煤礦帶式輸送機(jī)智能故障診斷方法的研究

關(guān)生德

（國(guó)家能源集團(tuán)新疆能源有限責(zé)任公司，新疆烏魯木齊 830000）

1 煤礦帶式輸送機(jī)故障特點(diǎn)

帶式輸送機(jī)通常有各種各樣的設(shè)備，適用于不同的應(yīng)用場(chǎng)合，由于煤礦運(yùn)輸環(huán)境特殊、復(fù)雜、困難。礦用帶式輸送機(jī)通常是根據(jù)煤礦運(yùn)輸條件設(shè)計(jì)的大型復(fù)雜機(jī)組。其基本結(jié)構(gòu)分為輸送帶；驅(qū)動(dòng)裝置；驅(qū)動(dòng)輥；反轉(zhuǎn)輥；張緊滾筒，滾筒分為上滾筒（平或空心、對(duì)中、緩沖等）和下滾筒（平或槽、對(duì)中、梳、螺旋、錐等）；張力裝置；制動(dòng)和防塵裝置。各種異構(gòu)設(shè)備以不同的方式組合在一起，相應(yīng)的工作要求也不盡相同，由于煤礦作業(yè)環(huán)境惡劣，帶式輸送機(jī)在運(yùn)行中經(jīng)常會(huì)出現(xiàn)各種故障。

2 煤礦帶式輸送機(jī)常見(jiàn)故障及原因

2.1 輸送帶縱向撕裂

（1）在各種運(yùn)輸方案中，由于非法操作和運(yùn)輸，煤炭運(yùn)輸會(huì)產(chǎn)生大量沉積物。在膠帶運(yùn)行過(guò)程中，這些尖銳物體可以在任何時(shí)候穿透膠帶，甚至在附加力的作用下沿裂縫引入膠帶。長(zhǎng)期的相互作用導(dǎo)致了膠帶的損壞，并最終使其沿著損壞方向移動(dòng)，運(yùn)輸過(guò)程中的大塊材料或銳邊物體可能散落在輥?zhàn)由希佔(zhàn)雍湍z帶之間的持續(xù)摩擦可能刺穿膠帶。

（2）如果傳送帶偏離，它會(huì)繼續(xù)與輥?zhàn)游恢煤蛡魉蛶蓚?cè)的輥?zhàn)影l(fā)生碰撞和擠壓。如果不及時(shí)設(shè)置，偏離程度會(huì)增加，膠帶可能被刺穿并導(dǎo)致縱向撕裂。

（3）由于轉(zhuǎn)向線圈和輥的生產(chǎn)和加工誤差，輥和帶材接觸面上會(huì)形成銳槽，在與帶材的相互作用過(guò)程中，隨著輸送機(jī)重量的增加，銳槽會(huì)繼續(xù)切割，直到帶材被切斷。

（4）如果在操作過(guò)程中，重物突然在卸料點(diǎn)碰到傳送帶，則很可能：過(guò)大的瞬間沖擊力穿透織帶，甚至直接撕裂織帶。幾乎75%的摩擦事故是由于切割和卸載不當(dāng)造成的。

2.2 輸送帶打滑

輸送帶滑移是指由于傳動(dòng)輥和皮帶的運(yùn)動(dòng)速度不匹配而引起的相對(duì)運(yùn)動(dòng)不正常。輸送機(jī)滑落的主要原因是：

（1）張力裝置安裝不正確，或用無(wú)法提供足夠張力的材料卡住，致使輸送帶與滾子作用點(diǎn)之間的張力過(guò)?。?/p>

（2）皮帶表面的水或滾子表面的防滑層會(huì)導(dǎo)致輸送帶和傳動(dòng)裝置降低了移動(dòng)滾子之間的摩擦系數(shù)；

（3）在超載運(yùn)輸過(guò)程中會(huì)使?jié)L子難以正常工作，從而使輸送帶的阻力增加一倍。工作負(fù)載超過(guò)發(fā)動(dòng)機(jī)的負(fù)載范圍。此外，輸送帶的嚴(yán)重偏差會(huì)增加輸送帶因堵塞而產(chǎn)生的阻力。

（4）較高的初速也會(huì)導(dǎo)致膠帶滑落。

2.3 輸送帶跑偏

帶式輸送機(jī)的偏差是指帶式輸送機(jī)的中心線偏離其固有中心線的現(xiàn)象。膠帶偏移的主要原因如下：

（1）安裝誤差大，地形復(fù)雜，工況復(fù)雜，運(yùn)輸距離長(zhǎng)，難以保證機(jī)架、輥的安裝精度。帶式輸送機(jī)等的偏轉(zhuǎn)率最低，在長(zhǎng)期運(yùn)行過(guò)程中，輸送帶出現(xiàn)錯(cuò)位；不規(guī)范的人工操作也會(huì)導(dǎo)致安裝偏離規(guī)定的標(biāo)準(zhǔn)值。整機(jī)中心線與輥總成的安裝位置不垂直，導(dǎo)致輸送帶在帶負(fù)荷運(yùn)行時(shí)側(cè)向運(yùn)行。此外，輥?zhàn)优c輸送機(jī)相對(duì)位置的微小偏差也會(huì)導(dǎo)致輸送機(jī)皮帶在輥?zhàn)铀矫嫔系钠D(zhuǎn)，這是由于操作過(guò)程中兩個(gè)力不匹配造成的；

（2）接觸面不平整，輥的加工誤差和過(guò)多的附著力，導(dǎo)致接觸面不平整，輸送帶受到偏離運(yùn)行方向的外力，迫使輸送帶沿作用方向偏轉(zhuǎn)。

（3）充電口或充氣口與輸送帶之間的相對(duì)高度差。如果一大塊煤快速落在輸送帶一側(cè)，會(huì)產(chǎn)生較大的沖擊，沖擊力會(huì)偏離牽引方向，導(dǎo)致輸送帶一側(cè)的力過(guò)大，無(wú)法保持兩側(cè)的平衡，產(chǎn)生偏轉(zhuǎn)。

（4）帶式輸送機(jī)長(zhǎng)期不間斷運(yùn)行，會(huì)造成接頭腐蝕、損壞、老化，造成偏離運(yùn)行方向的誤差，也會(huì)導(dǎo)致帶式輸送機(jī)偏轉(zhuǎn)。

引起輸送帶斷裂的主要因素有：

（1）礦用鋼繩芯輸送帶硫化接頭長(zhǎng)時(shí)間運(yùn)行后接頭容易老化損傷，抗拉強(qiáng)度下降，如果不能及時(shí)更換維護(hù)，就會(huì)斷開(kāi)；此外，如果較大塊的物料直接沖擊輸送帶，也會(huì)加速接頭破損，引發(fā)斷帶。

（2）輸送帶本身材質(zhì)缺陷，低溫下變硬變脆或長(zhǎng)時(shí)間運(yùn)行膠帶破損老化，抗拉性能都會(huì)大大降低，繼續(xù)承重運(yùn)行很容易斷帶。

（3）超載運(yùn)行或大塊重物作用于膠帶、機(jī)架和滾筒等使膠帶運(yùn)行受到過(guò)大的阻力，超負(fù)荷運(yùn)行，造成斷帶。

3 煤礦帶式輸送機(jī)智能故障診斷方法

基于特征級(jí)兩層融合診斷方法，建立了帶式輸送機(jī)故障診斷信息融合模型。選取kelm 和svm 作為分類(lèi)器，對(duì)輸送機(jī)皮帶的運(yùn)行和故障狀態(tài)做出準(zhǔn)確的判斷。采用QPSO 算法對(duì)KELM 網(wǎng)絡(luò)參數(shù)進(jìn)行優(yōu)化，有效地解決了KELM 參數(shù)的敏感問(wèn)題，實(shí)現(xiàn)了對(duì)帶式輸送機(jī)故障診斷精度的提高，故障診斷精度達(dá)到97%。

3.1 故障準(zhǔn)確診斷方法

根據(jù)帶式輸送機(jī)的運(yùn)行條件和典型故障特征，對(duì)監(jiān)測(cè)信號(hào)進(jìn)行預(yù)處理，并使用統(tǒng)計(jì)參數(shù)（如均值、方差等）分析時(shí)間范圍。小波包是一種常用的視頻分析過(guò)程，小波包分解實(shí)質(zhì)上是對(duì)信號(hào)進(jìn)行多頻帶濾波。輸送機(jī)的故障診斷主要基于提取的故障特征信息，并使用適當(dāng)?shù)哪Ｊ阶R(shí)別程序?qū)斔蜋C(jī)的當(dāng)前工作狀態(tài)和缺陷進(jìn)行準(zhǔn)確評(píng)估。

信息收集、預(yù)處理和特征提取應(yīng)捕獲輸送機(jī)、環(huán)路、夾緊輪灰塵和火災(zāi)損失正常情況下的皮帶速度、輸送機(jī)皮帶纏繞到驅(qū)動(dòng)輪的溫度、發(fā)動(dòng)機(jī)電流信號(hào)和收集的皮帶速度，溫度信號(hào)比較。在帶式輸送機(jī)故障的早期階段，如果卷數(shù)較低，則輪胎速度略低于正常值，且測(cè)量的溫度和發(fā)動(dòng)機(jī)流量大于正常值；打滑等級(jí)，皮帶速度低于正常值。該值低于控制輥存在時(shí)的皮帶速度，測(cè)量的溫度值高于控制輥存在時(shí)的溫度；如果導(dǎo)輥黏滯到一定程度或強(qiáng)烈滑動(dòng)，則此時(shí)存在火災(zāi)故障。

3.2 特征及故障診斷

利用融合特征訓(xùn)練Kelm 分類(lèi)器和量子粒子群優(yōu)化SVM 分類(lèi)器（QSPO），將測(cè)試樣本輸入分類(lèi)器，得到特征級(jí)融合診斷結(jié)果，并根據(jù)分類(lèi)器的相應(yīng)輸出構(gòu)造BPAF，實(shí)現(xiàn)了DS 證據(jù)理論中BPAF 的結(jié)構(gòu)。選擇qpso 算法優(yōu)化kelm 參數(shù)。在構(gòu)造BPAF 時(shí)，由于KELM 的輸出范圍不均勻，傳統(tǒng)的兩類(lèi)支持向量機(jī)的輸出是正負(fù)的，因此需要將分類(lèi)器的輸出轉(zhuǎn)換為軟輸出，即概率輸出。

3.3 決策級(jí)故障診斷

決策級(jí)故障診斷可以利用d-s 證據(jù)理論的融合規(guī)則，將特征級(jí)故障診斷結(jié)果進(jìn)行融合，得到?jīng)Q策級(jí)故障診斷結(jié)果，實(shí)現(xiàn)決策級(jí)融合。將帶式輸送機(jī)故障診斷信息融合模型與決策層分類(lèi)器的輸出結(jié)果融合，提高了對(duì)特征層診斷結(jié)果的支持度。將帶式輸送機(jī)故障診斷信息融合模型應(yīng)用于特征級(jí)故障診斷時(shí)，分類(lèi)器支持90%的輸出結(jié)果，不確定度約為10%；在決策級(jí)故障診斷中，重熔后故障診斷結(jié)果的分類(lèi)器級(jí)特征，對(duì)輸出結(jié)果的支持率可達(dá)97%，不確定度降低到3%左右。

4 總結(jié)

煤礦帶式輸送機(jī)越來(lái)越大、越來(lái)越復(fù)雜，工作環(huán)境惡劣多變，故障類(lèi)型也越來(lái)越復(fù)雜。因此，有必要對(duì)帶式輸送機(jī)的故障診斷方法進(jìn)行不斷地研究和改進(jìn)。為了獲得更全面、完整、準(zhǔn)確的診斷和預(yù)測(cè)結(jié)果，保證帶式輸送機(jī)高效、安全運(yùn)行。