(gè)別礦井防護(hù)裝置不全或防護(hù)不起作用。

⑦檢修時(shí)措施不符合要求或方法不當(dāng)。

⑧操作不當(dāng)。

⑨超出使用壽命或帶有隱患運(yùn)行。

3.3 制動(dòng)失效事故分析

礦用提升機(jī)采用液壓盤式制動(dòng)器。制動(dòng)失效的原因主要有以下幾點(diǎn)：

①制動(dòng)力矩大，導(dǎo)致動(dòng)張力增大引起滑動(dòng)。

②超載或制動(dòng)初速大，導(dǎo)致電氣設(shè)備跳閘，再次啟動(dòng)時(shí)，司機(jī)操作失誤將方向開反，使得重物下放，當(dāng)發(fā)現(xiàn)時(shí)礦井提升機(jī)速度較快，將會(huì)出現(xiàn)制動(dòng)不住的事故。

③制動(dòng)力矩小，造成制動(dòng)不住。

3.4 滑動(dòng)事故分析

提升機(jī)運(yùn)行過程中，其滑動(dòng)現(xiàn)象經(jīng)常出現(xiàn)在等速運(yùn)行、啟動(dòng)加速、緊急制動(dòng)的三個(gè)階段。在礦井提升機(jī)的使用中缺乏稱重系統(tǒng)，經(jīng)常出現(xiàn)超載現(xiàn)象嚴(yán)重超載；繩或襯墊有油污；啟動(dòng)或制動(dòng)力矩過大，導(dǎo)致鋼絲繩張力差變化大。

3.5 突發(fā)性斷軸事故分析

軸作為減速器、主軸裝置和天輪中的決定性零件，具有支撐作用。引起斷軸事故的主要原因有：主軸疲勞發(fā)生斷裂、提升機(jī)的主軸結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)與使用不合理、礦井提升機(jī)長(zhǎng)期處于超載運(yùn)行中、礦井提升機(jī)超出其使用年限、提升機(jī)故障結(jié)構(gòu)。礦井提升機(jī)機(jī)故障診斷結(jié)構(gòu)包括了礦井提升機(jī)的減速器、主軸、電機(jī)、制動(dòng)系統(tǒng)等四個(gè)方面的結(jié)構(gòu)信息；減速器、主軸、電機(jī)、制動(dòng)系統(tǒng)的相應(yīng)故障是有關(guān)聯(lián)的，其關(guān)聯(lián)方式如圖1所示。

通過貝葉斯網(wǎng)絡(luò)解決了不確定性的知識(shí)推理網(wǎng)絡(luò)。下面一層屬于征兆信息。由監(jiān)測(cè)診斷軟件獲得征兆信息，在利用貝葉斯網(wǎng)絡(luò)推理進(jìn)行故障診斷。根據(jù)礦井提升機(jī)常見故障情況，振動(dòng)分析中轉(zhuǎn)子故障進(jìn)行故障診斷分析，其轉(zhuǎn)子故障結(jié)構(gòu)圖如圖2所示。

貝葉斯網(wǎng)絡(luò)在實(shí)現(xiàn)故障診斷，通過故障結(jié)果來判斷導(dǎo)致該故障的原因，從而進(jìn)行提升機(jī)的日常維護(hù)。具有及時(shí)故障定位、確定故障點(diǎn)等優(yōu)點(diǎn)，進(jìn)行故障維修，效率高且節(jié)省人力物力。其維修決策結(jié)構(gòu)如圖3所示。

4 系統(tǒng)總體結(jié)構(gòu)

采用現(xiàn)場(chǎng)監(jiān)測(cè)站和遠(yuǎn)程監(jiān)控中心相結(jié)合的模式，建立礦井提升機(jī)遠(yuǎn)程監(jiān)測(cè)與智能診斷系統(tǒng)，遠(yuǎn)程通信采用GPRS網(wǎng)絡(luò)無線網(wǎng)，采用公網(wǎng)固定IP?，F(xiàn)場(chǎng)監(jiān)測(cè)站包括：提升機(jī)原有電控系統(tǒng)、傳感器系統(tǒng)、邏輯控制器、電源及模擬量采集模塊、數(shù)據(jù)傳輸設(shè)備等。遠(yuǎn)程監(jiān)控中心需配備計(jì)算機(jī)，通過GPRS網(wǎng)絡(luò)對(duì)礦井提升機(jī)的運(yùn)行狀態(tài)進(jìn)行動(dòng)態(tài)監(jiān)測(cè)與故障診斷，其結(jié)構(gòu)圖如圖4所示。

5 系統(tǒng)功能要求

礦井提升機(jī)遠(yuǎn)程監(jiān)測(cè)與故障診斷系統(tǒng)軟件、硬件要符合以下功能：

①提升機(jī)運(yùn)行狀態(tài)時(shí)刻保持?jǐn)?shù)據(jù)釆集與數(shù)據(jù)分析，其中包括提升機(jī)電氣設(shè)備各個(gè)參數(shù)的監(jiān)測(cè)；液壓站的溫度和壓力監(jiān)測(cè)是否溫度超標(biāo)；轉(zhuǎn)子振動(dòng)發(fā)出的信號(hào)進(jìn)行實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)與分析；及時(shí)發(fā)現(xiàn)第一故障點(diǎn)；制動(dòng)盤偏擺量及閘瓦間隙的監(jiān)測(cè)；利用GPRS無線收發(fā)。

②現(xiàn)場(chǎng)監(jiān)測(cè)站作業(yè)人員，監(jiān)控計(jì)算機(jī)確保在線實(shí)時(shí)對(duì)提升機(jī)數(shù)據(jù)采集與故障診斷。

③監(jiān)控中心通過實(shí)地監(jiān)測(cè)站所采集到的運(yùn)行數(shù)據(jù)與故障分析數(shù)據(jù)生成趨勢(shì)曲線圖，通過趨勢(shì)曲線圖反應(yīng)提升機(jī)運(yùn)行狀態(tài)的變化。

④發(fā)生異常情況時(shí)能立即顯示報(bào)警。

⑤管理人員應(yīng)經(jīng)常性的打印報(bào)表，查看提升機(jī)在一定時(shí)間內(nèi)的運(yùn)行狀態(tài)。

6 結(jié) 語

礦井提升機(jī)的遠(yuǎn)程監(jiān)測(cè)與智能診斷有效地實(shí)現(xiàn)了實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)采集分析出現(xiàn)故障時(shí)及時(shí)報(bào)警，保障了提升機(jī)安全運(yùn)行，且降低了通信故障率，為煤礦大型機(jī)電設(shè)備的管理提供了便利。

參考文獻(xiàn)：

[1] 王寶德.提升機(jī)群遠(yuǎn)程監(jiān)測(cè)與智能故障診斷系統(tǒng)設(shè)計(jì)[J].工礦自動(dòng)化，2013，（11）.