基于小波分析的煤礦皮帶輸送機(jī)打滑故障遠(yuǎn)程監(jiān)測(cè)方法

文/王保國(guó)

小波分析理論經(jīng)過(guò)了多年的快速發(fā)展，在數(shù)字圖像處理和故障診斷等眾多領(lǐng)域得到成功應(yīng)用，本次利用小波濾波器的非理想頻域特性，對(duì)煤礦皮帶輸送機(jī)打滑故障進(jìn)行遠(yuǎn)程監(jiān)測(cè)。

皮帶輸送機(jī)具有輸送力大、低成本的優(yōu)勢(shì)，所以在各種規(guī)模的煤炭生產(chǎn)中被廣泛應(yīng)用，逐漸成為煤礦井上的主要運(yùn)輸工具。傳統(tǒng)的皮帶輸送機(jī)打滑故障遠(yuǎn)程監(jiān)測(cè)方法的故障率高，無(wú)法滿足發(fā)展的需求。為此，針對(duì)傳統(tǒng)監(jiān)測(cè)方法存在的缺陷，提出基于小波分析的煤礦皮帶輸送機(jī)打滑故障遠(yuǎn)程監(jiān)測(cè)方法。該方法是通過(guò)整合煤礦生產(chǎn)環(huán)境的各項(xiàng)參數(shù)對(duì)其進(jìn)行集中控制的，它能夠有效獲取煤礦皮帶輸送機(jī)打滑故障的參數(shù)，技術(shù)人員可以根據(jù)獲取的參數(shù)進(jìn)行分析，得到可靠的解決方案，有效降低故障率的發(fā)生。

1 煤礦皮帶輸送機(jī)打滑故障遠(yuǎn)程監(jiān)測(cè)方法設(shè)計(jì)

1.1 小波分析煤礦皮帶輸送機(jī)打滑故障狀態(tài)事件篩選

在煤礦皮帶輸送機(jī)結(jié)構(gòu)中，輸送帶是牽引結(jié)構(gòu)，在工作的過(guò)程中，如果輸送機(jī)出現(xiàn)打滑故障，就需要工作人員重點(diǎn)監(jiān)護(hù)，否則會(huì)引發(fā)安全事故，比如著火等。

為了降低煤礦皮帶輸送機(jī)打滑的概率，對(duì)這些故障進(jìn)行篩選和分析。

輸送帶的縱向拉力是由鋼絲繩承受的，所以需要具備較強(qiáng)的拉伸強(qiáng)度，才能將若干條帶段連接起來(lái)，如果輸送機(jī)拉力強(qiáng)度不夠，就容易在接頭處發(fā)生橫向斷裂，不過(guò)，造成輸送機(jī)故障的原因有很多，其最根本的原因是由于輸送帶兩側(cè)受力不平衡，導(dǎo)致皮帶輸送機(jī)打滑故障。造成這種受力不平衡的原因有兩方面，一方面，是輸送機(jī)自身的質(zhì)量問(wèn)題，輸送機(jī)是由若干條帶段連接起來(lái)的，有可能會(huì)出現(xiàn)接口錯(cuò)位的現(xiàn)象。如果輸送帶被拉緊時(shí)，受力不均，就容易發(fā)生故障。第二，輸送帶張力不足，很容易受外力的影響，出現(xiàn)故障。

表1：實(shí)驗(yàn)參數(shù)

打滑故障是當(dāng)輸送帶與傳動(dòng)滾筒之間的滑差率增大時(shí)產(chǎn)生的，若發(fā)生這種現(xiàn)象，說(shuō)明輸送機(jī)的驅(qū)動(dòng)裝置動(dòng)力不足，無(wú)法傳遞給輸送帶，導(dǎo)致生產(chǎn)效率低，無(wú)法滿足生產(chǎn)需求。面對(duì)相對(duì)嚴(yán)重的狀況時(shí)，若不及時(shí)采取有效的措施，是很容易引起輸送帶著火的，因此，需要對(duì)煤礦皮帶輸送機(jī)打滑故障進(jìn)行遠(yuǎn)程監(jiān)測(cè)。在皮帶輸送機(jī)的設(shè)計(jì)方程中，為了防止輸送帶打滑，在回程帶的設(shè)計(jì)上，要滿足下式要求；

其中，Dh表示煤礦輸送帶在回程帶上的張力，表示輸送機(jī)上的啟動(dòng)系數(shù)，F(xiàn)U表示傳動(dòng)滾筒上所需的圓周驅(qū)動(dòng)力，表示輸送帶與傳動(dòng)滾筒之間的摩擦因數(shù)。對(duì)于已經(jīng)確定的輸送機(jī)而言，若啟動(dòng)的系數(shù) 的范圍內(nèi)，而且在傳動(dòng)滾筒上的摩擦因數(shù)是不變的，所以啟動(dòng)與摩擦因數(shù)對(duì)煤礦皮帶輸送打滑的影響可以忽略不計(jì)。在分析公式（1）可知，煤礦皮帶輸送機(jī)打滑與輸送帶張力Dh和摩擦因數(shù)這兩種因素有關(guān)。

1.2 實(shí)現(xiàn)煤礦皮帶輸送機(jī)打滑故障遠(yuǎn)程監(jiān)測(cè)

利用小波分析算法確定輸送機(jī)異常運(yùn)行的故障原因，在進(jìn)行遠(yuǎn)程監(jiān)測(cè)時(shí)，要先采集皮帶輸送機(jī)的振動(dòng)信息，通過(guò)分析軸承的振動(dòng)信號(hào)，識(shí)別出監(jiān)測(cè)對(duì)象的故障頻率。最后，在知識(shí)庫(kù)中搜索故障特征，在經(jīng)過(guò)篩選后，將故障類(lèi)型進(jìn)行正反向推理，并將輸入信號(hào)的振動(dòng)特征與知識(shí)庫(kù)的故障類(lèi)型進(jìn)行對(duì)比分析，從而得出相似的故障類(lèi)型，最后，經(jīng)過(guò)反復(fù)的推敲，確定打滑故障的主要原因。

圖1：煤礦皮帶輸送機(jī)打滑故障遠(yuǎn)程監(jiān)測(cè)結(jié)構(gòu)圖

圖2：實(shí)驗(yàn)對(duì)比結(jié)果

在篩選煤礦皮帶輸送機(jī)打滑故障狀態(tài)事件后，運(yùn)用小波分析對(duì)煤礦皮帶輸送機(jī)打滑故障進(jìn)行遠(yuǎn)程監(jiān)測(cè)。考慮到煤礦現(xiàn)場(chǎng)條件，需要結(jié)合實(shí)際需求，對(duì)煤礦皮帶輸送機(jī)打滑故障進(jìn)行遠(yuǎn)程檢測(cè)。

圖1為煤礦皮帶輸送機(jī)打滑故障遠(yuǎn)程監(jiān)測(cè)結(jié)構(gòu)圖。

由圖1可知，煤礦皮帶輸送機(jī)打滑故障遠(yuǎn)程監(jiān)測(cè)是由安全監(jiān)測(cè)分站和主站組成的，為了監(jiān)測(cè)輸送機(jī)的運(yùn)行狀態(tài)，設(shè)計(jì)了兩種遠(yuǎn)程監(jiān)測(cè)方式，第一種，安裝傳感器，將被測(cè)物理量轉(zhuǎn)換為傳輸?shù)碾娏啃盘?hào)。第二種，是以巡檢的方式，獲取人的感官。這兩種方式都能夠?qū)@得的電量信號(hào)轉(zhuǎn)化為數(shù)字信號(hào)，但最后都需要經(jīng)過(guò)進(jìn)一步處理。建立的監(jiān)測(cè)分站主要是負(fù)責(zé)采集煤礦皮帶輸送機(jī)沿線的傳感器信號(hào)，而監(jiān)測(cè)分站2是負(fù)責(zé)采集周?chē)h(huán)境的危險(xiǎn)氣體，同時(shí)，還能檢查到故障現(xiàn)象的具體位置。最后，處理器會(huì)將采集的信息上傳到主站，在由主站對(duì)采集的數(shù)據(jù)進(jìn)行進(jìn)一步分析。由此，實(shí)現(xiàn)煤礦皮帶輸送機(jī)打滑故障遠(yuǎn)程監(jiān)測(cè)。

2 實(shí)驗(yàn)分析

本次實(shí)驗(yàn)，為驗(yàn)證基于小波分析的煤礦皮帶輸送機(jī)打滑故障遠(yuǎn)程監(jiān)測(cè)方法應(yīng)用價(jià)值，采用數(shù)值對(duì)比的方式，將傳統(tǒng)的方法設(shè)為對(duì)照組，設(shè)基于小波分析的煤礦皮帶輸送機(jī)打滑故障遠(yuǎn)程監(jiān)測(cè)方法為實(shí)驗(yàn)組，在通過(guò)數(shù)值對(duì)比的方式，驗(yàn)證所提方法的有效性。

2.1 實(shí)驗(yàn)參數(shù)

在測(cè)試的過(guò)程中，對(duì)基于小波分析的煤礦皮帶輸送機(jī)打滑故障遠(yuǎn)程監(jiān)測(cè)方法的故障率進(jìn)行測(cè)試，在數(shù)據(jù)庫(kù)中隨機(jī)抽取兩個(gè)傳感器的主要參數(shù)，如表1所示。

2.2 實(shí)驗(yàn)結(jié)果

傳統(tǒng)的監(jiān)測(cè)方法和基于小波分析的煤礦皮帶輸送機(jī)打滑故障遠(yuǎn)程監(jiān)測(cè)方法故障率對(duì)比結(jié)果，如圖2所示。

由圖2實(shí)驗(yàn)對(duì)比結(jié)果可知，煤礦的環(huán)境并不會(huì)對(duì)遠(yuǎn)程監(jiān)測(cè)造成太大的影響，幾乎可以忽略，從實(shí)驗(yàn)結(jié)果可以看出，在參數(shù)相同的情況下，采用本文設(shè)計(jì)的方法故障率更低，可以對(duì)某些故障起到預(yù)防作用，還能針對(duì)故障發(fā)生原因制定監(jiān)測(cè)方案，從而減小故障帶來(lái)的危害。

綜上所述，所提方法可以對(duì)煤礦皮帶輸送機(jī)打滑故障進(jìn)行遠(yuǎn)程監(jiān)測(cè)。

3 結(jié)束語(yǔ)

基于小波分析的煤礦皮帶輸送機(jī)打滑故障遠(yuǎn)程監(jiān)測(cè)方法可以保證煤礦安全生產(chǎn)，文章針對(duì)傳統(tǒng)監(jiān)測(cè)方法存在的缺陷，對(duì)皮帶輸送機(jī)主要的安全隱患進(jìn)行分析，還闡述了分站與主站之間的通信方案，以此確定遠(yuǎn)程監(jiān)測(cè)的數(shù)據(jù)傳輸方式。最后通過(guò)實(shí)驗(yàn)論證，文章所提方法故障率更低，具有一定的推廣價(jià)值。