基于FCM 算法對(duì)刮板輸送機(jī)故障的分析與診斷

朱江鵬

（山西長(zhǎng)平煤業(yè)有限責(zé)任公司， 山西 晉城 048006）

引言

刮板輸送機(jī)是煤礦重要的運(yùn)輸設(shè)備之一，用于運(yùn)輸煤炭與矸石，對(duì)于整個(gè)礦井的順利生產(chǎn)有重大的意義。我國煤礦機(jī)械的整體水平朝著大功率、大運(yùn)量以及高性能的方向不斷發(fā)展，目前，井下刮板輸送機(jī)最大功率達(dá)到6 000 t/h，服務(wù)工作面也越來越大，刮板輸送機(jī)運(yùn)輸能力也越來越大[1]。但刮板輸送機(jī)在運(yùn)行過程中，不僅經(jīng)常出現(xiàn)摩擦、腐蝕等現(xiàn)象，而且還容易出現(xiàn)斷鏈、掉鏈等故障，對(duì)于煤礦的正常運(yùn)行有嚴(yán)重的阻礙作用[2]。本文詳細(xì)分析刮板輸送機(jī)出現(xiàn)故障的具體原因，同時(shí)利用FCM算法對(duì)其故障分析進(jìn)行了計(jì)算，發(fā)現(xiàn)FCM算法對(duì)于檢測(cè)數(shù)據(jù)的聚類水平更加清晰準(zhǔn)確，也使得分層更加貼近實(shí)際情況，在實(shí)際檢測(cè)分析刮板輸送機(jī)故障時(shí)可大面積推廣。

1 刮板輸送機(jī)常見故障

刮板輸送機(jī)在煤礦井下生產(chǎn)過程中占據(jù)重要的地位，在實(shí)際的生產(chǎn)過程中，刮板輸送機(jī)往往由于工作面大量煤炭以及巖石的垮落出現(xiàn)載荷過大加快機(jī)器的磨損，嚴(yán)重情況下甚至出現(xiàn)機(jī)器停止運(yùn)轉(zhuǎn)，影響到整個(gè)工作面的生產(chǎn)進(jìn)行。因此，了解刮板輸送機(jī)的結(jié)構(gòu)以及穩(wěn)定性對(duì)于礦井生產(chǎn)的順利進(jìn)行就顯得尤為重要。

圖1、圖2、圖3 分別為刮板輸送機(jī)的機(jī)頭、機(jī)頭傳動(dòng)裝置以及鏈輪簡(jiǎn)圖。刮板輸送機(jī)主要包括傳動(dòng)系統(tǒng)與輸送系統(tǒng)兩個(gè)主要部分，傳動(dòng)系統(tǒng)是刮板輸送機(jī)的動(dòng)力系統(tǒng)，傳動(dòng)系統(tǒng)中的電動(dòng)機(jī)是設(shè)備的動(dòng)力來源，其輔助設(shè)備有液力耦合器以及減速裝置，共同提供并傳送動(dòng)力，輸送系統(tǒng)主要由鏈輪及其附屬裝置組成，起到直接運(yùn)輸?shù)淖饔谩?/p>

刮板輸送機(jī)在井下主要運(yùn)輸煤炭以及煤矸石，由于運(yùn)輸材料不同，其所受到的力也有所不同，且在井下運(yùn)輸中，工作面并不是嚴(yán)格的平整狀態(tài)，因此在刮板輸送機(jī)工作中，其受到水平應(yīng)力、垂直應(yīng)力以及各個(gè)方向的力都較大，載荷的增大加大了機(jī)器發(fā)生故障的概率，加上井下地質(zhì)條件的復(fù)雜，在長(zhǎng)期磨損狀況下刮板輸送機(jī)極易發(fā)生故障，一旦刮板輸送機(jī)停止工作，工作面便無法正常推進(jìn)。隨著煤層開采難度的增加，機(jī)械水平也有了一定程度的進(jìn)步，大功率自動(dòng)化設(shè)備應(yīng)用越來越普遍，因此故障發(fā)生的概率也在增加。在刮板輸送機(jī)運(yùn)行過程中，一個(gè)零件或者多個(gè)零件的異常就會(huì)使機(jī)器停止運(yùn)轉(zhuǎn)，從而影響生產(chǎn)的順利進(jìn)行，因此，必須全面了解其發(fā)生故障的根本原因。刮板輸送機(jī)發(fā)生故障的原因主要有以下幾點(diǎn)：

1—平行傳動(dòng)裝置；2—機(jī)架；3—垂直傳動(dòng)裝置

圖2 刮板輸送機(jī)機(jī)頭傳動(dòng)裝置簡(jiǎn)圖

圖3 刮板輸送機(jī)鏈輪簡(jiǎn)圖

1.1 電器故障

一種電器故障是當(dāng)設(shè)備內(nèi)部或者外部電路發(fā)生短路甚至斷路時(shí)，電動(dòng)機(jī)工作便會(huì)失穩(wěn)，設(shè)備轉(zhuǎn)速得不到預(yù)期的效果，運(yùn)輸將會(huì)受到影響，情況嚴(yán)重者會(huì)停止運(yùn)行；另外一種電器故障是由于機(jī)器長(zhǎng)時(shí)間工作導(dǎo)致熱量的集聚，運(yùn)行過程中，摩擦生熱損壞機(jī)器。

1.2 減速器故障

減速器發(fā)生故障主要是由于軸承發(fā)熱以及油溫過高造成，在機(jī)器運(yùn)行初期，機(jī)器的油都為純凈油，在長(zhǎng)時(shí)間的設(shè)備運(yùn)行中，往往因?yàn)槔鋮s循環(huán)系統(tǒng)的冷卻溫度不足或者冷卻系統(tǒng)堵塞等原因，造成油溫過高，除此之外，當(dāng)進(jìn)行補(bǔ)油等操作時(shí)，由于操作不當(dāng)導(dǎo)致油中含有雜質(zhì)。

1.3 液力耦合器故障

液力耦合器中包含密封裝置以及螺絲等小零件，長(zhǎng)時(shí)間高溫作業(yè)后，密封圈極易出現(xiàn)損壞且螺絲出現(xiàn)松動(dòng)疲勞等現(xiàn)象，導(dǎo)致液力耦合器發(fā)生故障。

1.4 鏈輪組件故障

刮板輸送機(jī)是靠刮板鏈工作進(jìn)行運(yùn)輸?shù)?，刮板鏈條間連接不緊密或者部分刮板鏈發(fā)生故障時(shí)，鏈條松緊度便會(huì)發(fā)生變化，造成軸承磨損嚴(yán)重，運(yùn)輸能力下降。

2 刮板輸送機(jī)故障的診斷

通過上述的刮板輸送機(jī)故障分析，除外界人為因素外，油溫以及機(jī)器設(shè)備溫度的升高是機(jī)器損壞的主要內(nèi)因。針對(duì)這一故障，利用FCM算法對(duì)溫度進(jìn)行檢測(cè)和分析，圖4 為刮板輸送機(jī)減速器溫度檢測(cè)點(diǎn)示意圖，根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)經(jīng)驗(yàn)以及理論知識(shí)，以故障發(fā)生最多的一三軸處作為監(jiān)測(cè)點(diǎn)監(jiān)測(cè)油溫。一軸是減速器高速軸，高速軸由于轉(zhuǎn)速快，在損耗以及摩擦力的作用下，溫度會(huì)驟然增加，因此在此位置進(jìn)行溫度的檢測(cè)有很大的意義；三軸代表減速器低速軸，低速軸雖然轉(zhuǎn)速較低，但是低速軸在工作期間因?yàn)橛泻艽蟮牧剌敵觯詼囟容^高的點(diǎn)也出現(xiàn)在低速軸，當(dāng)軸承出現(xiàn)疲勞脫落或者刮傷時(shí)，刮板輸送機(jī)便無法正常工作，因此加強(qiáng)對(duì)低速軸溫度的檢測(cè)也顯得尤為重要。

對(duì)于溫度的檢測(cè)有很多點(diǎn)，實(shí)時(shí)檢測(cè)電機(jī)線圈繞組溫度可以了解電動(dòng)機(jī)的發(fā)熱情況，按照實(shí)際工作經(jīng)驗(yàn)，當(dāng)煤層采高較高時(shí)，落煤重力對(duì)機(jī)器造成很大的瞬時(shí)沖擊力，電機(jī)極容易出現(xiàn)掩埋，這種現(xiàn)象的根本原因是電機(jī)的定子瞬間達(dá)到較高的溫度或者有灰塵進(jìn)入到電機(jī)中，導(dǎo)致設(shè)備不運(yùn)轉(zhuǎn)，因此在壓力作用下出現(xiàn)掩埋；電動(dòng)機(jī)軸承溫度較高也是常見的現(xiàn)象之一，當(dāng)軸承油量不足或者油量溫度較高時(shí)，軸承磨損嚴(yán)重，機(jī)器零件也受到破壞，定子與轉(zhuǎn)子之間的摩擦導(dǎo)致局部溫度升高，甚至可能燒壞電機(jī)。因此，溫度檢測(cè)點(diǎn)布置于這些位置[3]。

FCM算法為模糊理論算法，其能更好地解釋模糊性以及隨機(jī)性，應(yīng)用此方法能夠更好地將樣本數(shù)據(jù)點(diǎn)進(jìn)行分類，使得樣本聚類水平更加清晰的同時(shí)，也使得分層更加貼近實(shí)際情況。圖5 為樣點(diǎn)集合圖，圖6 為FCM算法分類結(jié)果。

圖4 刮板輸送機(jī)減速器溫度檢測(cè)點(diǎn)示意圖

刮板輸送機(jī)是煤礦大型機(jī)械設(shè)備，其由很多零件組成，對(duì)其故障進(jìn)行分析診斷時(shí)，需要檢測(cè)的數(shù)據(jù)非常多，在后期數(shù)據(jù)進(jìn)行分類處理時(shí)，人為處理工作量大且誤差較大，利用FCM 算法進(jìn)行聚類，可使分類能力增強(qiáng)且分類結(jié)果更加準(zhǔn)確，因此在對(duì)刮板輸送機(jī)進(jìn)行故障分析診斷數(shù)據(jù)處理時(shí)，利用FCM算法是不錯(cuò)的選擇[4]。

圖5 樣點(diǎn)集合圖

3 結(jié)論

1）根據(jù)實(shí)際工作經(jīng)驗(yàn)以及理論知識(shí)，在刮板輸送機(jī)故障診斷檢測(cè)中，將溫度檢測(cè)點(diǎn)布置于減速器高速軸、減速器低速軸、軸承以及油溫處檢測(cè)溫度是最全面最佳的檢測(cè)位置。

圖6 FCM 算法分類結(jié)果

2）利用FCM算法對(duì)檢測(cè)數(shù)據(jù)進(jìn)行聚類分析時(shí)，發(fā)現(xiàn)聚類水平更加清晰，分層更加貼近實(shí)際情況，因此在對(duì)刮板輸送機(jī)進(jìn)行故障分析診斷數(shù)據(jù)處理時(shí)，利用FCM算法是不錯(cuò)的選擇。