白 健

（汾西礦業(yè)礦山設(shè)備管理中心， 山西 介休 032300）

引言

選煤廠原煤處理前需要進行脫泥、分級等工作，振動篩是脫泥、分選過程中需要使用的設(shè)備，因此，振動篩能否高效、平穩(wěn)運行會直接影響選煤廠生產(chǎn)效率[1-2]。受到工作環(huán)境惡劣以及長時間運行影響，振動篩在使用過程中容易出現(xiàn)軸承裂紋、異常振動等故障，輕則造成發(fā)出異聲，重則造成煤炭洗選故障中斷[3-5]。故障類型如表1 所示，目前，一種故障智能診斷系統(tǒng)應(yīng)用比較廣泛，可對監(jiān)測到的故障發(fā)出預(yù)警信息，從而避免故障擴大，為振動篩高效運行提供可靠保障。

1 振動篩結(jié)構(gòu)及運行原理

振動篩是選煤廠重要設(shè)備之一，具體結(jié)構(gòu)包括激振器、電動機等。激振結(jié)構(gòu)主要有齒輪、偏心塊、彈簧以及振動篩體等構(gòu)成。具體振動篩工作原理為：電動機、激振器分別驅(qū)動主軸上的主偏心塊、副偏心塊，從而實現(xiàn)兩個偏心塊間追隨同步運動；在同步運行過程中產(chǎn)生的追逐力與篩子重心距離、回轉(zhuǎn)半徑等參數(shù)呈正相關(guān)，與轉(zhuǎn)動慣量呈負相關(guān)；當兩個偏心塊間的追逐力達超過一定值后，在主軸上一定的簡諧力，在簡諧力作用下振動篩篩體會出現(xiàn)往返振動，從而實現(xiàn)對篩體上顆粒物的篩分[6]。具體振動篩運行原理見圖1 所示。

2 振動篩智能診斷系統(tǒng)設(shè)計

2.1 故障診斷系統(tǒng)構(gòu)成

2.1.1 異常振動監(jiān)測系統(tǒng)

振動篩在自身機構(gòu)尺寸在加工過程中若存在偏差，極其容易造成設(shè)備在使用過程中出現(xiàn)異常振動問題，嚴重時甚至會與其他設(shè)備一起出現(xiàn)共振。振動篩異常振動最為顯著的表現(xiàn)為篩選的顆粒物跑偏、運動節(jié)奏混亂以及振動方向出現(xiàn)較大偏差，從而會給影響振動篩正常使用。因此，需要對振動篩運行過程中可能存在的異常振動情況進行監(jiān)測。具體設(shè)計的監(jiān)測系統(tǒng)結(jié)構(gòu)見圖2 所示。

表1 故障類型

圖1 振動篩運行原理

在振動篩支撐點位置各布置一個加速傳感器，對加速度值進行測定，通過信息融合技術(shù)對各支撐點位置獲取到的加速度值進行融合分析?？刂浦行囊罁?jù)振動篩不同位置的振動情況，對是否出現(xiàn)異常振動進行判定，若出現(xiàn)時則發(fā)出報警信息并提示相關(guān)人員前往處理。

圖2 異常振動監(jiān)測系統(tǒng)結(jié)構(gòu)示意圖

2.1.2 激振器軸承監(jiān)測系統(tǒng)

激振器運行過程中受到的外力主要作用到軸承上，會增加軸承載荷，使得軸承出現(xiàn)周期性振動，因此軸承是激振器故障發(fā)生率最高的部件。當軸承運行過程中出現(xiàn)缺油、潤滑油污染、軸承磨耗等問題時，會使得軸承溫度異常升高、軸承抱死或者結(jié)構(gòu)膨脹等問題，甚至會出現(xiàn)安全事故。為此，需要監(jiān)測軸承振動頻率、運行質(zhì)量等參數(shù)，具體采用的監(jiān)測系統(tǒng)結(jié)構(gòu)見圖3。

圖3 激振器軸承監(jiān)測系統(tǒng)結(jié)構(gòu)示意圖

具體為在激振器軸承上布置溫度以及位移傳感器，通過監(jiān)測軸承溫度以及是否出現(xiàn)異常振位移來對激振器軸承運行情況進行判定。當監(jiān)測到溫度存在異?；蛘哂挟惓Ｕ駝訒r則判定軸承出現(xiàn)故障，則監(jiān)測系統(tǒng)會及時發(fā)出預(yù)警信息。

2.1.3 振動篩彈簧監(jiān)測系統(tǒng)

振動篩下部一般布置有4 組支撐彈簧，在振動篩使用初期彈簧剛度、強度以及長度等參數(shù)均保持一致，隨著振動篩運行時間增加加之各個位置彈簧受力不均衡，導致長時間運行后各個位置彈簧整體恢復力存在差異，從而使得振動篩在水平方向出現(xiàn)一定剪切力，嚴重時會導致彈簧出現(xiàn)裂紋，從而給振動篩正常運行帶來影響。為此，需要對彈簧強度、剛度以及磨損等參數(shù)進行測定，并定期進行保養(yǎng)、維護，使得各個支撐彈簧受力均在合理范圍內(nèi)。具體是采用壓力傳感器對支撐彈簧運動頻率、彈性振幅等參數(shù)進行監(jiān)測，由此對不同位置彈簧一致性及同步性進行判定，從而對彈簧是否出現(xiàn)故障進行判定。具體監(jiān)測系統(tǒng)結(jié)見圖4 所示。

圖4 振動篩彈簧監(jiān)測系統(tǒng)結(jié)構(gòu)示意圖

2.2 故障診斷系統(tǒng)硬件結(jié)構(gòu)

硬件結(jié)構(gòu)是振動篩故障智能監(jiān)測系統(tǒng)核心，監(jiān)測系統(tǒng)主要通過布置的各類傳感器監(jiān)測振動篩各部件運行狀態(tài)，從而判定振動篩出現(xiàn)是否出現(xiàn)故障。具體涉及到的硬件結(jié)構(gòu)包括有傳感器（溫度、加速度、壓力傳感器等）、CPU 控制中心、CAN 通信模塊、數(shù)據(jù)存儲模塊以及人機交互界面等。

監(jiān)控系統(tǒng)CPU 控制中心采用STM32 微處理器，該處理器具有結(jié)構(gòu)穩(wěn)定、功能完備、響應(yīng)速度快等優(yōu)點；數(shù)據(jù)采集采用IN 公司設(shè)計、生產(chǎn)的高速采集卡，并有多個數(shù)據(jù)采集接口；在振動篩于支撐彈簧接觸位置布置一個加速傳感器，用以對振動篩異常振動情況進行判定；在彈簧與底座接觸位置安裝壓力傳感器，對彈簧組件運行一致性進行判定；在振蕩器軸承上布置溫度以及位移傳感器對振蕩器軸承運行是否出現(xiàn)異常進行判定。同時監(jiān)控系統(tǒng)還配備有電能傳感器，用以對驅(qū)動電機工作電流、電壓進行實時監(jiān)測。

2.3 故障診斷軟件系統(tǒng)結(jié)構(gòu)

設(shè)計的軟件系統(tǒng)工作采用多線程方式，具體包括的功能模塊有故障診斷、數(shù)據(jù)管理、數(shù)據(jù)采集、自學習、離線分析以及信號特征提取，具體軟件系統(tǒng)結(jié)構(gòu)框圖見圖5。

在軟件系統(tǒng)中通過預(yù)先設(shè)定報警閾值，實時處理分析監(jiān)測獲取到的振動、溫度、電量等信息，從而完成對振動篩運行時故障判定。當預(yù)測有故障時，自動激活軟件系統(tǒng)內(nèi)嵌的控制單元，及時提醒相關(guān)人員對異常問題進行處理，確保振動篩可平穩(wěn)運行。

圖5 軟件系統(tǒng)結(jié)構(gòu)框圖

3 結(jié)語

將振動篩故障智能監(jiān)測系統(tǒng)進行現(xiàn)場應(yīng)用，不僅可實現(xiàn)故障的及時診斷、預(yù)警等功能，而且可提升振動篩運行可靠性及安全性。