蘇軍紅

摘要：現(xiàn)如今，隨著我國經(jīng)濟發(fā)展和裝備科技含量提高，礦山工程施工機械設(shè)備的狀態(tài)監(jiān)測作為預(yù)測維修的科學(xué)方法得到廣泛推廣，但在設(shè)備在運行中，受到許多不利因素的影響，使設(shè)備電路不可避免地出現(xiàn)各種各樣的故障。本文提出可提高設(shè)備維護管理效率的在線監(jiān)測系統(tǒng)，對機械設(shè)備狀態(tài)實施科學(xué)的管理和及時的維護。

關(guān)鍵詞：礦山工程;施工;機械設(shè)備;狀態(tài)監(jiān)測;系統(tǒng)應(yīng)用

引言

近年來，隨著礦山采掘業(yè)和加工業(yè)的快速發(fā)展，企業(yè)生產(chǎn)規(guī)模日益增大，采掘設(shè)備和加工設(shè)備也日趨大型化、自動化，其性能與復(fù)雜程度也不斷提高，這種現(xiàn)代化程度的不斷提高對機械設(shè)備的故障診斷、維修保障及崗位操作規(guī)范性提出了很高的要求。然而，礦山機械設(shè)備一般都處在較為惡劣的工作環(huán)境下，設(shè)備連續(xù)運轉(zhuǎn)時間長、設(shè)備間隙小，環(huán)境粉塵大、濕度高，必然會使零部件易磨損和易發(fā)生金屬疲勞，這給維修工作帶來了很大的困難。傳統(tǒng)的日志管理、參數(shù)越限報警等方法既落后又不客觀，只能起到事后分析的作用，無法保證設(shè)備運行的連續(xù)性。

1中小型關(guān)鍵機械設(shè)備的實時在線監(jiān)測實施方案

將嵌入式系統(tǒng)和無線通訊技術(shù)應(yīng)用于中小型關(guān)鍵機械設(shè)備的實時在線監(jiān)測，有效的解決了中小型關(guān)鍵機械設(shè)備監(jiān)測難的問題，極大的提高了設(shè)備的管理和維護效率如圖所示，采用文氏電橋、儀表運算放大器、帶通濾波電路、交直流變換電路、濾波電路、低通濾波電路、第一放大電路、第一積分電路、第二放大電路、第二積分電路、第三放大電路、單片機、編碼電路，單片機分別與濾波電路、第一放大電路、第二放大電路、第三放大電路、儀表運算放大器、編碼電路相連，儀表運算放大器與文氏電橋相連，濾波電路、交直流變換電路、帶通濾波電路、低通濾波電路、第一放大電路、第一積分電路、第二放大電路、第二積分電路、第三放大電路依次相連。采用PIC單片機與Hac-up模塊相連，無線現(xiàn)場采集系統(tǒng)主要由三部分組成：模擬電路部分、數(shù)字電路部分及無線數(shù)據(jù)發(fā)送接收模塊。模擬電路由四個相同的信號處理卡組成，可以同時處理8路有效信號。模擬電路主要負(fù)責(zé)現(xiàn)場信號的采集和處理，其中包括差分處理及放大，濾波性放大，積分等過程。數(shù)字電路由可編程微型處理芯片組成，又稱為MCU控制模塊，主要負(fù)責(zé)A/D采樣，電路控制及數(shù)據(jù)壓縮。本系統(tǒng)設(shè)計4塊信號處理卡，每張卡可同時處理單路振動傳感器和溫度傳感器信號，由MCU控制其開關(guān)工作。

2礦山工程施工的機械設(shè)備狀態(tài)監(jiān)測系統(tǒng)應(yīng)用

2.1先進維修技術(shù)的應(yīng)用

針對礦山采掘及加工設(shè)備日益大型化、連續(xù)化、高速化和自動化的發(fā)展方向，在預(yù)防性維修方案中可以采用動態(tài)監(jiān)測維護手段，將事故苗頭消滅在萌芽狀態(tài)，以保證加工設(shè)備的正常運行。當(dāng)前常用的礦山機械設(shè)備動態(tài)監(jiān)測診斷技術(shù)主要有以下幾種。振動監(jiān)測技術(shù)：礦山采掘及加工設(shè)備中軸承、軸、齒輪很多且發(fā)生故障的可能性大，針對設(shè)備體系中振動易損部位的運行狀態(tài)進行及時監(jiān)測，掌握運行情況，可以預(yù)測設(shè)備運行故障，提前做好維修管理，避免損失。無損探傷技術(shù)：用超聲波探傷儀、磁力探傷儀等專用儀器在不破壞礦山機械設(shè)備的情況下，對礦山機械設(shè)備中重點零部件進行內(nèi)部或表面缺陷探測，達到提前發(fā)現(xiàn)，及時實施預(yù)防性維修的效果。紅外測溫診斷：機電設(shè)備運行是否正常，往往在溫度上反映出來。機器的溫度參數(shù)不能直接測量，而要借助于物質(zhì)的某些與溫度變化有關(guān)的物理特性間接地進行測量，如利用物質(zhì)的熱膨脹、電阻、熱電效應(yīng)、輻射能等。新的測溫技術(shù)還有微波測溫、激光測溫等。例如，采用紅外測溫診斷技術(shù)對山鐵礦車輛輪軸箱的溫度檢測。將紅外測溫儀放在礦區(qū)內(nèi)運輸干線的鋼軌兩側(cè)，當(dāng)車輪通過時，軸箱逐個地掃過探測器的視場，并在描筆式記錄儀上輸出相應(yīng)的脈沖信號，被記錄在記錄紙上，如果某一脈沖信號特別高，則說明某一軸箱溫度已經(jīng)過高;再根據(jù)脈沖信號在記錄紙上的位置，就可準(zhǔn)確地判定哪個車箱軸發(fā)生了異常，便可及時采取措施，防止事故的發(fā)生。這種方法改變了過去用手檢查軸箱溫度的方法，從而改善了列車檢查人員的勞動條件，縮短了車輛停留時間，防止了燃軸事故。

2.2傳感器方案設(shè)計

在研究所要監(jiān)測礦山設(shè)備的構(gòu)造、工作環(huán)境、常見故障以及產(chǎn)生機理以后，確定狀態(tài)監(jiān)測的內(nèi)容并設(shè)計相對應(yīng)的傳感器采集方案。主要包括建立監(jiān)測參數(shù)、監(jiān)測部位及監(jiān)測方式等方面的內(nèi)容。在傳感器布置方面，使用電子標(biāo)簽技術(shù)標(biāo)識傳感器，利用無線傳感網(wǎng)絡(luò)技術(shù)組織傳感器網(wǎng)絡(luò)。

3智能故障診斷

智能故障診斷依靠機器學(xué)習(xí)方法能夠自動識別機械裝備的健康狀態(tài)，減少了傳統(tǒng)故障診斷過程中對診斷經(jīng)驗與專業(yè)知識的過分依賴。傳統(tǒng)的智能故障診斷過程主要由兩部分組成。（1）故障特征提取及優(yōu)選。基于信號處理方法或數(shù)據(jù)統(tǒng)計手段，提取機械設(shè)備監(jiān)測信號的故障特征，再結(jié)合距離估計、主分量分析等技術(shù)從多特征集中優(yōu)選故障敏感特征。（2）故障類型識別。以優(yōu)選的故障敏感特征訓(xùn)練人工神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)、支持向量機或決策樹等數(shù)據(jù)分類模型，實現(xiàn)故障類型的自動識別。盡管傳統(tǒng)智能故障診斷方法能夠?qū)崿F(xiàn)機械裝備健康狀態(tài)的自動識別，但其故障特征提取及優(yōu)選階段仍需依靠人為先驗知識，制約了機械裝備智能故障診斷方法的推廣與應(yīng)用?；谙∈枳跃幋a網(wǎng)絡(luò)的智能故障診斷方法通過樣本訓(xùn)練模型，可建立機械監(jiān)測信號與健康狀態(tài)之間的非線性映射，達到自動提取機械故障特征、識別健康狀態(tài)的目的。選擇傳統(tǒng)智能故障診斷方法-支持向量機與本發(fā)明的診斷效果進行對比。人為提取每個健康狀態(tài)樣本的診斷特征，包括：FM0、FM4、能量比、Sidebandindex、Sidebandlevelfactor、方均根值、能量算子、偏度、峭度和峰值等10種常用的齒輪箱診斷特征及4種小波能量比，再以這種診斷特征所組成的訓(xùn)練集為輸入，利用支持向量機識別兩級行星齒輪箱的健康狀態(tài)。該方法的訓(xùn)練精度達到97.14%，測試精度達到95.54%，低于的測試精度，說明避免了智能診斷過程中的人為干預(yù)，且提高了行星齒輪箱的健康狀態(tài)識別精度。

結(jié)語

在礦山機械設(shè)備的工作狀況管理過程中，常常由于無法準(zhǔn)確獲知設(shè)備的位置和實時運行狀況，使得業(yè)務(wù)開展時效率低下。由于不能實時收集礦山機械設(shè)備的工作狀況，進行運營成本的數(shù)據(jù)分析，使得企業(yè)無法實現(xiàn)精益管理。機械設(shè)備狀態(tài)監(jiān)測與故障診斷在工業(yè)生產(chǎn)中的地位舉足輕重，越來越復(fù)雜的測試條件、高度自動化的工業(yè)化大生產(chǎn)迫切需要功能更強大、成本更低廉、系統(tǒng)更靈活的新一代測試儀器。網(wǎng)絡(luò)化、虛擬儀器是未來測試與儀器技術(shù)發(fā)展的主要標(biāo)志，這一切都離不開先進的測試與儀器軟件開發(fā)平臺，本論文研究了設(shè)備狀態(tài)監(jiān)測與故障診斷中振動信號的測量方法以及振動信號故障特征提取時應(yīng)用的信號處理方法，并最終設(shè)計出一套軟件硬件結(jié)合設(shè)備狀態(tài)監(jiān)測與故障診斷系統(tǒng)。

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