（山西省大同市同煤集團馬脊梁礦 山西 037000）

引言

礦井下設(shè)備人員的移動，設(shè)備及材料等的運輸大多都是通過礦井提升機來實現(xiàn)的，因此礦井提升機的安全運行至關(guān)重要，它在礦山的安全作業(yè)中起到了重要保障作用。社會的發(fā)展推動著各種大型設(shè)備自動化和機械化水平的提升，由此造成了礦井提升機的內(nèi)部構(gòu)成更加密集與繁瑣。如果稍微有所改變或者是內(nèi)部匹配失敗，很大程度上會造成整個礦山作業(yè)的延誤。因此，有必要針對礦井提升機的安全性能的提升進行研究，從而保障作業(yè)安全。許多學者和研究人員們通過對礦井提升機進行故障探索研究而提出新的改進思路。例如王大虎等人[1]依賴于模糊神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)方法來達到監(jiān)視和診斷使用中的多臺起重機的故障的目的，并與MATLAB軟件相結(jié)合來做系統(tǒng)仿真。李娟娟等[2]通過對礦井提升機研究的發(fā)展路徑和過去的故障進行統(tǒng)計與分析，比如故障類型和失效類型等，并在此基礎(chǔ)上提出了許多改進意見，想借此來促進提升機的工作效率的提升。

1.故障類型

(1)齒輪箱故障

齒輪箱故障是礦井起重機使用過程中最容易出現(xiàn)的故障。主要是有以下幾種類型：

①變速箱油的溫度高。由此帶來的故障就是潤滑油不能實現(xiàn)及時的供應(yīng)，然后引發(fā)了潤滑點故障；

②機身漏油現(xiàn)象，常見于箱體的接合的位置處或者內(nèi)齒輪的位置；

③齒輪箱的齒輪軸出現(xiàn)斷裂問題或摩擦力減小出現(xiàn)打滑；

④車體問題，最常見的就是軸承溫度的異常，不在正常范圍內(nèi)，還有一種可能性就是內(nèi)部過濾存在問題；

⑤粘合問題，具體指的是金屬在齒輪接觸面上的熔焊，通常是在齒面上的金屬層被撕下時發(fā)生的；

⑥齒輪損壞，主要是齒輪存在斷裂或斷齒的現(xiàn)像，一般常見于體積較小的齒輪，或者高速運轉(zhuǎn)狀態(tài)；

⑦變速箱體故障，下圖1列出了常見的幾種故障類型。

圖1 齒輪箱異常噪音行程原因

(2)電動機故障

①在使用定子時，就會感應(yīng)到非正常狀態(tài)下的電磁振動。之所以會產(chǎn)生這種故障的原因是：基座與電動機殼體之間是通過軸承進行連接的，軸承一旦松動，就會導(dǎo)致電動機產(chǎn)生相同頻率的振動。鐵芯和定子線圈也無法處于緊合的狀態(tài)。定子的三相磁場相對移動，導(dǎo)致出現(xiàn)非對稱的現(xiàn)象。

②電磁振動還有一個重要的原因就是氣體間的不平整狀態(tài)，即動態(tài)和氣態(tài)不平衡所致。

③電機的轉(zhuǎn)子出現(xiàn)故障，也會引起電磁振動。這個故障的特征如下：電磁振動的頻率是受電動機負載的影響的，具體的表現(xiàn)為同增；轉(zhuǎn)子一旦開始異常工作時，則會導(dǎo)致轉(zhuǎn)子的動態(tài)偏心或出現(xiàn)電磁振動。

④轉(zhuǎn)子在運轉(zhuǎn)過程中出現(xiàn)異常，重點表現(xiàn)為：電機轉(zhuǎn)子的徑向幅度明顯大于軸向幅度；轉(zhuǎn)子的振動幅度隨速度的增加而顯著增加：頻率和速度頻率相等。

(3)滾筒故障

礦井提升機內(nèi)部的滾筒的結(jié)構(gòu)主要時由主要軸承，次要軸承，鼓等零件，制動器，液壓站等部件組成。下面的圖2顯示了礦山中常用的特定的單筒式卷揚筒結(jié)構(gòu)。

圖2 單筒纏繞式提升機結(jié)構(gòu)

滾筒故障的類型重點體現(xiàn)在滾筒破裂或焊接開裂，歸根結(jié)底還是由于外殼強度太低，故障排除主要依靠現(xiàn)場操作人員的時刻監(jiān)測才能及時發(fā)現(xiàn)。

2.優(yōu)化方案設(shè)計

礦井提升機中使用的滾筒的結(jié)構(gòu)有電動機，冠輪，減速器和鼓筒等諸多部件。不同類型的傳感器需要監(jiān)視和檢測不同位置的故障現(xiàn)象。對于由滾子，電動機或飛輪引起的振動型機械故障，常見的解決辦法是使用振動傳感器來發(fā)現(xiàn)故障并分析其原因。輥的撓度可以使用壓力傳感器和位移傳感器來進行監(jiān)控。本次研究的主要研究對象是：同煤集團某煤礦主軸上使用的JKMD-2.8x4（3）E型礦井提升機的工作狀態(tài)。這個機器的具體參數(shù)見下表1。

表1 提升機主要參數(shù)情況表

根據(jù)傳感器監(jiān)控到的結(jié)果來做好起重故障診斷計劃。該結(jié)構(gòu)包括監(jiān)視主機，信號調(diào)節(jié)器，數(shù)據(jù)采集卡和檢測傳感器等諸多部件。所實現(xiàn)的特定功能包括基本操作參數(shù)顯示，運行過程中的數(shù)據(jù)提取和監(jiān)視數(shù)據(jù)來進行存儲記憶等。

礦井提升機中所包含的傳感器類型很多，溫度，位移，速度，振動，加速度傳感器等。這些傳感器的安裝位置和條件要求也較為嚴謹：首先是要遠離影響設(shè)備運行的環(huán)境的位置，另外還要距離軸承，并且機械設(shè)備相對敏感的位置，另外還要考慮到與故障點的距離，并且承載能力良好。

圖3 提升機各種傳感器實際布設(shè)位置圖

礦井提升機傳感器的具體安裝要求如下：八個位移傳感器，八個壓力傳感器，十二個溫度傳感器和十二個振動傳感器，安裝在位置十七和二十處的傳感器類型為振動和溫度傳感器。安裝在位置十至十三的傳感器類型為壓力和溫度傳感器；安裝在位置十八、十九號的傳感器的類型主要是位移傳感器和壓力傳感器。

診斷系統(tǒng)常見的內(nèi)部構(gòu)件有：監(jiān)視中心主機，信號接收器，各種傳感器等，所包含的功能有：收集數(shù)據(jù)并進行存檔記憶。布置傳感器的性能在于，可以監(jiān)視電梯故障的位置和運行狀態(tài)，找出故障并加以解決，來實現(xiàn)提升機的系統(tǒng)的穩(wěn)定。

3.結(jié)語

本研究通過以礦井提升機IKMD-2.8x4（3）E為例，來具體分析礦井提升機齒輪箱，電機和輥軸的故障類型，以及該故障常見的一些特點和出現(xiàn)的原因，優(yōu)化設(shè)計了故障診斷系統(tǒng)來對礦井提升機性能進行改進。同時也對這個機械故障診斷系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)，組成，具體工作原理及應(yīng)用進行詳細說明，經(jīng)試驗發(fā)現(xiàn)具有明顯參考價值，值得推廣借鑒。