趙建齋

（太原理工大學(xué)，山西 太原 030024）

礦井提升機(jī)以其提升快捷方便、自動化程度高、提升速度快、提升容量大等優(yōu)勢在礦山主要擔(dān)負(fù)著提升煤炭資源、矸石、設(shè)備材料以及升降人員的重要任務(wù)，是聯(lián)系礦井井下和礦區(qū)地面的關(guān)鍵通道與橋梁，有著“礦井咽喉”之稱[1，2]。對于煤炭行業(yè)，提升機(jī)不僅具有輸送人員的作用，還具有提升礦物的功能，因而在煤礦生產(chǎn)過程中，提升機(jī)起著不可忽略的作用。提升設(shè)備的提升量代表著礦井的主產(chǎn)量，礦井提升機(jī)一旦出現(xiàn)故障或是產(chǎn)生故障隱患而不能被排除，在礦井生產(chǎn)能力和經(jīng)濟(jì)效益上的損失十分巨大，甚至造成重大的傷亡事故，是礦井安全生產(chǎn)的巨大隱患。提升機(jī)天輪是礦井提升系統(tǒng)的重要部件，其運(yùn)行狀態(tài)的好壞直接影響到整個提升系統(tǒng)的性能，如果天輪出現(xiàn)故障，將會導(dǎo)致提升系統(tǒng)不能正常工作，給煤礦生產(chǎn)帶來巨大的安全隱患和經(jīng)濟(jì)損失。因此，提升機(jī)天輪健康診斷具有重要的意義。

1 天輪偏擺監(jiān)測

落地式多繩摩擦提升機(jī)鋼絲繩與滾筒接觸點(diǎn)至天輪處的一段鋼絲繩通常稱為繩弦。鋼絲繩振動最劇烈的部位往往是繩弦，其持續(xù)劇烈振動不僅影響使用壽命，而且會使提升系統(tǒng)增加額外的動載荷，從而進(jìn)一步影響滾筒和天輪等設(shè)備的使用壽命。

盡管導(dǎo)致繩弦振動的因素較多，但天輪偏擺是主要原因之一。當(dāng)天輪偏擺超限時，會引起鋼絲繩繩弦的劇烈振動。繩弦振動可用圖1 表示：摩擦輪固定，天輪偏擺可簡化為Asinωt 橫向周期運(yùn)動(見圖1）。

圖1 繩弦的強(qiáng)迫振動示意

在許多實際問題中，可以部分甚至全部忽略參數(shù)的分布性質(zhì)，以便簡化對問題的研究。在本研究中，采用基于分布參數(shù)連續(xù)模型對繩弦進(jìn)行研究，可得繩弦的強(qiáng)迫振動響應(yīng)為：

式中：ωi——鋼絲繩的固有頻率；

A ——激勵的位移幅值；

ω ——激勵頻率；

L ——繩弦長度；

x ——繩弦距離；

t ——時間。

從式中可看出，天輪的劇烈偏擺能引起繩弦的強(qiáng)迫振動。第31 頁圖2 為采集系統(tǒng)的硬件構(gòu)成，其采用電感式位移傳感器檢測各輪轂的偏擺，在天輪轂圓周上配置了8 個電感式位移傳感器，經(jīng)過電流電壓變送器傳至PCI9114DG 模擬量數(shù)據(jù)采集卡，由工控機(jī)對數(shù)據(jù)進(jìn)行處理。

圖2 天輪狀態(tài)參數(shù)采集系統(tǒng)硬件構(gòu)成

2 天輪偏擺信號分析處理

頻譜是為了使信號從時域轉(zhuǎn)到頻域而對信號進(jìn)行分析的方法，可分為幅值譜、相位譜、實頻譜、虛頻譜、功率譜等。它們從不同方面描述了信號的特征，從而表示出信號的頻率信息。幅值譜和功率譜可以反映信號各頻率的能量成分，相位譜可以反映信號各頻率分量的初始相位。實頻譜和虛頻譜在工程中的應(yīng)用相對比較少，而功率譜和幅值譜的應(yīng)用則比較廣泛。在振動分析中，幅值譜可以反映不同頻率的正弦波所攜帶能量的多少。

本研究中，采用快速傅立葉變換對連續(xù)振動信號進(jìn)行幅值譜分析，監(jiān)測各頻率分量下的信號幅值，進(jìn)行健康診斷。以某礦2#提升機(jī)天輪偏擺進(jìn)行實驗，天輪具體參數(shù)見表1，天輪偏擺傳感器安裝見圖3，信號處理結(jié)果見圖4。

表1 天輪參數(shù)

根據(jù)天輪偏擺實測結(jié)果對其進(jìn)行分析。圖4 中橫坐標(biāo)為時間，縱坐標(biāo)為信號幅值。圖中信號幅值區(qū)域反映的是天輪偏擺量的大小，以南上天輪1 號為例，信號幅值最大值為68.5，最小值為65.5，二者之差為3，即天輪偏擺量為3。詳細(xì)天輪偏擺量見表2。

圖3 天輪偏擺位移傳感器的安裝

圖4 天輪偏擺實測結(jié)果

表2 天輪偏擺量

根據(jù)現(xiàn)場測試情況，采用絕對標(biāo)準(zhǔn)《煤礦機(jī)電設(shè)備檢修質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)》（見表3），端面圓跳動不超過10 mm，建立天輪偏擺超限判據(jù)。根據(jù)判據(jù)可得，南上天輪4 號與南下天輪4 號處于亞健康狀態(tài)，南下天輪3 號處于超限狀態(tài)，應(yīng)及時進(jìn)行相關(guān)處理。

表3 機(jī)電設(shè)備檢修標(biāo)準(zhǔn)

3 結(jié)論

通過對天輪在線偏擺信號的處理與分析，將其轉(zhuǎn)換為設(shè)備檢修標(biāo)準(zhǔn)，可以實現(xiàn)對天輪偏擺的實時監(jiān)測，并且可以定量判斷天輪偏擺是否符合要求，為天輪定量檢測與判定打下基礎(chǔ)，從而為整個提升系統(tǒng)的安全運(yùn)行起到很好的保障作用。

[1]唐艷同.礦井提升機(jī)遠(yuǎn)程狀態(tài)監(jiān)測與智能故障診斷系統(tǒng)[D].太原：太原理工大學(xué)，2013：1-10，37-56.

[2]胡勇.礦用提升機(jī)調(diào)速系統(tǒng)改造及運(yùn)行狀態(tài)監(jiān)測[D].北京：北京工業(yè)大學(xué)，2010：1-21.