礦井提升機遠程狀態(tài)監(jiān)測與智能故障診斷研究

栗帥

摘 要：提升機是礦井最具有關鍵性的機電設備之一，俗稱 “礦山咽喉”。 礦井提升機是否安全可靠運行，不僅影響到整個礦井的生產，還關系到井下作業(yè)人員的安全。 隨著煤礦的大型化和開采深度的增加，礦井提升機如果繼續(xù)采用傳統的現場監(jiān)控和故障診斷系統，將不能適應目前礦井的要求。隨著計算機科學技術、檢測監(jiān)測技術和故障診斷技術的高速發(fā)展，利用現代化高科技對礦井提升機的監(jiān)測與故障診斷具有重要的意義。

關鍵詞：礦井提升機；遠程狀態(tài)；監(jiān)測；智能故障；診斷

中圖分類號：TD534 文獻標識碼：A 文章編號：1006-8937（2015）03-0109-02

1 國內外遠程監(jiān)測診斷技術的發(fā)展

故障診斷技術起始于機械設備故障診斷，現代的故障診斷包含了故障維修，故障維修不僅在設備使用過程中發(fā)生故障時進行維修，還應該在故障發(fā)生前根據監(jiān)測診斷的結果確定故障源，提前預防維修。

1.1 發(fā)達國家遠程檢測技術的發(fā)展

發(fā)達國家對故障診斷具有非常前沿的技術研究。美國在航天、航空、核工業(yè)以及軍事等尖端部門故障診斷技術都處于世界的最前沿。英國在飛機、汽車發(fā)動機監(jiān)測及診斷方面具有領先作用。歐洲一些發(fā)達國家在故障診斷的一些方面具有較為先進的技術：如最為先進的瑞典軸承監(jiān)測技術，丹麥的噪聲振動監(jiān)測技術等。日本在工業(yè)方面的診斷技術發(fā)展迅速，如現代化工、鋼鐵冶金、鐵路運輸診斷技術等。

1.2 國內礦井提升機遠程監(jiān)測技術的發(fā)展

我國對煤礦安全監(jiān)察力度日漸上升及機電設備的安全運行對企業(yè)經濟效益和安全保障的影響，煤礦企業(yè)迫切需要對礦井機電設備進行在線監(jiān)測，尤其是作為礦山咽喉的礦井提升機。進行定期檢修、遠程監(jiān)測和智能故障診斷的研究對設備維護有著重要作用。我國在設備狀態(tài)的監(jiān)測與故障診斷技術的研究起步相對較晚，卻得到了迅速的發(fā)展。

2 礦井提升機狀態(tài)監(jiān)測與故障診斷技術發(fā)展趨勢

應用礦井提升機的故障診斷技術已經極大地提高了設備運行的安全可靠性。隨著礦井提升機故障診斷系統的快速發(fā)展，使礦井提升機故障診斷走向智能化。由數值計算和信號處理方法的診斷過程已經被知識處理和推理方法的診斷過程所替代。我國屬于能源大國，近些年來對礦井提升機故障診斷技術系統的研究更加深入，各種方法相互融合和滲透。礦井提升機狀態(tài)監(jiān)測與故障診斷技術總體上逐步走向信息化、網絡化和智能，具體體現在以下幾個方面。

2.1 系統結構

如今研制的礦井提升機狀態(tài)監(jiān)測與故障診斷系統已發(fā)展為網絡化。

2.2 監(jiān)測方式

由先進的在線監(jiān)測替代傳統的巡回監(jiān)測、定期監(jiān)測，監(jiān)測效率得到了提高，為礦井提升機的實時故障診斷系統提供了條件。 2.3 監(jiān)測參數

由傳統的單參數監(jiān)測已經發(fā)展為多參數監(jiān)測，為后續(xù)故障診斷系統提供了更多的原始數據。

2.4 系統軟件設計

由單任務系統發(fā)展為多任務處理系統。涉及到的通訊處理、數據庫設計、推理機設計等，可以逐漸增加分布優(yōu)化處理等特點。

2.5 系統功能

由監(jiān)測和診斷逐步走向監(jiān)測、診斷、預報、治理和管理，具有一體化的優(yōu)勢。診斷方法向快捷化、智慧化、靈敏化等方向進展，診斷方式向有傳統的現場診斷發(fā)展為現場診斷和遠程診斷相結合。

2.6 故障診斷方法

出現了多種診斷方法相結合的故障診斷系統，達到更有效、更準確的故障診斷。

3 礦井提升機事故分析

煤礦提升機運行過程中發(fā)生頻率較高，造成巨大損失和影響較大的常見事故主要有過卷事故、斷繩事故、制動失效事故、滑動事故、井筒事故及各類軸類零件突然斷裂事故等。

3.1 過卷事故分析

過卷事故主要是上提過卷和下放過卷兩種事故。上提過卷是礦車或人車被提升到地面井口沒有停車，繼續(xù)上行造成的事故。造成井架拉倒或是鋼絲繩拉斷而導致跑車。下放過卷是當礦車下放到井底沒有減速停車，造成與井底承接裝置發(fā)生碰撞造成的蹲罐事故。

3.2 斷繩事故分析

斷繩事故屬于最嚴重的事故之一，如果這類事故發(fā)生，將造成煤礦重大的經濟損失且危及到此巷道作業(yè)人員的生命安全。常出現的斷繩原因有以下幾點。

①銹蝕：井下環(huán)境相對較潮濕，金屬易變脆，其抗拉強度和抗沖擊強度性能也隨之降低。

②磨損：礦井提升機在進行纏繞過程中，變層跨圈處經常出現上、下層鋼絲繩之間的擠壓，也叫“跨圈現象”，使鋼絲繩出現橫向滑動和縱向滑動，造成鋼絲繩劇烈磨損。地輪不轉或轉動不靈活，鋼絲繩磨損更為嚴重。

③疲勞：是指長時間的反復彎曲導致鋼絲繩強度降低。

④沖擊和振動：經常的松繩、過卷將引起的各種沖擊和振動。直接的影響到鋼絲繩的使用壽命。

⑤超載：提升時超掛車和拉掉道車輛，將導致過載。

⑥個別礦井防護裝置不全或防護不起作用。

⑦檢修時措施不符合要求或方法不當。

⑧操作不當。

⑨超出使用壽命或帶有隱患運行。

3.3 制動失效事故分析

礦用提升機采用液壓盤式制動器。制動失效的原因主要有以下幾點：

①制動力矩大，導致動張力增大引起滑動。

②超載或制動初速大，導致電氣設備跳閘，再次啟動時，司機操作失誤將方向開反，使得重物下放，當發(fā)現時礦井提升機速度較快，將會出現制動不住的事故。

③制動力矩小，造成制動不住。

3.4 滑動事故分析

提升機運行過程中，其滑動現象經常出現在等速運行、啟動加速、緊急制動的三個階段。在礦井提升機的使用中缺乏稱重系統，經常出現超載現象嚴重超載；繩或襯墊有油污；啟動或制動力矩過大，導致鋼絲繩張力差變化大。

3.5 突發(fā)性斷軸事故分析

軸作為減速器、主軸裝置和天輪中的決定性零件，具有支撐作用。引起斷軸事故的主要原因有：主軸疲勞發(fā)生斷裂、提升機的主軸結構設計與使用不合理、礦井提升機長期處于超載運行中、礦井提升機超出其使用年限、提升機故障結構。礦井提升機機故障診斷結構包括了礦井提升機的減速器、主軸、電機、制動系統等四個方面的結構信息；減速器、主軸、電機、制動系統的相應故障是有關聯的，其關聯方式如圖1所示。

通過貝葉斯網絡解決了不確定性的知識推理網絡。下面一層屬于征兆信息。由監(jiān)測診斷軟件獲得征兆信息，在利用貝葉斯網絡推理進行故障診斷。根據礦井提升機常見故障情況，振動分析中轉子故障進行故障診斷分析，其轉子故障結構圖如圖2所示。

貝葉斯網絡在實現故障診斷，通過故障結果來判斷導致該故障的原因，從而進行提升機的日常維護。具有及時故障定位、確定故障點等優(yōu)點，進行故障維修，效率高且節(jié)省人力物力。其維修決策結構如圖3所示。

4 系統總體結構

采用現場監(jiān)測站和遠程監(jiān)控中心相結合的模式，建立礦井提升機遠程監(jiān)測與智能診斷系統，遠程通信采用GPRS網絡無線網，采用公網固定IP。現場監(jiān)測站包括：提升機原有電控系統、傳感器系統、邏輯控制器、電源及模擬量采集模塊、數據傳輸設備等。遠程監(jiān)控中心需配備計算機，通過GPRS網絡對礦井提升機的運行狀態(tài)進行動態(tài)監(jiān)測與故障診斷，其結構圖如圖4所示。

5 系統功能要求

礦井提升機遠程監(jiān)測與故障診斷系統軟件、硬件要符合以下功能：

①提升機運行狀態(tài)時刻保持數據釆集與數據分析，其中包括提升機電氣設備各個參數的監(jiān)測；液壓站的溫度和壓力監(jiān)測是否溫度超標；轉子振動發(fā)出的信號進行實時監(jiān)測與分析；及時發(fā)現第一故障點；制動盤偏擺量及閘瓦間隙的監(jiān)測；利用GPRS無線收發(fā)。

②現場監(jiān)測站作業(yè)人員，監(jiān)控計算機確保在線實時對提升機數據采集與故障診斷。

③監(jiān)控中心通過實地監(jiān)測站所采集到的運行數據與故障分析數據生成趨勢曲線圖，通過趨勢曲線圖反應提升機運行狀態(tài)的變化。

④發(fā)生異常情況時能立即顯示報警。

⑤管理人員應經常性的打印報表，查看提升機在一定時間內的運行狀態(tài)。

6 結 語

礦井提升機的遠程監(jiān)測與智能診斷有效地實現了實時數據采集分析出現故障時及時報警，保障了提升機安全運行，且降低了通信故障率，為煤礦大型機電設備的管理提供了便利。

參考文獻：

[1] 王寶德.提升機群遠程監(jiān)測與智能故障診斷系統設計[J].工礦自動化，2013，（11）.