李 鐵

（潞安化工集團(tuán)潞寧孟家窯煤業(yè)有限公司綜采隊(duì)， 山西 寧武 036700）

引言

帶式輸送機(jī)極大地提高了煤礦生產(chǎn)效率，隨著煤礦需要的不斷增加，帶式輸送機(jī)的結(jié)構(gòu)、長(zhǎng)度也在增加，這就對(duì)帶式輸送機(jī)日常的檢修與維護(hù)提出了更高的要求。相較于其他輸送機(jī)，帶式輸送機(jī)具有結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、穩(wěn)定性好、效率高等特點(diǎn)。帶式輸送機(jī)由于使用強(qiáng)度大，常發(fā)生故障，且其中50%以上的故障都是可以通過(guò)提前預(yù)判處理的。但由于輸送機(jī)結(jié)構(gòu)長(zhǎng)，維護(hù)起來(lái)困難，因此采用可靠的監(jiān)控及診斷可有效保障輸送機(jī)運(yùn)行。

遠(yuǎn)程在線(xiàn)監(jiān)控與診斷系統(tǒng)最大的優(yōu)勢(shì)是實(shí)現(xiàn)對(duì)帶式輸送機(jī)實(shí)時(shí)狀態(tài)的識(shí)別，在輸送機(jī)不停機(jī)、不拆解的情況下，對(duì)其狀態(tài)進(jìn)行監(jiān)控。最大限度地保障了煤礦開(kāi)采的效率，將潛在故障消滅在萌芽階段。輸送機(jī)的遠(yuǎn)程在線(xiàn)故障診斷系統(tǒng)是一門(mén)多學(xué)科融合的技術(shù)，但其核心內(nèi)容比較簡(jiǎn)單。主要基于對(duì)輸送機(jī)振動(dòng)信號(hào)的分析獲取其復(fù)雜源，并根據(jù)信號(hào)處理算法，提取故障信號(hào)的特征，從而判斷故障源所在位置，對(duì)于保障煤礦生產(chǎn)具有重要意義[1]。

1 帶式輸送機(jī)典型故障

長(zhǎng)距離的帶式輸送機(jī)在皮帶中常通過(guò)增加鋼絲繩來(lái)提高皮帶的抗拉強(qiáng)度，但在實(shí)際的使用中皮帶機(jī)仍常出現(xiàn)各類(lèi)故障。導(dǎo)致皮帶機(jī)故障的因素較多，歸結(jié)起來(lái)可以總結(jié)為如下幾點(diǎn)：

1）在運(yùn)輸?shù)纳⒘现袏A帶著各種雜物，容易對(duì)輸送機(jī)造成損傷；

2）輸送機(jī)自身結(jié)構(gòu)的缺陷，也是常見(jiàn)的故障誘因；

3）托輥與皮帶之間夾雜有異物，在輸送機(jī)工作過(guò)程中，長(zhǎng)期對(duì)皮帶造成磨損，從而導(dǎo)致皮帶發(fā)生斷裂[2]。

帶式輸送機(jī)在正常工作時(shí)，貨物借助于皮帶的摩擦力前進(jìn)，其典型的故障有打滑、皮帶跑偏、飛車(chē)事故等。皮帶打滑是帶式輸送機(jī)常見(jiàn)的故障，皮帶打滑對(duì)輸送機(jī)的影響較大，打滑后輸送帶溫度升高，嚴(yán)重時(shí)會(huì)燒壞輸送帶。在輸送物料過(guò)程中，物料裝載于輸送機(jī)上時(shí)，重心偏置，從而導(dǎo)致皮帶在傳輸過(guò)程中發(fā)生偏轉(zhuǎn)，跑偏對(duì)皮帶的損壞比較大，會(huì)嚴(yán)重縮短輸送帶的使用期限，而且還會(huì)造成經(jīng)濟(jì)損失。對(duì)于下運(yùn)式的帶式輸送機(jī)，若裝載的重量較大，在貨物下降過(guò)程中若制動(dòng)能力不足，會(huì)導(dǎo)致“飛車(chē)”事故。帶式輸送機(jī)的常見(jiàn)故障類(lèi)型較為明確，因此可采用更為先進(jìn)的技術(shù)來(lái)識(shí)別診斷皮帶機(jī)的故障，對(duì)于提高經(jīng)濟(jì)效益具有重要意義。

2 故障診斷方法

帶式輸送機(jī)的故障診斷方法多種多樣，從故障診斷的方式、方法以及目的等的不同，可以分為不同的類(lèi)型。隨著診斷技術(shù)的不斷發(fā)展，電子信息監(jiān)控、信號(hào)分析與診斷不斷普及應(yīng)用，常將故障診斷分為如下幾類(lèi)：

2.1 功能性診斷

功能性故障診斷主要是根據(jù)設(shè)備的運(yùn)行情況，是否能夠正常完成工作，并判斷設(shè)備的狀態(tài)進(jìn)行調(diào)整。功能性診斷主要基于人眼觀(guān)察分析，有一定的滯后性以及局限性，不能及早發(fā)現(xiàn)并處理，所以有時(shí)避免不了嚴(yán)重的安全事故[3]。

2.2 定期性診斷

每隔一段時(shí)間對(duì)設(shè)備進(jìn)行全面的檢查，可以比較及時(shí)地發(fā)現(xiàn)問(wèn)題，并得到有效維護(hù)，但是存在較大的盲目性，對(duì)資料浪費(fèi)較大。

2.3 間接診斷

間接診斷是基于設(shè)備所產(chǎn)生的特征信號(hào)，判斷設(shè)備是否出現(xiàn)故障，但間接診斷由于其信號(hào)特征辨別具有較大的迷惑性，因此，在間接診斷中可能出現(xiàn)偽警或漏檢。

2.4 離線(xiàn)診斷

通過(guò)對(duì)設(shè)備歷史信息的分析，對(duì)設(shè)備故障進(jìn)行分析診斷，該方法存在較大的滯后性，可能會(huì)因延期耽誤排除故障的最佳時(shí)機(jī)。

2.5 遠(yuǎn)程在線(xiàn)監(jiān)控診斷

該技術(shù)的發(fā)展得益電子技術(shù)在煤礦行業(yè)的廣泛應(yīng)用，在線(xiàn)故障診斷系統(tǒng)具有諸多優(yōu)點(diǎn)，可在及時(shí)排除故障的同時(shí)，實(shí)現(xiàn)對(duì)設(shè)備狀態(tài)的實(shí)時(shí)監(jiān)控。

3 LDM 算法簡(jiǎn)介

要實(shí)現(xiàn)對(duì)故障類(lèi)別的識(shí)別與判斷，就需要借助于先進(jìn)的算法對(duì)系統(tǒng)所采集的信號(hào)進(jìn)行分析，本套系統(tǒng)中數(shù)據(jù)處理算法采用了局部均值分解（Local Mean Decomposition,LMD）；該算法是一種新的對(duì)信號(hào)進(jìn)行時(shí)頻分析的方法，特別適用于振動(dòng)信號(hào)的特性信號(hào)的提取，實(shí)現(xiàn)對(duì)振動(dòng)信號(hào)特征的識(shí)別。

LMD 算法依據(jù)信號(hào)自身的特征，進(jìn)行自適應(yīng)分析，將信號(hào)特征分解為多層分量，煤層分量可顯示特征信號(hào)的幅頻與時(shí)頻信息，各分量之間的歸一化分析可作為故障特征值，用于設(shè)備的故障模式識(shí)別中，方便使用與對(duì)照[4]。

4 故障診斷系統(tǒng)的設(shè)計(jì)

4.1 LabVIEW7.1 軟件簡(jiǎn)介

軟件的編程主要與第三方專(zhuān)業(yè)編程公司合作完成，程序編程使用LabVIEW 軟件實(shí)現(xiàn)，LabVIEW 是一種面向終端用戶(hù)的設(shè)計(jì)軟件，LabVIEW 可極大地簡(jiǎn)化程序設(shè)計(jì)流程，功能強(qiáng)大，具有VXI、RS-232 和RS-485 協(xié)議的硬件及數(shù)據(jù)采集卡通訊功能，內(nèi)置了常用的函數(shù)庫(kù)，圖形化的編程操作界面使得編程工作變得相對(duì)簡(jiǎn)單高效[5]。

4.2 系統(tǒng)硬件結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)

以TD300 型礦用帶式輸送機(jī)托輥結(jié)構(gòu)為例，介紹硬件系統(tǒng)的設(shè)計(jì)。已知該型帶式輸送機(jī)的輸送帶的拉伸強(qiáng)度為6 000 N/mm，帶厚35 mm，工作溫度為-55～230 ℃。本系統(tǒng)主要是對(duì)帶式輸送機(jī)關(guān)鍵位置信號(hào)的采集，以及信號(hào)的傳輸與分析，結(jié)構(gòu)相對(duì)比較簡(jiǎn)單。

1）傳感器：為了測(cè)得帶式輸送機(jī)不同位置較為準(zhǔn)確的振動(dòng)信號(hào)，將傳感器的布置如圖1 所示，傳感器W1 的位置為托輥滾筒軸心位置，W2 傳感器位于滾筒機(jī)架與滾筒接觸位置，傳感器W3 位于機(jī)架與底架之間連接位置。系統(tǒng)中選擇傳感器型號(hào)為SC0288 型，振動(dòng)傳感器靈敏度為15 mV/g，有效工作頻率范圍 0～10 000 Hz[6]。

2）信號(hào)處理：傳感器所采集得到的信號(hào)需要進(jìn)行一系列的處理才能使用，一般需要對(duì)信號(hào)進(jìn)行降噪處理，利用信號(hào)處理器對(duì)信號(hào)進(jìn)行處理，減小干擾信號(hào)，放大特征信號(hào)，有助于對(duì)信號(hào)的分析。

圖1 傳感器布置位置圖

3）計(jì)算機(jī)：不管是數(shù)據(jù)的采集以及數(shù)據(jù)的處理，都離不開(kāi)計(jì)算機(jī)平臺(tái)，本套系統(tǒng)采用了戴爾SRT500系列的計(jì)算機(jī)，該計(jì)算機(jī)具有較強(qiáng)的計(jì)算能力，可以同時(shí)對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行分析、顯示和存儲(chǔ)等。

4.3 系統(tǒng)軟件結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)

帶式輸送機(jī)遠(yuǎn)程故障診斷系統(tǒng)主要實(shí)現(xiàn)的功能是對(duì)設(shè)備信號(hào)的采集、數(shù)據(jù)分析、故障診斷等，根據(jù)實(shí)現(xiàn)需求，故障診斷系統(tǒng)的模塊分別為皮帶打滑監(jiān)控模塊、皮帶跑偏監(jiān)控模塊、皮帶撕裂監(jiān)測(cè)模塊、托輥故障監(jiān)測(cè)模塊以及報(bào)警與現(xiàn)實(shí)功能，如圖2 所示。關(guān)于軟件的編程在此不再一一贅述。

圖2 系統(tǒng)軟件結(jié)構(gòu)圖

5 故障診斷系統(tǒng)的功能測(cè)試

為了滿(mǎn)足帶式輸送機(jī)遠(yuǎn)程故障診斷的需求，設(shè)計(jì)了此套診斷系統(tǒng)，需對(duì)系統(tǒng)的軟件與硬件功能進(jìn)行測(cè)試。進(jìn)行了為期2 個(gè)月的性能測(cè)試，不斷調(diào)試已經(jīng)出現(xiàn)的問(wèn)題。分別對(duì)診斷系統(tǒng)的斷帶監(jiān)測(cè)功能、托輥故障診斷功能、縱向撕帶監(jiān)測(cè)功能、托輥卡死監(jiān)測(cè)等功能進(jìn)行了測(cè)試，試驗(yàn)結(jié)果顯示系統(tǒng)滿(mǎn)足全部設(shè)計(jì)要求，如圖3 所示，為診斷系統(tǒng)的主界面。

圖3 系統(tǒng)軟件操作界面

該系統(tǒng)軟件操作系統(tǒng)界面簡(jiǎn)潔，可以及時(shí)顯示帶式輸送機(jī)的狀態(tài)，可實(shí)現(xiàn)對(duì)采集信號(hào)的顯示以及時(shí)處理。對(duì)帶式輸送機(jī)狀態(tài)進(jìn)行判斷，并將結(jié)果以Excel 文件進(jìn)行輸出，方便操作人員查看。該故障診斷系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)了對(duì)帶式輸送機(jī)各種典型故障的預(yù)測(cè)與識(shí)別，有效保障了設(shè)備的安全運(yùn)行，對(duì)提高經(jīng)濟(jì)效益具有重要意義。