煤礦多繩摩擦式提升機故障診斷

徐鵬

關鍵詞：煤礦；多繩摩擦式提升機；故障診斷；遠程實時監(jiān)測系統(tǒng)

1引言

多繩摩擦式提升機主要通過減速器驅動摩擦輪轉動，鋼絲繩搭建在摩擦輪上，提升器分別懸掛在鋼絲繩的兩端，然后借助安裝在摩擦輪上的襯墊與鋼絲繩之間的摩擦力轉動鋼絲繩，從而使提升器沿直線方向上下運動，完成提升或者下降物體的任務。多繩摩擦式提升機在煤礦安全生產中發(fā)揮巨大作用，由于其工作環(huán)境相對比較惡劣，因此及時發(fā)現(xiàn)設備故障具有重要意義[1]。隨著煤礦智能化建設的不斷發(fā)展，基于煤礦設備預警與故障診斷平臺的上線應用有效提升了多繩摩擦式提升機的運行效率，防止了故障的發(fā)生，因此本文以某煤礦多繩摩擦式提升診斷故障為例，分析故障診斷，旨在為今后工作提供實踐參照。

2煤礦多繩摩擦式提升機振動故障描述

相較于單繩纏繞式提升機而言，多繩摩擦式提升機的荷載是由多根鋼絲繩承擔的，鋼絲繩的直徑小，設備尺寸小，決定了提升機的提升能力比較大。同時，如果提升機卡罐或者過卷時可以打滑，可有效避免拉斷鋼絲繩。但是，由于它是由多根鋼絲繩組成的，因此決定了提升機在更換鋼絲繩時比較困難、不能適用于淺井提升。振動信號分析是當前設備故障診斷常用的方式之一，其主要通過數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)，觀察振動信號特征趨勢和頻率結構，以識別設備早期的故障，診斷設備故障的根源[2]。隨著煤礦智能化技術的不斷發(fā)展，傳統(tǒng)的人工檢測的方式難以滿足多繩摩擦式提升機智能化控制的要求。基于物聯(lián)網、大數(shù)據(jù)、人工智能等技術的設備故障預警與診斷系統(tǒng)成為多繩摩擦式提升機故障診斷維修的重要工具。

結合工作實踐，多繩摩擦提升機動故障主要包括以下因素。（1）轉子部件不平衡。轉子部件是多繩摩擦式提升機工作的主要零部件，由于轉子部件自身軸心位置周圍質量不平衡、材質不均衡，因此容易導致轉子部件出現(xiàn)不平衡的現(xiàn)象。（2）轉軸彎曲。轉軸彎曲是由摩擦式提升機長期放置沒有盤車或者設備長期超負荷運行引起的。（3）滾筒驅動端與非驅動端軸承安裝不同心，這導致設備在運行過程中因不對稱而出現(xiàn)振動現(xiàn)象。（4）軸承故障。軸承是多繩摩擦式提升機運行的主要設備，承擔著多繩摩擦力的主要任務[3]。由于受到井下作業(yè)環(huán)境比較惡劣、提升機超負荷運行等因素的影響，安置滾動軸承容易出現(xiàn)摩擦損傷、銹蝕、裂紋斷裂等故障。利用設備故障預警與診斷系統(tǒng)進行故障診斷的方法如表1所列。

通過對煤礦設備故障預警與診斷系統(tǒng)多繩摩擦式提升機振動信號的歷史數(shù)據(jù)分析，發(fā)現(xiàn)以下問題：各測點的振動烈度值滿足IS010816振動速度門限值C級4.5mm/s標準，最大幅值為3.69mm/s（見圖1軸向測點振動速度趨勢），處于合格范圍內，但軸向測點振動烈度明顯大于水平和豎直方向，屬于不正?，F(xiàn)象（見圖1和圖2）。

另外，滾筒非驅動端振動信號頻譜中出現(xiàn)8.75Hz頻率及其諧波成分，可能為軸承的故障特征頻率，但由于當日寸缺少具體軸承型號，無法進行精確診斷，直至設備出現(xiàn)故障的前兩周出了軸承參數(shù)，進而展開詳細的振動信號分析。

3煤礦多繩摩擦式提升機故障診斷分析

3.1設計多繩摩擦式提升機故障監(jiān)測點

為了準確了解多繩摩擦式提升機故障原因，利用設備故障預警與診斷系統(tǒng)對提升機進行振動信號檢測。結合引起多繩摩擦式提升機振動故障的常見因素，在多繩摩擦式提升機的滾筒和天輪軸承位置設置10個監(jiān)測點（見圖3），利用實時采集和振動信號分析，對監(jiān)測的各種數(shù)據(jù)進行統(tǒng)計計算。

3.2多繩摩擦式提升機故障診斷數(shù)據(jù)分析

通過對振動監(jiān)測點數(shù)據(jù)的分析，得出多繩摩擦式提升機滾筒各個測點的頻率主要集中在8.75Hz，16.5Hz，26.25Hz等多次諧波，尤其是軸向測點頻率最為突出。同時，該振動信號存在時間比較長，但是由于缺乏軸承參數(shù)，導致設備故障預警與診斷系統(tǒng)無法給出具體故障原因。

為了準確了解故障原因，對設備故障預警與診斷系統(tǒng)數(shù)據(jù)進行分析，系統(tǒng)監(jiān)測到多繩摩擦式提升機滾筒的非驅動端軸承在額定轉速情況下，滾筒的非驅動軸承外圈的頻率為8.894Hz，與系統(tǒng)中反映出的頻率圖值非常相似。同時，通過對滾筒驅動端的振動監(jiān)測點的數(shù)據(jù)分析，其故障特征頻率也非常相似。根據(jù)設備故障表征，由于設備早期沖擊信號比較弱，因此激起的系統(tǒng)共振頻段響應不明顯。而本次檢測出的振動頻段較為明顯，因此說明非驅動端滾筒軸承的故障已經非常嚴重，而導致振動沖擊信號的原因很可能是振動沖擊信號通過提升機主軸承傳遞到對側的軸承箱箱體上。

另外，由于滾筒端軸向檢測點振動頻率8.75Hz及其大量倍頻明顯多于水平和豎直方向，同時振動頻率也比較大，其超出正常值范圍，因此屬于典型的故障。通過對滾筒端軸向測點振動頻率的分析，說明滾筒端軸承承受了較大的軸向力。而導致軸向力的重要原因是多繩摩擦式提升機出現(xiàn)過卷現(xiàn)象，導致軸承不能承受較大的軸向力。但是，從振動信號頻率分析，結合表1所列，可以判定多繩摩擦式提升機故障主要是滾筒非驅動軸承由于疲勞脫落、摩擦損傷以及裂紋斷裂等導致軸承故障。

4多繩摩擦式提升機故障診斷結果驗證

為了了解設備故障預警與診斷系統(tǒng)數(shù)據(jù)診斷結果是否正確，對多繩摩擦式提升機滾筒非驅動軸承進行綜合檢驗。檢測方法主要包括如下2種。

（1）根據(jù)設備運行聲音進行判斷。例如，設備操作人員反映多繩摩擦式提升機在運行過程中非驅動端軸承聲音存在異響，而且軸承外圈軸向端面有裂紋痕跡，通過聲音判斷可以預測出故障為非驅動軸故障。

（2）解體檢查。根據(jù)操作人員的反饋，由于軸承外圈軸向端面存在裂紋焊痕跡，因此設備檢修人員對多繩摩擦式提升機進行停機檢修，對滾筒非驅動端軸承進行解體檢查，解體檢查后發(fā)現(xiàn)軸承外滾道端有剝落現(xiàn)象，具體見圖4和圖5。

另外，通過對多繩摩擦式提升機現(xiàn)場的檢查發(fā)現(xiàn)，提升機滾筒地基存在沉降現(xiàn)象，地基沉降必然會導致多繩摩擦式提升機滾筒出現(xiàn)傾斜，而鋼絲繩會偏向沉降一側，久而久之導致滾筒非驅動端軸承承受較大的軸向力，長期運行過程中會導致軸承出現(xiàn)疲勞損傷。

針對故障現(xiàn)象，采取更換軸承的維修方法，更換完新軸承后，各測點振動幅值急劇下降（見圖6），且軸向測點振動幅值再無出現(xiàn)大于徑向測點的情況。

5結束語

解決煤礦多繩摩擦式提升機故障是提升煤礦安全生產的重要舉措。依托大數(shù)據(jù)技術構建的設備故障預警與診斷系統(tǒng)能夠遠程實時監(jiān)測提升機的振動和工藝量信號參數(shù)，從而及時發(fā)現(xiàn)設備所存在的故障隱患。本文通過利用設備故障預警與診斷系統(tǒng)發(fā)現(xiàn)提升機滾筒非驅動軸承的軸向測點振動值要大于其他方向測點，通過系統(tǒng)分析得出提升機滾筒非驅動端軸承故障，因此針對故障原因采取完善滾筒地基、更換軸承等措施，以有效提升多繩摩擦式提升機的運行效率。