洗煤廠振動篩故障診斷系統(tǒng)的設(shè)計及應(yīng)用

高景任

（汾西礦業(yè)集團有限責(zé)任公司洗煤廠，山西 介休 032000）

引言

振動篩就是洗煤廠完成原煤洗選的核心設(shè)備，當(dāng)前我國洗煤廠常用的振動篩類型為直線振動篩，其基本工作原理是借助偏心塊的不斷旋轉(zhuǎn)，對煤炭進行篩選。正是由于振動篩的偏心旋轉(zhuǎn)，加之工作負(fù)荷往往較大，因而長時間承受十分復(fù)雜的承載力，除此之外，振動篩的工作環(huán)境整體比較差，高溫、潮濕、過負(fù)荷、長時間工作等，容易發(fā)生殼體開裂、軸承損壞、橫梁斷裂、彈簧斷裂等各類故障，同時，由高頻振動引發(fā)的各類電氣故障也極為常見，故障識別及處置難度較大[1-4]。因此，針對洗煤廠大型直線振動篩的常見故障，設(shè)計一套設(shè)備在線監(jiān)測系統(tǒng)及故障診斷系統(tǒng)。

1 礦用振動篩的工作原理

振動篩的整體結(jié)構(gòu)設(shè)計及工作原理并不復(fù)雜，主要包括設(shè)備機身、驅(qū)動系統(tǒng)、激振系統(tǒng)、隔振系統(tǒng)四部分，直線型振動篩三維模型示意圖如圖1 所示。直線型振動篩的工作原理就是采用雙激振器驅(qū)動，當(dāng)兩臺激振器做同步、反向旋轉(zhuǎn)時，其偏心塊所產(chǎn)生的激振力在平行于電機軸線的方向相互抵消，在垂直于電機軸的方向疊為一合力，因此篩機的運動軌跡為一直線，在激振力和物料自重力的合力作用下，物料在篩面上被拋起跳躍式向前作直線運動，從而達到對物料進行篩選和分級的目的。

圖1 直線型振動篩三維模型示意圖

2 振動篩常見故障

1）設(shè)備的異常振動。振動篩的工作原理導(dǎo)致設(shè)備的異常振動故障非常常見，表現(xiàn)為設(shè)備出現(xiàn)橫擺、振動紊亂、物料跑偏、殼體異常振動等，故障原因包括偏心塊質(zhì)量缺陷、激振器發(fā)生力矩偏差、彈簧老化等。

2）彈簧一致性故障。設(shè)備出廠時彈簧的自由剛度和剛度是一致的，但隨著使用期限的延長，彈簧會逐漸老化，表現(xiàn)為無工作負(fù)荷時彈簧的靜變形不一致，有工作負(fù)荷時彈簧工作回復(fù)力度不一致，導(dǎo)致局部裂紋產(chǎn)生。

3）激振器軸承故障。軸承長時間承受較大負(fù)荷，工作頻率高，故障率較高。如果再缺乏養(yǎng)護，導(dǎo)致軸承缺少潤滑油、油質(zhì)污染，還會使軸承摩擦與磨損加劇，如果熱量無法及時散出，還可能引發(fā)軸承卡死等故障。

4）設(shè)備機身的疲勞裂紋等故障。設(shè)備機身及殼體的損傷大多是由于疲勞裂紋所致，常發(fā)生在振動擾動處及應(yīng)力集中處，裂紋發(fā)生后持續(xù)擴展，會導(dǎo)致部件損壞，壽命降低，需要及時處理，消除相關(guān)隱患。

3 振動篩故障診斷系統(tǒng)的設(shè)計方案

振動篩故障診斷系統(tǒng)總體需要實現(xiàn)數(shù)據(jù)管理、監(jiān)測診斷、離線分析等三項主要功能。整體的故障診斷系統(tǒng)方案設(shè)計如下頁圖2 所示，包括數(shù)據(jù)管理模塊、離線分析模塊和故障診斷模塊三部分。數(shù)據(jù)管理模塊主要包括數(shù)據(jù)存儲、數(shù)據(jù)采集、數(shù)據(jù)輸出等功能；離線分析模塊主要包括歷史趨勢分析和單個樣本分析等功能；故障診斷模塊主要包括對電機異常、振動異常、彈簧異常、溫度異常等進行監(jiān)測和故障診斷，主要基于故障特征提取和故障庫維護等基礎(chǔ)功能。通過以上流程，對設(shè)備運行狀態(tài)進行實時監(jiān)測，實現(xiàn)報警和處置功能。

圖2 振動篩故障診斷系統(tǒng)整體方案示意圖

4 故障診斷系統(tǒng)的應(yīng)用

4.1 故障信號的采集與分析

故障監(jiān)測與診斷的基礎(chǔ)工作是對故障信號進行大量采集，渠道是通過在激振器主梁、彈簧支座、殼體等區(qū)域安裝傳感器，進行信號采集并轉(zhuǎn)換為模擬數(shù)字信號，然后進行數(shù)據(jù)的分析。其中，數(shù)據(jù)采集后的A/D 轉(zhuǎn)換較為關(guān)鍵，數(shù)據(jù)質(zhì)量指標(biāo)包括采樣率、采樣通道數(shù)、采樣頻率、信號處理效率、精確度等。采集信號后經(jīng)過轉(zhuǎn)換、降噪、去除直流分量等措施，得出某故障信號圖譜如圖3 所示。

圖3 某故障信號示意圖

4.2 在線監(jiān)測與故障診斷的實現(xiàn)

在線監(jiān)測功能的實現(xiàn)是將采集處理后的實時數(shù)據(jù)與數(shù)據(jù)庫的閾值進行比對，判定是否存在故障。例如，對于振動異常故障，系統(tǒng)會自動分析監(jiān)測點的受力信號、振動頻率信號、測點的運動軌跡信號等，判斷振動是否異常；對于彈簧性能，系統(tǒng)會通過彈簧支座上的4 個監(jiān)測點的受力、位移等數(shù)據(jù)，判斷彈簧的一致性是否存在問題。系統(tǒng)會自動在學(xué)習(xí)模式和診斷模式之間進行切換，學(xué)習(xí)模式能夠?qū)?shù)據(jù)進行存儲、分析、設(shè)置警戒值等，診斷模式則會對系統(tǒng)進行實時監(jiān)測與保護。

4.3 故障預(yù)測系統(tǒng)軟件的創(chuàng)建

系統(tǒng)必須具備一個良好的人機交互窗口，即必須將系統(tǒng)的所有功能融入一個具備良好操作功能的軟件中。基于MATLAB 開發(fā)出振動篩故障診斷系統(tǒng)軟件。軟件界面包含開始采集、監(jiān)測診斷、自學(xué)習(xí)、歷史數(shù)據(jù)、離線分析、報表輸出等模塊，可實現(xiàn)常規(guī)的操作功能。

5 結(jié)語

基于研究成果開發(fā)出振動篩故障診斷軟硬件系統(tǒng)，并成功用于礦井直線振動篩的在線監(jiān)測與故障診斷，能夠?qū)崿F(xiàn)采集振動信號、溫度信號、電量信號以及數(shù)據(jù)的轉(zhuǎn)換、分析與存儲功能，可進行故障的自動預(yù)警及故障處置方法提醒，并基于自學(xué)習(xí)功能對系統(tǒng)數(shù)據(jù)庫進行更新和擴充，對故障預(yù)警閾值進行調(diào)整，提高預(yù)警的精度。通過研究雖然實現(xiàn)了系統(tǒng)的監(jiān)測與預(yù)警，但對于日常工作中如何降低故障率、延長設(shè)備使用壽命、提高生產(chǎn)效率，還需要進一步的研究及實踐。