鄭東旭 章建林

湖南有色金屬職業(yè)技術(shù)學院機電工程系

基于數(shù)據(jù)挖掘技術(shù)的礦井提升機故障診斷研究

鄭東旭 章建林

湖南有色金屬職業(yè)技術(shù)學院機電工程系

數(shù)據(jù)挖掘技術(shù)的使用給當前國內(nèi)金屬礦開采單位注入了巨大的活力，不但讓金屬礦開采企業(yè)提升了日常生產(chǎn)作業(yè)的效率，而且還在安全性上給予了極大提升。礦井提升機作為金屬礦開采作業(yè)中的重要機械設(shè)備，將數(shù)據(jù)挖掘技術(shù)應用其中將能夠快速實現(xiàn)故障信息的獲取與診斷，從而幫助金屬礦開采企業(yè)減少設(shè)備維修的停工損失。在本文中作者結(jié)合自身多年從事該領(lǐng)域研究經(jīng)驗，在對大量文獻進行閱讀與研究基礎(chǔ)上，基于數(shù)據(jù)挖掘技術(shù)對礦井提升機故障診斷系統(tǒng)設(shè)計開展研究。

數(shù)據(jù)挖掘；礦井提升機；故障診斷；技術(shù)研究

1 引言

面對不斷擴充的城市規(guī)模、不斷優(yōu)化的城市配套網(wǎng)絡(luò)、不斷更新的家用電器設(shè)備等，能源的消耗也變得更加龐大。然而，在超前開采資源、使用資源的今天，使物質(zhì)資源的總量逐年減少，能源的合理開采與使用就變成一個極為富有研究價值的課題。金屬礦開采企業(yè)作為社會主要能源材料的生產(chǎn)者，由于金屬礦及附屬資源的開發(fā)和利用地位較高，從而使其也不得不面對當前的市場需求謀求新的管理運營與技術(shù)改良策略，以便于契合國家社會主義新城市建設(shè)的宏偉藍圖。礦井提升機作為當前金屬礦生產(chǎn)過程中的關(guān)鍵設(shè)備之一，其不但能夠讓金屬礦開采單位日常生產(chǎn)作業(yè)效率提升，而且能在金屬礦開采安全生產(chǎn)中起到巨大推動作用。由于礦井提升機在日常工作過程中會產(chǎn)生大量設(shè)備的監(jiān)測數(shù)據(jù)，那么通過將數(shù)據(jù)挖掘技術(shù)引入到礦井提升機的操作系統(tǒng)中，將能夠幫助礦井提升機日常故障診斷監(jiān)測系統(tǒng)的建立，從而為保證有色金屬企業(yè)的安全生產(chǎn)帶來巨大幫助。

2 礦井提升機常見故障研究

有色金屬生產(chǎn)單位所使用的礦井提升機通常由6個部分所組成，其中包括：機械制動系統(tǒng)、機械傳統(tǒng)系統(tǒng)、機械拖動控制系統(tǒng)、機械自動保護系統(tǒng)、機械潤滑系統(tǒng)、機械觀測及操作系統(tǒng)及相關(guān)輔助系統(tǒng)等。經(jīng)過實踐的使用與調(diào)查，學術(shù)界發(fā)現(xiàn)礦井提升機的常見故障存在于機械傳動及制動系統(tǒng)中。并且，一旦故障出現(xiàn)，將能夠在礦井提升機監(jiān)測信號的時頻域中得以反映。

對于礦井提升機傳動系統(tǒng)的常見故障而言，其主要包括：（1）轉(zhuǎn)子系統(tǒng)的不平衡。產(chǎn)生這一問題的原因通常是由于轉(zhuǎn)子系統(tǒng)的轉(zhuǎn)軸部位出現(xiàn)了一些故障；（2）軸承系統(tǒng)的故障。該系統(tǒng)所出現(xiàn)的故障通常為軸承部位的振動過大。產(chǎn)生原因一方面可能是由于本身的振動頻率過大導致對固有頻率的檢測較為困難，從而產(chǎn)生故障。另一方面使由于軸承元件部位的表面頻率的檢測失效導致。

對于礦井提升機制動系統(tǒng)的常見故障而言，其主要包括三個方面：（1）提升機制動系統(tǒng)中的制動力矩出現(xiàn)失效故障；（2）制動系統(tǒng)中的松閘出現(xiàn)失效故障；（3）制動系統(tǒng)中的制動器由于空動時長過多產(chǎn)生故障等。產(chǎn)生這些因素的主要原因在于礦井提升機內(nèi)部的制動系統(tǒng)通常會由于日常工作而出現(xiàn)低速運行、重載運行、振動運行等特點條件，從而容易導致最終機械運行出現(xiàn)失效問題。

3 礦井提升機故障診斷系統(tǒng)的設(shè)計與實現(xiàn)

當前將數(shù)據(jù)挖掘技術(shù)應用于對礦井提升機進行故障診斷系統(tǒng)的建設(shè)時，通常會使用LabVIEW9.0、MySQL的數(shù)據(jù)管理系統(tǒng)，以及Weka的數(shù)據(jù)挖掘平臺三個重要技術(shù)支撐進行故障診斷系統(tǒng)的開發(fā)。在此過程中，為了保證礦井提升機故障診斷系統(tǒng)的完善程度，會構(gòu)建四大模塊，具體包括：實現(xiàn)對信號收集及儲存的模塊、對整體系統(tǒng)進行管理的模塊、對系統(tǒng)運行實現(xiàn)在線監(jiān)控的模塊、對數(shù)據(jù)進行獲取與挖掘診斷模塊。

針對實現(xiàn)信息收集及儲存的模塊。在實際進行傳動和制動系統(tǒng)的測量中，通常應當將被檢測點所在位置設(shè)置在極為靠近設(shè)備的核心部位附近，從而將能夠?qū)崿F(xiàn)對礦井提升機現(xiàn)有發(fā)生故障頻率較高部位是否存在故障進行有效監(jiān)控。并且，還應當確保檢測裝置有較高的剛度，從而便于實現(xiàn)對整個系統(tǒng)的準確檢測。

針對整體系統(tǒng)開展管理的模塊。這一模塊對其他模塊的正常運行起到重要的管理保障作用。因此在設(shè)計過程中應當從當前機械使用的整體出發(fā)，以確保系統(tǒng)中數(shù)據(jù)儲存的高質(zhì)量，并盡量的減少系統(tǒng)中數(shù)據(jù)信息的冗余，減少系統(tǒng)設(shè)計不完善造成的數(shù)據(jù)丟失和作業(yè)浪費。

針對整體系統(tǒng)實現(xiàn)在線監(jiān)控的模塊。在對這個模塊進行開發(fā)中，應當保證其能夠反映出整個系統(tǒng)現(xiàn)有的狀態(tài)，并能夠使監(jiān)控人員對礦井提升機的工作狀況給予直觀了解。在此過程中應當將在線檢測模塊根據(jù)三個部分進行設(shè)計，并從數(shù)據(jù)的采集到處理，再到顯示實現(xiàn)數(shù)據(jù)信息的程序化顯示。并對最終顯示模塊設(shè)計狀態(tài)監(jiān)測界面、實時曲線與特征參量界面、報警閾值設(shè)置界面等便于直觀數(shù)據(jù)反映。

針對實現(xiàn)數(shù)據(jù)獲取與挖掘診斷的模塊。該模塊的開發(fā)應當綜合使用專業(yè)數(shù)據(jù)的挖掘軟件Weka以及虛擬的儀器Labview。在進行模塊設(shè)計時應規(guī)劃以下流程：實際操作中，數(shù)據(jù)獲取系統(tǒng)能夠準確收集到由檢測模塊反饋的信息與數(shù)據(jù)，并經(jīng)過使用Labview的小波工具包實現(xiàn)對數(shù)據(jù)的抽繭剝絲，從而獲取到系統(tǒng)所需目標數(shù)據(jù)，并經(jīng)過對現(xiàn)有閾值及參數(shù)的對比，實現(xiàn)對故障原因及部位的確認。

4 結(jié)論

通過上文的研究，可以發(fā)現(xiàn)，礦井提升機作為有色金屬企業(yè)日常生產(chǎn)中的重要機械設(shè)備，其能否穩(wěn)定高效運行將直接關(guān)系到有色金屬生產(chǎn)企業(yè)的業(yè)績增長和企業(yè)增值。然而，由于礦井提升機在日常工作過程中會產(chǎn)生大量相關(guān)信息與數(shù)據(jù)，如果不借助有效的系統(tǒng)將極為容易忽略與設(shè)備故障有關(guān)信息。使用數(shù)據(jù)挖掘技術(shù)，將其應用于礦井提升機的系統(tǒng)參數(shù)設(shè)置與運行反饋系統(tǒng)中，將能夠極大增強數(shù)據(jù)獲取與分析的能力，并建立礦井提升機故障檢測與診斷系統(tǒng)，從而為保證有色金屬開采企業(yè)運行安全性與效率的雙增強。

[1] 數(shù)據(jù)挖掘技術(shù)在犯罪分析中的研究與應用[D].趙海東.中國海洋大學,2014.

[2] 數(shù)據(jù)挖掘技術(shù)在客戶維系工作中的應用研究[D].盧嘉璽.福州大學,2014.

鄭東旭，1977.11，女，漢，河北廊坊，講師，研究生，主要從事機電一體化教學、科研工作。

”：2017年湖南省教育廳科學研究項目“基于SOM神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的礦井提升機故障診斷技術(shù)研究”