趙環(huán)帥，尹德奪

(1.中國(guó)冶金礦山細(xì)粒篩分機(jī)械工程技術(shù)研究中心； 2.唐山杰斯德科技有限公司，河北 唐山 063020)

振動(dòng)篩是現(xiàn)代礦物加工行業(yè)重要設(shè)備之一，主要用于物料的分級(jí)、脫水、脫泥及脫介作業(yè)[1]。隨著企業(yè)生產(chǎn)規(guī)模越來(lái)越大，作為現(xiàn)代企業(yè)管理的一個(gè)重要組成部分，振動(dòng)篩設(shè)備管理水平和現(xiàn)代化程度，無(wú)疑將直接影響企業(yè)的生產(chǎn)能力、產(chǎn)品質(zhì)量、生產(chǎn)成本、勞動(dòng)生產(chǎn)率和能源消耗等，因而也就直接影響企業(yè)的效益與發(fā)展速度。傳統(tǒng)的振動(dòng)篩設(shè)備維修方式主要是定期(時(shí))維修、事后維修以及中途搶修等，由于無(wú)法及時(shí)發(fā)現(xiàn)設(shè)備初期故障點(diǎn)，設(shè)備持續(xù)運(yùn)行中導(dǎo)致故障點(diǎn)擴(kuò)大，最終造成設(shè)備整體癱瘓或嚴(yán)重?fù)p壞，不僅影響生產(chǎn)正常進(jìn)行，也帶來(lái)高昂的設(shè)備維修費(fèi)用[2-3]。為適應(yīng)市場(chǎng)經(jīng)濟(jì)的需要，在現(xiàn)代化企業(yè)中應(yīng)著力推行基于狀態(tài)實(shí)時(shí)在線監(jiān)測(cè)的振動(dòng)篩故障早期診斷及維護(hù)維修模式，以此來(lái)代替?zhèn)鹘y(tǒng)維修策略，便于在振動(dòng)篩設(shè)備故障趨勢(shì)形成時(shí)提供維護(hù)參考，實(shí)現(xiàn)全流程設(shè)備的預(yù)檢預(yù)修，可為企業(yè)避免不可估量的經(jīng)濟(jì)損失。

1 企業(yè)設(shè)備維修管理的發(fā)展過(guò)程

隨著新的維修觀念和技術(shù)迅速發(fā)展，設(shè)備維修管理領(lǐng)域有了多種新發(fā)展變化。總體而言，從20世紀(jì)40年代至今，主要分為3個(gè)典型階段(圖1)，最主要特點(diǎn)是從以前強(qiáng)調(diào)大修和保障系統(tǒng)的傳統(tǒng)觀念演變成包涵不同領(lǐng)域里的多種新發(fā)展過(guò)程[4-6]。

圖1 發(fā)展過(guò)程

2 企業(yè)設(shè)備維修管理中存在的問(wèn)題

傳統(tǒng)的設(shè)備維修方式主要有定期(時(shí))維修、事后維修及中途搶修等，后2種主要是指當(dāng)機(jī)電設(shè)備出現(xiàn)故障以后才進(jìn)行維修，是一種比較被動(dòng)的維修方式。因?yàn)樵O(shè)備出現(xiàn)狀況往往是屬于偶然性，維修要么是沒(méi)有充分的從根本上解決設(shè)備的問(wèn)題，要么是由于準(zhǔn)備不充分無(wú)法進(jìn)行維修。而最主要的是定期(時(shí))維修，實(shí)際是預(yù)防性維修的一種方式，一般按照設(shè)備規(guī)定的維修期進(jìn)行維修。隨著目前各種設(shè)備復(fù)雜程度的不斷提高，定期維修暴露出越來(lái)越多的缺點(diǎn)。主要表現(xiàn)為：

(1)不必要的維修會(huì)增加故障率，容易影響設(shè)備性能。一臺(tái)設(shè)備或一個(gè)系統(tǒng)本來(lái)是穩(wěn)定的，若進(jìn)行拆修，容易擾動(dòng)設(shè)備的穩(wěn)定狀態(tài)，同時(shí)拆修很可能引起各種早期故障，對(duì)于大型復(fù)雜設(shè)備尤其明顯。

(2)可能浪費(fèi)大量人力和物力。每次拆修大型復(fù)雜設(shè)備與系統(tǒng)，一般需要投入很多的人力和物力。合理的預(yù)檢與預(yù)修則可以在顯著提高維修效益的同時(shí)，也能在一定程度上節(jié)約大量的人力和物力。

(3)產(chǎn)生過(guò)剩維修的缺陷。如果設(shè)備不分主次，一律按照定期計(jì)劃維修，設(shè)備容易出現(xiàn)不必要地更換和拆卸過(guò)程中的損壞，原來(lái)磨合好的部件又被重新裝配，從而產(chǎn)生過(guò)剩維修的缺陷。

(4)降低設(shè)備的使用壽命。每次拆修設(shè)備，都容易使設(shè)備材料強(qiáng)度降低，拆修后再次啟動(dòng)，又會(huì)增加材料的疲勞損壞，因此在設(shè)備維修過(guò)程中，尤其頻繁定期大修，會(huì)降低設(shè)備的使用壽命。

(5)缺乏針對(duì)性。在不考慮設(shè)備狀態(tài)的情況下，都得按計(jì)劃定期維修，重新校裝，雖然在一定程度上可以起到預(yù)防作用，但不能對(duì)癥下藥，具有維修的盲目性，也容易造成機(jī)物料的浪費(fèi)。

3 基于狀態(tài)實(shí)時(shí)在線監(jiān)測(cè)的設(shè)備故障早期診斷及維護(hù)系統(tǒng)

在現(xiàn)代化企業(yè)中，采用基于狀態(tài)實(shí)時(shí)在線監(jiān)測(cè)的設(shè)備故障早期診斷及維護(hù)維修模式，可以有效減少故障停機(jī)維修時(shí)間及維修費(fèi)用，其經(jīng)濟(jì)效益非常顯著。

3.1 系統(tǒng)的組成

基于狀態(tài)的維修(CBM)是預(yù)報(bào)設(shè)備初始故障并進(jìn)行主動(dòng)維修的一種形式。CBM是基于設(shè)備運(yùn)轉(zhuǎn)實(shí)時(shí)或接近實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)，評(píng)估設(shè)備狀態(tài)的一系列維修活動(dòng)。設(shè)備狀態(tài)由智能傳感器、數(shù)據(jù)傳輸網(wǎng)絡(luò)和專用軟件平臺(tái)取得?；跔顟B(tài)的維修(CBM)與被動(dòng)式維修和預(yù)防性維修的原理截然不同，其主要是基于設(shè)備的實(shí)時(shí)狀態(tài)，利用狀態(tài)監(jiān)測(cè)與故障診斷技術(shù)，按診斷程序來(lái)確定設(shè)備是否正常的維修活動(dòng)。CBM仍然屬于預(yù)防性維修的范疇，是預(yù)防性維修的進(jìn)一步發(fā)展。

3.2 系統(tǒng)主要功能

(1)能夠?qū)⒃O(shè)備故障消滅在萌芽狀態(tài)?；跔顟B(tài)的維修(CBM)通過(guò)事先檢測(cè)運(yùn)行狀態(tài)，確診異常狀態(tài)，預(yù)先巡檢，主動(dòng)巡查并確定異常狀態(tài)，及時(shí)進(jìn)行事先維修。

(2)可以較大幅度降低維修費(fèi)用，縮短維修時(shí)間或避免設(shè)備的過(guò)剩維修。由于設(shè)備的實(shí)際運(yùn)行狀態(tài)、制造質(zhì)量及操作人員的技術(shù)水平等諸多因素差異，每臺(tái)設(shè)備或零部件的使用壽命均不同，因而故障發(fā)生點(diǎn)也多不相同。因此，需要維修人員認(rèn)真分析和準(zhǔn)確判斷故障點(diǎn)，對(duì)設(shè)備進(jìn)行有針對(duì)性的維修。據(jù)有關(guān)資料表明，與采用定期計(jì)劃維修體制的企業(yè)相比，采用基于狀態(tài)的維修(CBM)，設(shè)備故障下降63%～84%，設(shè)備維修用工下降26%～30%，機(jī)物料用量下降22%～31%，計(jì)劃停臺(tái)率降低2.5%～3.7%。

(3)利用了設(shè)備的全壽命周期，計(jì)劃性比傳統(tǒng)維修計(jì)劃更符合實(shí)際?；跔顟B(tài)的維修(CBM)雖然側(cè)重于狀態(tài)，但也有計(jì)劃，只是這種計(jì)劃是建立在狀態(tài)的基礎(chǔ)上。其強(qiáng)調(diào)計(jì)劃?rùn)z測(cè)，事先搜集信息，計(jì)劃適時(shí)適度修理，因此它的計(jì)劃性更符合實(shí)際。

(4)核心是巡回檢測(cè)、故障診斷和適時(shí)適度修理。由于修理之前是預(yù)知狀態(tài)，因此基于狀態(tài)的維修(CBM)又叫預(yù)知修理，比傳統(tǒng)的設(shè)備維修方式更客觀、準(zhǔn)確，對(duì)裝備狀態(tài)的檢測(cè)診斷上升到定量階段，對(duì)裝備維修更具有指導(dǎo)意義。

(5)按照實(shí)際需要進(jìn)行修理，提高設(shè)備的利用率。因基于狀態(tài)的維修(CBM)對(duì)每臺(tái)設(shè)備都進(jìn)行狀態(tài)監(jiān)測(cè)，因此能及時(shí)準(zhǔn)確地查出故障或隱患，只需更換或修理?yè)p壞的零件，從而保證了維修質(zhì)量，避免設(shè)備事故，減少了設(shè)備停機(jī)時(shí)間和配件的消耗，大幅度地提高設(shè)備的利用率，為企業(yè)創(chuàng)造更大的效益。

4 振動(dòng)篩故障早期診斷與維護(hù)系統(tǒng)的設(shè)計(jì)

4.1 研究的必要性

振動(dòng)篩主要依靠各種驅(qū)動(dòng)裝置產(chǎn)生的激振力驅(qū)動(dòng)篩箱做直線運(yùn)動(dòng)。在振動(dòng)過(guò)程中，由于振動(dòng)篩本身及外部因素的作用，有時(shí)會(huì)出現(xiàn)橫梁斷裂、側(cè)板開(kāi)裂、篩網(wǎng)破損、激振器噪聲及溫升增大的情況，若這些故障不能及時(shí)發(fā)現(xiàn)，將會(huì)導(dǎo)致振動(dòng)篩損壞，嚴(yán)重時(shí)導(dǎo)致設(shè)備癱瘓，另外也會(huì)導(dǎo)致篩分效率下降，對(duì)后續(xù)生產(chǎn)產(chǎn)生較大影響。比如：激振器是振動(dòng)篩的主要部件，當(dāng)激振器內(nèi)部出現(xiàn)齒輪組或軸承故障、潤(rùn)滑失效等情況，會(huì)直接導(dǎo)致篩面偏振，造成篩分效果變差，如不及時(shí)對(duì)故障進(jìn)行檢修，嚴(yán)重時(shí)可能導(dǎo)致激振器整體損壞。由于該部件維修及更換的成本較高，且振動(dòng)篩為工藝主要設(shè)備，其故障停機(jī)將會(huì)對(duì)生產(chǎn)造成嚴(yán)重影響。橫梁與側(cè)板出現(xiàn)裂紋時(shí)，若不能及時(shí)發(fā)現(xiàn)，會(huì)導(dǎo)致裂紋的繼續(xù)延伸，最終導(dǎo)致橫梁與側(cè)板的整體斷裂，而無(wú)法修復(fù)；篩網(wǎng)破損后若不能及時(shí)發(fā)現(xiàn)，會(huì)出現(xiàn)物料的跑粗現(xiàn)象，同時(shí)，產(chǎn)生的二次振動(dòng)會(huì)對(duì)支撐橫梁產(chǎn)生不利影響。為此，對(duì)振動(dòng)篩進(jìn)行實(shí)時(shí)在線監(jiān)測(cè)，進(jìn)行故障早期預(yù)測(cè)，實(shí)現(xiàn)預(yù)檢預(yù)修，具有十分重要的現(xiàn)實(shí)意義。

4.2 設(shè)計(jì)思路

為確保振動(dòng)篩高效可靠地運(yùn)行，考慮到提高生產(chǎn)效率，降低生產(chǎn)成本、節(jié)能降耗等客觀要求，通過(guò)將現(xiàn)代自動(dòng)化控制、計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)技術(shù)、無(wú)線通訊等多種技術(shù)相結(jié)合，改變了原來(lái)自我封閉的單一控制方式，實(shí)現(xiàn)自動(dòng)監(jiān)測(cè)控制的智能化和管理網(wǎng)絡(luò)化。振動(dòng)篩故障早期診斷及維護(hù)系統(tǒng)能夠?qū)崟r(shí)在線監(jiān)測(cè)振動(dòng)篩工作振幅、振動(dòng)頻率、激振器齒輪箱溫升、電機(jī)運(yùn)行負(fù)荷等工況，通過(guò)對(duì)傳感器采集到的監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)進(jìn)行智能化分析，對(duì)工作振幅與振動(dòng)頻率的變化、激振器齒輪箱溫升異常、電機(jī)運(yùn)行負(fù)荷突變等異常工況進(jìn)行趨勢(shì)預(yù)測(cè)，并提供維檢計(jì)劃[7-10]。

4.3 故障診斷機(jī)理

振動(dòng)篩在工作過(guò)程中，橫梁斷裂、側(cè)板開(kāi)裂、篩網(wǎng)破損等故障出現(xiàn)以后，一般最直接的表現(xiàn)在振幅、頻率及噪聲的變化。振動(dòng)篩一般處于惡劣的環(huán)境工作，周?chē)脑肼曒^大，因此噪聲的變化，有時(shí)候很難觀察到，而振幅、頻率的變化可以通過(guò)設(shè)備監(jiān)測(cè)得到；振動(dòng)篩激振器在正常工作過(guò)程中，其內(nèi)部潤(rùn)滑油將維持在一個(gè)相對(duì)穩(wěn)定的限值內(nèi)，當(dāng)故障產(chǎn)生時(shí)，由于齒輪間摩擦增加或軸承自身旋轉(zhuǎn)阻力增加，均會(huì)導(dǎo)致運(yùn)動(dòng)部件溫升，這些額外產(chǎn)生的熱量直接導(dǎo)致潤(rùn)滑油溫升，為此監(jiān)測(cè)激振器齒輪箱油溫可以作為檢測(cè)對(duì)象，同時(shí)電機(jī)的運(yùn)行負(fù)荷在上述故障作用下會(huì)產(chǎn)生波動(dòng)，為此，擬對(duì)上述參數(shù)進(jìn)行在線監(jiān)測(cè)(圖2)。

圖2 檢測(cè)參數(shù)

4.4 系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)

振動(dòng)篩故障早期診斷及維護(hù)系統(tǒng)采用現(xiàn)場(chǎng)總線+工廠局域網(wǎng)(或互聯(lián)網(wǎng))進(jìn)行監(jiān)控?cái)?shù)據(jù)傳輸。現(xiàn)場(chǎng)總線主要負(fù)責(zé)將工廠車(chē)間分布式智能傳感器采集到的數(shù)據(jù)集中傳輸至現(xiàn)場(chǎng)智能測(cè)控終端，數(shù)據(jù)經(jīng)過(guò)測(cè)控終端送入企業(yè)局域網(wǎng)或互聯(lián)網(wǎng)，數(shù)據(jù)服務(wù)器將監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)存儲(chǔ)，管理終端通過(guò)網(wǎng)絡(luò)訪問(wèn)數(shù)據(jù)服務(wù)器內(nèi)的數(shù)據(jù)。該系統(tǒng)可拓展移動(dòng)終端應(yīng)用，通過(guò)專用APP進(jìn)行操作(圖3)。

圖3 系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)

4.5 軟件平臺(tái)

平臺(tái)軟件包括網(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù)傳輸與數(shù)據(jù)庫(kù)軟件、設(shè)備監(jiān)測(cè)與故障診斷軟件和遠(yuǎn)程管理終端軟件。網(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù)傳輸與數(shù)據(jù)庫(kù)軟件主要實(shí)現(xiàn)對(duì)現(xiàn)場(chǎng)監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)進(jìn)行采集、存儲(chǔ)和初級(jí)分析處理，擬采用ORACLE數(shù)據(jù)庫(kù)；設(shè)備監(jiān)測(cè)與故障診斷軟件主要從數(shù)據(jù)庫(kù)獲取現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)，通過(guò)開(kāi)發(fā)的設(shè)備運(yùn)行狀態(tài)診斷算法對(duì)數(shù)據(jù)庫(kù)數(shù)據(jù)進(jìn)行定性分析，并結(jié)合專家系統(tǒng)進(jìn)行設(shè)備運(yùn)行工況的實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)和故障預(yù)測(cè)，提供維檢計(jì)劃、維修建議、故障預(yù)警等功能，擬采用C#及JAVA等軟件開(kāi)發(fā)；遠(yuǎn)程管理終端軟件能夠通過(guò)互聯(lián)網(wǎng)對(duì)現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備進(jìn)行遠(yuǎn)程管理，采用B/S架構(gòu)。

4.6 智能硬件

智能硬件包括自行研制的智能傳感器和現(xiàn)場(chǎng)智能測(cè)控終端。智能傳感器具有溫度、加速度等參量檢測(cè)功能，同時(shí)內(nèi)置微控制器和通訊模組，實(shí)現(xiàn)參數(shù)檢測(cè)、處理、遠(yuǎn)傳等功能，模塊化封裝、網(wǎng)絡(luò)化運(yùn)行?，F(xiàn)場(chǎng)智能測(cè)控終端與智能傳感器配合使用，能夠?qū)Υ罅楷F(xiàn)場(chǎng)智能傳感器進(jìn)行管理，具有局域網(wǎng)和互聯(lián)網(wǎng)數(shù)據(jù)交換功能。

5 應(yīng)用情況

通過(guò)對(duì)某大型振動(dòng)篩測(cè)試(圖4)，故障早期診斷及維護(hù)系統(tǒng)可以對(duì)該振動(dòng)篩運(yùn)行工況中的振幅、頻率、激振器溫升、電機(jī)功率等技術(shù)參數(shù)進(jìn)行實(shí)時(shí)在線監(jiān)測(cè)，改變了原來(lái)自我封閉的單一控制方式，實(shí)現(xiàn)云智能自動(dòng)檢測(cè)控制的智能化和管理的網(wǎng)絡(luò)化。通過(guò)這種預(yù)測(cè)性維護(hù)模式預(yù)防意外的機(jī)器故障及非計(jì)劃停機(jī)時(shí)間，可為企業(yè)避免不可估量的經(jīng)濟(jì)損失。

圖4 測(cè)試現(xiàn)場(chǎng)

6 結(jié) 語(yǔ)

振動(dòng)篩故障早期診斷及維護(hù)系統(tǒng)可以對(duì)振動(dòng)篩運(yùn)行工況中的各種技術(shù)參數(shù)進(jìn)行實(shí)時(shí)在線監(jiān)測(cè)，從而有利于未來(lái)綠色智慧礦山的發(fā)展。但存在的問(wèn)題是由于需要各種傳感器放置于篩機(jī)上，且放置過(guò)少會(huì)影響測(cè)試結(jié)果，在振動(dòng)篩的振動(dòng)過(guò)程中由于測(cè)試數(shù)據(jù)線較多，不利于現(xiàn)場(chǎng)的管理，因此今后研究采用無(wú)線測(cè)試技術(shù)，以完善振動(dòng)篩故障早期診斷及維護(hù)系統(tǒng)目前存在的不足，是該技術(shù)未來(lái)發(fā)展的重要方向。