連續(xù)采煤機(jī)裝載系統(tǒng)故障診斷的專家系統(tǒng)

閆建軍

（山西鄉(xiāng)寧焦煤集團(tuán)申南凹焦煤有限公司， 山西 臨汾 042105）

引言

圖1 某場連續(xù)采煤機(jī)裝載系統(tǒng)示意圖

連續(xù)采煤機(jī)中的裝載裝置對于采煤機(jī)的正常工作運行起到了重要作用[1]。本文主要對連續(xù)采煤機(jī)中裝載系統(tǒng)可能出現(xiàn)的故障及其具體的診斷方法進(jìn)行詳細(xì)分析，通過采用BP的相關(guān)技術(shù)以及具體的實踐方法，并以VC++6.0作為相應(yīng)的變成平臺來進(jìn)行人機(jī)交換界面的具體操作，將SQL2000作為數(shù)據(jù)庫，從而建立起專業(yè)的故障分析專家系統(tǒng)。

1 連續(xù)采煤機(jī)的故障及其診斷

1.1 連續(xù)采煤機(jī)可能出現(xiàn)的故障

如圖1所示是某場的連續(xù)采煤機(jī)裝載系統(tǒng)，圖中的M1至M11所對應(yīng)的分別為其裝載系統(tǒng)的具體部位[2]，連續(xù)采煤機(jī)中裝載系統(tǒng)所出現(xiàn)的具體故障主要體現(xiàn)在：轉(zhuǎn)速過慢（X1）、轉(zhuǎn)動速度時快時慢（X2）、工作時震動幅度較大導(dǎo)致噪音較大（X3）、工作時異常發(fā)熱（X4）、轉(zhuǎn)動過慢（X5）、輸送機(jī)轉(zhuǎn)動異常（X6）、減速器的轉(zhuǎn)動快慢不均（X7）、減速器在震動時噪音過大（X8）、減速器工作時異常散熱（X9）、電動機(jī)工作時有噪音（X10）、轉(zhuǎn)動不均（X11）、電動機(jī)過熱（X12）。

1.2 造成故障的主要原因

經(jīng)分析，造成故障的原因有：電壓與額定電壓不符（Y1）、內(nèi)部線圈短路（Y2）、離合器不牢固（Y3）、軸出現(xiàn)變形（Y4）、齒輪存在磨損現(xiàn)象（Y5）、軸承出現(xiàn)故障（Y6）、軸承不夠潤滑（Y7）、錐齒輪存在異常磨損現(xiàn)象（Y8）、齒輪零件的磨損破舊（Y9—Y11）、軸減速器的軸承年久失修（Y12—Y14）[3]。減速器運轉(zhuǎn)不夠潤滑（Y15）、減速器的螺絲沒有固定（Y16）、電螺機(jī)的螺絲沒有牢固（Y17）、電機(jī)缺少一定的潤滑（Y18）、電機(jī)數(shù)值超過負(fù)荷（Y19）、電機(jī)內(nèi)部的軸承出現(xiàn)產(chǎn)生壓痕和表面脫落等不同方面的損壞（Y20）。

1.3 檢測出現(xiàn)故障的方法

連續(xù)采煤機(jī)內(nèi)部裝載機(jī)構(gòu)出現(xiàn)的問題主要是通過傳感器進(jìn)行獲取和傳輸?shù)?，進(jìn)行裝載機(jī)構(gòu)檢測主要分為11個測試環(huán)節(jié)，專業(yè)的技術(shù)工作人員首先將傳感器模擬的電信號輸出進(jìn)行提前處理，從而將單片機(jī)上的AD轉(zhuǎn)換器進(jìn)行專業(yè)的數(shù)據(jù)采集，使得專家系統(tǒng)能夠更加方便地獲取檢驗的具體數(shù)據(jù)，最后將專家系統(tǒng)得出連續(xù)采煤機(jī)中裝載系統(tǒng)所出現(xiàn)的具體問題并進(jìn)行合理修復(fù)[4]。在連接星輪的軸承、轉(zhuǎn)動軸承座、電機(jī)軸承座以及減速器進(jìn)行速度傳感器的具體安裝，由M2負(fù)責(zé)X2以及X3的測試、由M5負(fù)責(zé)X6以及X3的測試、由M10負(fù)責(zé)X10以及X11的測試、由M6、M7、M8負(fù)責(zé)X7以及X8的具體裝置測試。與此同時，專業(yè)技術(shù)人員還需在兩個星輪的連接處以及減速外殼等分別設(shè)置對應(yīng)的傳感器，并進(jìn)行上述相對應(yīng)的具體測試。

2 連續(xù)采煤機(jī)故障診斷模型

通過故障征兆的個數(shù)與故障的個數(shù)可形成一個由2個子神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)構(gòu)成的一個復(fù)雜神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)，子神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)1是由輸入層的6個神經(jīng)元（n=6）、隱藏層的10 個神經(jīng)元（j=1、2、...、10）和輸出層的 8 個神經(jīng)元（k=1、2、...、8）構(gòu)成的 3 層 BP 神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)，負(fù)責(zé)星輪部分的故障。子神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)2是由輸入層的6個神經(jīng)元（n=6）、隱藏層的 10 個神經(jīng)元（j=1、2、...、10）和輸入層的 12 個神經(jīng)元（k=1、2、...、12）構(gòu)成的 3 層 BP 神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)，負(fù)責(zé)電動機(jī)和減速器的故障。

首先得到神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的輸入層到隱藏層的凈輸入值n1j為：

式中：ωij為輸入層到輸出層權(quán)值；Xi為輸入故障值；θ1j為輸入層到輸出層閾值。

將凈輸入值n1j代入到sigmoid的函數(shù)中，得到具體的隱藏層值：

式中：λ為sigmoid函數(shù)的速度系數(shù)，在實際的神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)中常取1。

則隱藏層到輸入層凈值為：

式中：vik為隱藏層到輸出層權(quán)值；θ2k為隱藏層到輸出層閾值。

最后得到輸出值：

在經(jīng)過上述的具體表達(dá)后，專業(yè)的技術(shù)人員便可以通過BD神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)來完成循環(huán)系統(tǒng)，從而更為完善地構(gòu)成連續(xù)采煤機(jī)專家系統(tǒng)的數(shù)據(jù)庫，并形成專家系統(tǒng)，專業(yè)的技術(shù)人員也可以通過專家系統(tǒng)中的數(shù)據(jù)庫對連續(xù)采煤機(jī)中裝載系統(tǒng)所出現(xiàn)的問題進(jìn)行合理且精準(zhǔn)的排查修復(fù)。

3 專家系統(tǒng)VC實現(xiàn)

3.1 診斷概述

專家系統(tǒng)主要是包含有兩個子網(wǎng)絡(luò)的復(fù)雜神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行故障的診斷與排查，主要包括不同環(huán)節(jié)所出現(xiàn)的故障。首先是星輪部分所存在的故障，其次是電動機(jī)以及減速器所出現(xiàn)的故障。在此過程中進(jìn)行專業(yè)系統(tǒng)的學(xué)習(xí)，有效克服以往故障診斷需要通過采用神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的適應(yīng)性以及模仿性來完成的模式，在具體過程中，只建立一個網(wǎng)絡(luò)，會對所診斷的轉(zhuǎn)載系統(tǒng)的對象以及結(jié)構(gòu)的具體表達(dá)進(jìn)行遺漏，使其不能適應(yīng)具體連接值的體現(xiàn)，導(dǎo)致數(shù)值的不規(guī)律的增加。與此同時，進(jìn)行樣本學(xué)習(xí)的組合也有了一定程度上的增加，更為龐大的診斷為整個專家系統(tǒng)的診斷工作提供了一定的難度。但是，以VC++6.0作為主要的編程平臺，可以通過編程平臺來對人機(jī)交互式畫面進(jìn)行制作，從而通過數(shù)據(jù)庫來進(jìn)行圖表以及故障歷史表的保存。在專家系統(tǒng)的內(nèi)部嵌入Matlab6.5，便可通過其完善且專業(yè)的圖像功能與上述提及的而混合編程分別對子神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行合理有效的仿真。

3.2 具體案例

連續(xù)采煤機(jī)的裝載系統(tǒng)在進(jìn)入專家系統(tǒng)后，可以從專家系統(tǒng)的主頁面進(jìn)入神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的學(xué)習(xí)界面中，并得到神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)樣本中的訓(xùn)練數(shù)據(jù)，利用專業(yè)的算法制成樣本數(shù)據(jù)，最終進(jìn)入數(shù)據(jù)庫，形成知識庫。在進(jìn)入到專家系統(tǒng)后可以進(jìn)入神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)診斷界面，然后在進(jìn)入故障診斷界面，對采煤機(jī)中的運載裝置所出現(xiàn)的問題進(jìn)行合理修復(fù)，并通過串口將所要檢驗的故障體現(xiàn)出來，以便開始進(jìn)行具體的專家診斷。在此過程中，專家系統(tǒng)可以依靠數(shù)據(jù)庫中的主要內(nèi)容對連續(xù)采煤機(jī)中的運載裝置所存在的問題進(jìn)行專業(yè)的檢測以及修復(fù)。

4 結(jié)論

利用專家系統(tǒng)和專業(yè)數(shù)據(jù)庫對裝載系統(tǒng)進(jìn)行細(xì)節(jié)診斷，不僅可以節(jié)省對裝載系統(tǒng)的維修時間，而且可在一定程度上提升連續(xù)采煤機(jī)的工作效率。可見裝載系統(tǒng)及其故障診斷專家系統(tǒng)對連續(xù)采煤機(jī)的重要性。

[1] 張衛(wèi)亮，李飛舟.狀態(tài)監(jiān)測裝載機(jī)液壓故障診斷專家系統(tǒng)的研究[J].機(jī)床與液壓，2017，45（1）：167-172.

[2] 劉志海，張榮華，楊凱迪，等.基于模糊專家系統(tǒng)的采煤機(jī)故障診斷研究[J].煤炭技術(shù)，2017（1）：227-229.

[3] 渠通.采煤機(jī)常見故障的分析和故障診斷的基本方法研究[J].機(jī)械管理開發(fā)，2017，32（7）：61-62.

[4] 張杰.連續(xù)采煤機(jī)電氣故障分析與防治[J].能源與節(jié)能，2017（4）：54-55.

[5] 肖峰.JOY 12CM15-10D直流牽引連續(xù)采煤機(jī)電控系統(tǒng)國產(chǎn)化改造[J].煤礦機(jī)械，2017，38（8）：103-106.