采煤機(jī)搖臂運(yùn)行狀態(tài)監(jiān)測(cè)系統(tǒng)的應(yīng)用研究

康國(guó)俊

（西山煤電集團(tuán)公司鐵路公司，山西 太原030053）

隨著科學(xué)技術(shù)的不斷發(fā)展，以采煤機(jī)為代表的大型自動(dòng)化綜采設(shè)備已經(jīng)廣泛應(yīng)用在煤礦井下綜采作業(yè)過(guò)程中，極大的提升了煤炭的綜采效率。采煤機(jī)在綜采作業(yè)過(guò)程中主要依靠搖臂角度的調(diào)整來(lái)滿足不同高度下的截割作業(yè)需求，在工作過(guò)程中搖臂需要承受截割作業(yè)時(shí)的截割沖擊等，導(dǎo)致?lián)u臂工作穩(wěn)定性差，一旦出現(xiàn)故障就需要停機(jī)由維修人員進(jìn)行故障查找和排除，效率極低，嚴(yán)重影響了煤礦井下的綜采作業(yè)效率。在對(duì)采煤機(jī)搖臂故障進(jìn)行統(tǒng)計(jì)分析的基礎(chǔ)上，本文提出了一種新的采煤機(jī)搖臂運(yùn)行狀態(tài)監(jiān)測(cè)系統(tǒng)，其采用了智能監(jiān)控的理論，通過(guò)對(duì)采煤機(jī)搖臂運(yùn)行狀態(tài)和理論狀態(tài)進(jìn)行對(duì)比，判斷出差異點(diǎn)，在報(bào)警的同時(shí)能夠?qū)收衔恢煤统醪皆蜻M(jìn)行分析，幫助維修人員實(shí)行快速定位，根據(jù)實(shí)際應(yīng)用表明該搖臂運(yùn)行狀態(tài)監(jiān)測(cè)系統(tǒng)能夠快速準(zhǔn)確的實(shí)現(xiàn)故障定位，使采煤機(jī)停機(jī)維護(hù)時(shí)間降低了74.3%以上，平均故障排除時(shí)間降低了86.4%，對(duì)提升采煤機(jī)的運(yùn)行穩(wěn)定性和使用壽命具有十分重要的意義。

1 采煤機(jī)搖臂運(yùn)行狀態(tài)監(jiān)測(cè)系統(tǒng)

根據(jù)對(duì)采煤機(jī)搖臂運(yùn)行故障的分析，目前采煤機(jī)搖臂的故障主要包括三種形式。第一種是采煤機(jī)搖臂內(nèi)部的齒輪、軸承、行星架等傳動(dòng)機(jī)構(gòu)在沖擊、重載運(yùn)行時(shí)的過(guò)渡磨損失效或者斷裂失效。第二種是搖臂油箱或者液壓機(jī)構(gòu)處的漏液現(xiàn)象，若不及時(shí)處理將導(dǎo)致齒輪磨損加劇，嚴(yán)重影響搖臂使用壽命和穩(wěn)定性。第三種是采煤機(jī)運(yùn)行過(guò)程中由于操作不當(dāng)導(dǎo)致的截齒斷裂、傳動(dòng)系統(tǒng)過(guò)熱等故障。

針對(duì)采煤機(jī)常見的故障類型，在進(jìn)行搖臂運(yùn)行狀態(tài)監(jiān)測(cè)系統(tǒng)設(shè)計(jì)時(shí)要求系統(tǒng)能夠?qū)Σ擅簷C(jī)搖臂運(yùn)行時(shí)的油液溫度、壓力和搖臂運(yùn)行時(shí)的振動(dòng)情況進(jìn)行實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)，當(dāng)監(jiān)測(cè)結(jié)果超出系統(tǒng)設(shè)定的安全范圍時(shí)開啟聲光報(bào)警并自動(dòng)指示故障位置、提供初步的故障原因提示，便于工作人員能夠在第一時(shí)間確定故障具體原因并進(jìn)行修復(fù)[1]。

結(jié)合采煤機(jī)搖臂運(yùn)行狀態(tài)監(jiān)測(cè)需求和采煤機(jī)的實(shí)際運(yùn)行要求，新的采煤機(jī)搖臂運(yùn)行狀態(tài)監(jiān)測(cè)系統(tǒng)采用了集控時(shí)的監(jiān)控結(jié)構(gòu)，如圖1所示[2]。

圖1 采煤機(jī)搖臂運(yùn)行狀態(tài)監(jiān)測(cè)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)示意圖

由圖1可知，該搖臂狀態(tài)監(jiān)測(cè)系統(tǒng)以PLC為監(jiān)測(cè)系統(tǒng)為核心，同時(shí)在系統(tǒng)內(nèi)還設(shè)置有穩(wěn)壓電源模塊和顯示屏，便于保證在緊急狀態(tài)下的工作穩(wěn)定性。該監(jiān)測(cè)系統(tǒng)主要是對(duì)采煤機(jī)運(yùn)行時(shí)各液壓腔內(nèi)的油液的溫度、搖臂工作時(shí)傳動(dòng)系統(tǒng)的振動(dòng)情況以及搖臂工作時(shí)的范圍角進(jìn)行監(jiān)測(cè)。對(duì)搖臂油液溫度和振動(dòng)情況的監(jiān)測(cè)主要是通過(guò)溫度和振動(dòng)傳感器，對(duì)采煤機(jī)搖臂工作范圍角的監(jiān)測(cè)是通過(guò)在采煤機(jī)的搖臂上設(shè)置角度傳感器來(lái)進(jìn)行判斷。該監(jiān)測(cè)系統(tǒng)具有結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、監(jiān)測(cè)穩(wěn)定性好、可靠性高的優(yōu)點(diǎn)，能夠?qū)崿F(xiàn)對(duì)采煤機(jī)搖臂工作時(shí)核心參數(shù)的智能監(jiān)控和報(bào)警。

2 傳感器設(shè)備選型及工作原理

傳感器是該監(jiān)測(cè)系統(tǒng)的核心，其工作的穩(wěn)定性和精度直接決定了搖臂監(jiān)測(cè)系統(tǒng)的工作可靠性，因此對(duì)傳感器設(shè)備具有很高的工作穩(wěn)定性要求。由于在整個(gè)監(jiān)測(cè)系統(tǒng)中監(jiān)測(cè)點(diǎn)位多，因此為了考慮系統(tǒng)成本，采用了多路模擬信號(hào)同步通道切換的數(shù)據(jù)傳輸方案，對(duì)多監(jiān)測(cè)點(diǎn)的數(shù)據(jù)信號(hào)同步解析，然后按優(yōu)先等級(jí)進(jìn)行模擬輸出，確保了數(shù)據(jù)傳輸?shù)木_性和經(jīng)濟(jì)性。

對(duì)采煤機(jī)搖臂工作溫度的監(jiān)控主要是傳動(dòng)齒輪箱溫度、軸承穩(wěn)定、搖臂轉(zhuǎn)動(dòng)處穩(wěn)定、行星頭溫度等，為了保證溫度判別效果的一致性，要求采用同類型的傳感器。經(jīng)過(guò)對(duì)多種類別傳感器的驗(yàn)證，最終決定選用K型熱電偶，其采用了雙材質(zhì)導(dǎo)體能夠滿足在空氣、油液內(nèi)的監(jiān)測(cè)精度需求，同時(shí)為了確保不同導(dǎo)體下溫度監(jiān)測(cè)的準(zhǔn)確性，該熱電偶采用了溫度補(bǔ)償控制邏輯，根據(jù)實(shí)際監(jiān)測(cè)溫度和補(bǔ)償溫度來(lái)確定最終的實(shí)際溫度，監(jiān)測(cè)精度可達(dá)4.3 mV/100℃，具有監(jiān)測(cè)精度高、靈敏性好的優(yōu)點(diǎn)，其監(jiān)測(cè)原理如圖2所示[3]。

圖2 K型熱電偶監(jiān)測(cè)原理示意圖

對(duì)采煤機(jī)搖臂振動(dòng)狀態(tài)的監(jiān)測(cè)，既要滿足對(duì)微小振動(dòng)的監(jiān)測(cè)需求又要能夠準(zhǔn)確區(qū)分在沖擊載荷下的正常振動(dòng)，因此針對(duì)異常振動(dòng)會(huì)發(fā)出規(guī)律且連續(xù)振動(dòng)的信號(hào)而沖擊載荷在的振動(dòng)會(huì)迅速衰減的情況，提出了采用CT-SD-01型壓電式傳感器[4]，在工作時(shí)首先從振動(dòng)源處接收到振動(dòng)量，然后通過(guò)壓電元件將振動(dòng)量轉(zhuǎn)換為電量，通過(guò)放大電路的處理后經(jīng)積分電路和變送電路的分級(jí)處理，最終轉(zhuǎn)換為電流信號(hào)輸出。振動(dòng)傳感器的振動(dòng)信號(hào)采集原理如圖3所示。

3 采煤機(jī)搖臂監(jiān)測(cè)系統(tǒng)應(yīng)用效果

目前該采煤機(jī)搖臂運(yùn)行監(jiān)測(cè)系統(tǒng)已經(jīng)在多個(gè)煤礦進(jìn)行了應(yīng)用，監(jiān)測(cè)系統(tǒng)的監(jiān)控畫面如圖4所示。

圖3 振動(dòng)傳感器工作原理示意圖

圖4 采煤搖臂監(jiān)測(cè)系統(tǒng)界面示意圖

通過(guò)對(duì)該搖臂監(jiān)測(cè)系統(tǒng)應(yīng)用以來(lái)采煤機(jī)工作狀態(tài)的分析，該系統(tǒng)能夠精確的對(duì)搖臂運(yùn)行過(guò)程中的關(guān)鍵參數(shù)進(jìn)行監(jiān)控，一旦超出設(shè)定值能夠及時(shí)進(jìn)行聲光報(bào)警，提醒工作人員提前對(duì)異常點(diǎn)進(jìn)行排查，避免了因異常導(dǎo)致停機(jī)后才對(duì)故障進(jìn)行排查而影響井下綜采效率。根據(jù)實(shí)際應(yīng)用表明該搖臂運(yùn)行狀態(tài)監(jiān)測(cè)系統(tǒng)能夠快速準(zhǔn)確的實(shí)現(xiàn)故障定位，使采煤機(jī)停機(jī)維護(hù)時(shí)間降低了74.3%以上，平均故障排除時(shí)間降低了86.4%，對(duì)提升采煤機(jī)的運(yùn)行穩(wěn)定性和使用壽命具有十分重要的意義。

4 結(jié)論

針對(duì)目前采煤機(jī)搖臂在高強(qiáng)度工作條件下容易出現(xiàn)故障、人工排查效率低，嚴(yán)重影響井下綜采作業(yè)穩(wěn)定性的情況。提出了一種采煤機(jī)搖臂運(yùn)行狀態(tài)監(jiān)測(cè)系統(tǒng)，利用傳感器設(shè)備對(duì)運(yùn)行時(shí)的狀態(tài)進(jìn)行實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)，根據(jù)實(shí)際應(yīng)用表明：

1）采煤機(jī)搖臂狀態(tài)監(jiān)測(cè)系統(tǒng)以PLC為監(jiān)測(cè)系統(tǒng)為核心，具有結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、監(jiān)測(cè)穩(wěn)定性好、可靠性高的優(yōu)點(diǎn)，能夠?qū)崿F(xiàn)對(duì)采煤機(jī)搖臂工作時(shí)核心參數(shù)的智能監(jiān)控和報(bào)警。

2）傳感器選型應(yīng)滿足高可靠性和高精度監(jiān)測(cè)需求，用了多路模擬信號(hào)同步通道切換的數(shù)據(jù)傳輸方案，對(duì)多監(jiān)測(cè)點(diǎn)的數(shù)據(jù)信號(hào)同步解析，然后按優(yōu)先等級(jí)進(jìn)行模擬輸出，確保了數(shù)據(jù)傳輸?shù)木_性和經(jīng)濟(jì)性。

3）臂運(yùn)行狀態(tài)監(jiān)測(cè)系統(tǒng)能夠快速準(zhǔn)確的實(shí)現(xiàn)故障定位，使采煤機(jī)停機(jī)維護(hù)時(shí)間降低了74.3%以上，平均故障排除時(shí)間降低了86.4%，對(duì)提升采煤機(jī)的運(yùn)行穩(wěn)定性和使用壽命具有十分重要的意義。