基于數(shù)據(jù)挖掘技術(shù)的礦井提升機(jī)故障診斷研究

鄭東旭 章建林

湖南有色金屬職業(yè)技術(shù)學(xué)院機(jī)電工程系

基于數(shù)據(jù)挖掘技術(shù)的礦井提升機(jī)故障診斷研究

鄭東旭 章建林

湖南有色金屬職業(yè)技術(shù)學(xué)院機(jī)電工程系

數(shù)據(jù)挖掘技術(shù)的使用給當(dāng)前國(guó)內(nèi)金屬礦開(kāi)采單位注入了巨大的活力，不但讓金屬礦開(kāi)采企業(yè)提升了日常生產(chǎn)作業(yè)的效率，而且還在安全性上給予了極大提升。礦井提升機(jī)作為金屬礦開(kāi)采作業(yè)中的重要機(jī)械設(shè)備，將數(shù)據(jù)挖掘技術(shù)應(yīng)用其中將能夠快速實(shí)現(xiàn)故障信息的獲取與診斷，從而幫助金屬礦開(kāi)采企業(yè)減少設(shè)備維修的停工損失。在本文中作者結(jié)合自身多年從事該領(lǐng)域研究經(jīng)驗(yàn)，在對(duì)大量文獻(xiàn)進(jìn)行閱讀與研究基礎(chǔ)上，基于數(shù)據(jù)挖掘技術(shù)對(duì)礦井提升機(jī)故障診斷系統(tǒng)設(shè)計(jì)開(kāi)展研究。

數(shù)據(jù)挖掘；礦井提升機(jī)；故障診斷；技術(shù)研究

1 引言

面對(duì)不斷擴(kuò)充的城市規(guī)模、不斷優(yōu)化的城市配套網(wǎng)絡(luò)、不斷更新的家用電器設(shè)備等，能源的消耗也變得更加龐大。然而，在超前開(kāi)采資源、使用資源的今天，使物質(zhì)資源的總量逐年減少，能源的合理開(kāi)采與使用就變成一個(gè)極為富有研究?jī)r(jià)值的課題。金屬礦開(kāi)采企業(yè)作為社會(huì)主要能源材料的生產(chǎn)者，由于金屬礦及附屬資源的開(kāi)發(fā)和利用地位較高，從而使其也不得不面對(duì)當(dāng)前的市場(chǎng)需求謀求新的管理運(yùn)營(yíng)與技術(shù)改良策略，以便于契合國(guó)家社會(huì)主義新城市建設(shè)的宏偉藍(lán)圖。礦井提升機(jī)作為當(dāng)前金屬礦生產(chǎn)過(guò)程中的關(guān)鍵設(shè)備之一，其不但能夠讓金屬礦開(kāi)采單位日常生產(chǎn)作業(yè)效率提升，而且能在金屬礦開(kāi)采安全生產(chǎn)中起到巨大推動(dòng)作用。由于礦井提升機(jī)在日常工作過(guò)程中會(huì)產(chǎn)生大量設(shè)備的監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)，那么通過(guò)將數(shù)據(jù)挖掘技術(shù)引入到礦井提升機(jī)的操作系統(tǒng)中，將能夠幫助礦井提升機(jī)日常故障診斷監(jiān)測(cè)系統(tǒng)的建立，從而為保證有色金屬企業(yè)的安全生產(chǎn)帶來(lái)巨大幫助。

2 礦井提升機(jī)常見(jiàn)故障研究

有色金屬生產(chǎn)單位所使用的礦井提升機(jī)通常由6個(gè)部分所組成，其中包括：機(jī)械制動(dòng)系統(tǒng)、機(jī)械傳統(tǒng)系統(tǒng)、機(jī)械拖動(dòng)控制系統(tǒng)、機(jī)械自動(dòng)保護(hù)系統(tǒng)、機(jī)械潤(rùn)滑系統(tǒng)、機(jī)械觀測(cè)及操作系統(tǒng)及相關(guān)輔助系統(tǒng)等。經(jīng)過(guò)實(shí)踐的使用與調(diào)查，學(xué)術(shù)界發(fā)現(xiàn)礦井提升機(jī)的常見(jiàn)故障存在于機(jī)械傳動(dòng)及制動(dòng)系統(tǒng)中。并且，一旦故障出現(xiàn)，將能夠在礦井提升機(jī)監(jiān)測(cè)信號(hào)的時(shí)頻域中得以反映。

對(duì)于礦井提升機(jī)傳動(dòng)系統(tǒng)的常見(jiàn)故障而言，其主要包括：（1）轉(zhuǎn)子系統(tǒng)的不平衡。產(chǎn)生這一問(wèn)題的原因通常是由于轉(zhuǎn)子系統(tǒng)的轉(zhuǎn)軸部位出現(xiàn)了一些故障；（2）軸承系統(tǒng)的故障。該系統(tǒng)所出現(xiàn)的故障通常為軸承部位的振動(dòng)過(guò)大。產(chǎn)生原因一方面可能是由于本身的振動(dòng)頻率過(guò)大導(dǎo)致對(duì)固有頻率的檢測(cè)較為困難，從而產(chǎn)生故障。另一方面使由于軸承元件部位的表面頻率的檢測(cè)失效導(dǎo)致。

對(duì)于礦井提升機(jī)制動(dòng)系統(tǒng)的常見(jiàn)故障而言，其主要包括三個(gè)方面：（1）提升機(jī)制動(dòng)系統(tǒng)中的制動(dòng)力矩出現(xiàn)失效故障；（2）制動(dòng)系統(tǒng)中的松閘出現(xiàn)失效故障；（3）制動(dòng)系統(tǒng)中的制動(dòng)器由于空動(dòng)時(shí)長(zhǎng)過(guò)多產(chǎn)生故障等。產(chǎn)生這些因素的主要原因在于礦井提升機(jī)內(nèi)部的制動(dòng)系統(tǒng)通常會(huì)由于日常工作而出現(xiàn)低速運(yùn)行、重載運(yùn)行、振動(dòng)運(yùn)行等特點(diǎn)條件，從而容易導(dǎo)致最終機(jī)械運(yùn)行出現(xiàn)失效問(wèn)題。

3 礦井提升機(jī)故障診斷系統(tǒng)的設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)

當(dāng)前將數(shù)據(jù)挖掘技術(shù)應(yīng)用于對(duì)礦井提升機(jī)進(jìn)行故障診斷系統(tǒng)的建設(shè)時(shí)，通常會(huì)使用LabVIEW9.0、MySQL的數(shù)據(jù)管理系統(tǒng)，以及Weka的數(shù)據(jù)挖掘平臺(tái)三個(gè)重要技術(shù)支撐進(jìn)行故障診斷系統(tǒng)的開(kāi)發(fā)。在此過(guò)程中，為了保證礦井提升機(jī)故障診斷系統(tǒng)的完善程度，會(huì)構(gòu)建四大模塊，具體包括：實(shí)現(xiàn)對(duì)信號(hào)收集及儲(chǔ)存的模塊、對(duì)整體系統(tǒng)進(jìn)行管理的模塊、對(duì)系統(tǒng)運(yùn)行實(shí)現(xiàn)在線(xiàn)監(jiān)控的模塊、對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行獲取與挖掘診斷模塊。

針對(duì)實(shí)現(xiàn)信息收集及儲(chǔ)存的模塊。在實(shí)際進(jìn)行傳動(dòng)和制動(dòng)系統(tǒng)的測(cè)量中，通常應(yīng)當(dāng)將被檢測(cè)點(diǎn)所在位置設(shè)置在極為靠近設(shè)備的核心部位附近，從而將能夠?qū)崿F(xiàn)對(duì)礦井提升機(jī)現(xiàn)有發(fā)生故障頻率較高部位是否存在故障進(jìn)行有效監(jiān)控。并且，還應(yīng)當(dāng)確保檢測(cè)裝置有較高的剛度，從而便于實(shí)現(xiàn)對(duì)整個(gè)系統(tǒng)的準(zhǔn)確檢測(cè)。

針對(duì)整體系統(tǒng)開(kāi)展管理的模塊。這一模塊對(duì)其他模塊的正常運(yùn)行起到重要的管理保障作用。因此在設(shè)計(jì)過(guò)程中應(yīng)當(dāng)從當(dāng)前機(jī)械使用的整體出發(fā)，以確保系統(tǒng)中數(shù)據(jù)儲(chǔ)存的高質(zhì)量，并盡量的減少系統(tǒng)中數(shù)據(jù)信息的冗余，減少系統(tǒng)設(shè)計(jì)不完善造成的數(shù)據(jù)丟失和作業(yè)浪費(fèi)。

針對(duì)整體系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)在線(xiàn)監(jiān)控的模塊。在對(duì)這個(gè)模塊進(jìn)行開(kāi)發(fā)中，應(yīng)當(dāng)保證其能夠反映出整個(gè)系統(tǒng)現(xiàn)有的狀態(tài)，并能夠使監(jiān)控人員對(duì)礦井提升機(jī)的工作狀況給予直觀了解。在此過(guò)程中應(yīng)當(dāng)將在線(xiàn)檢測(cè)模塊根據(jù)三個(gè)部分進(jìn)行設(shè)計(jì)，并從數(shù)據(jù)的采集到處理，再到顯示實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)信息的程序化顯示。并對(duì)最終顯示模塊設(shè)計(jì)狀態(tài)監(jiān)測(cè)界面、實(shí)時(shí)曲線(xiàn)與特征參量界面、報(bào)警閾值設(shè)置界面等便于直觀數(shù)據(jù)反映。

針對(duì)實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)獲取與挖掘診斷的模塊。該模塊的開(kāi)發(fā)應(yīng)當(dāng)綜合使用專(zhuān)業(yè)數(shù)據(jù)的挖掘軟件Weka以及虛擬的儀器Labview。在進(jìn)行模塊設(shè)計(jì)時(shí)應(yīng)規(guī)劃以下流程：實(shí)際操作中，數(shù)據(jù)獲取系統(tǒng)能夠準(zhǔn)確收集到由檢測(cè)模塊反饋的信息與數(shù)據(jù)，并經(jīng)過(guò)使用Labview的小波工具包實(shí)現(xiàn)對(duì)數(shù)據(jù)的抽繭剝絲，從而獲取到系統(tǒng)所需目標(biāo)數(shù)據(jù)，并經(jīng)過(guò)對(duì)現(xiàn)有閾值及參數(shù)的對(duì)比，實(shí)現(xiàn)對(duì)故障原因及部位的確認(rèn)。

4 結(jié)論

通過(guò)上文的研究，可以發(fā)現(xiàn)，礦井提升機(jī)作為有色金屬企業(yè)日常生產(chǎn)中的重要機(jī)械設(shè)備，其能否穩(wěn)定高效運(yùn)行將直接關(guān)系到有色金屬生產(chǎn)企業(yè)的業(yè)績(jī)?cè)鲩L(zhǎng)和企業(yè)增值。然而，由于礦井提升機(jī)在日常工作過(guò)程中會(huì)產(chǎn)生大量相關(guān)信息與數(shù)據(jù)，如果不借助有效的系統(tǒng)將極為容易忽略與設(shè)備故障有關(guān)信息。使用數(shù)據(jù)挖掘技術(shù)，將其應(yīng)用于礦井提升機(jī)的系統(tǒng)參數(shù)設(shè)置與運(yùn)行反饋系統(tǒng)中，將能夠極大增強(qiáng)數(shù)據(jù)獲取與分析的能力，并建立礦井提升機(jī)故障檢測(cè)與診斷系統(tǒng)，從而為保證有色金屬開(kāi)采企業(yè)運(yùn)行安全性與效率的雙增強(qiáng)。

[1] 數(shù)據(jù)挖掘技術(shù)在犯罪分析中的研究與應(yīng)用[D].趙海東.中國(guó)海洋大學(xué),2014.

[2] 數(shù)據(jù)挖掘技術(shù)在客戶(hù)維系工作中的應(yīng)用研究[D].盧嘉璽.福州大學(xué),2014.

鄭東旭，1977.11，女，漢，河北廊坊，講師，研究生，主要從事機(jī)電一體化教學(xué)、科研工作。

”：2017年湖南省教育廳科學(xué)研究項(xiàng)目“基于SOM神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的礦井提升機(jī)故障診斷技術(shù)研究”