寧 珩
(山西離柳焦煤集團有限公司,山西 孝義 032300)
帶式輸送機是一種大型機械運輸設備,是煤礦使用最普遍的運輸設備之一,具有運輸效率高、輸送能力大、耗電量小以及運輸距離遠等優(yōu)點,可適應井下惡劣的工作環(huán)境[1-2]。帶式輸送機在工作過程中,載荷分布不均,受力復雜,一旦發(fā)生故障可能引起重大安全事故。因此,及時診斷發(fā)現(xiàn)帶式輸送機的故障,準確定位并處理,對實際生產(chǎn)過程的安全性十分重要[3-4]。本文將針對帶式輸送機的常見故障進行分析,研究故障診斷技術,建立故障監(jiān)控系統(tǒng)與數(shù)據(jù)庫評估模型。
帶式輸送機按照位置與功能可分為機頭部、機身部、機尾部、輸送機帶與其他附屬裝置等機構組成,具體結構如圖1所示[5-6]。輸送帶連接成無級環(huán)形帶,利用螺旋張緊裝置將皮帶安裝在兩側帶輪上,通過電機驅(qū)動滾筒,帶與帶輪之間產(chǎn)生摩擦力,帶動皮帶與從動輪轉(zhuǎn)動,從而達到貨物運載的目的。本文將以帶式輸送機為研究對象,分析各組成部件的故障類型,建立帶式輸送機故障模型,方便系統(tǒng)根據(jù)不同失效形式與工況參數(shù),對不同部件的故障進行分析,并及時給出解決維護措施。
圖1 帶式輸送機結構圖Fig.1 Structureof belt conveyor
帶式輸送機為勻速運輸裝置,電機通常選用三相異步電動機。當電機發(fā)生故障時,主要失效形式為:電機無法啟動或啟動異常、電機溫度過高。
電機無法啟動或啟動異常的故障原因及解決措施:
1) 輸電線路故障。電機無法供電,應當檢查電機供電線路。
2) 電機斷電自鎖。應當檢查各保護系統(tǒng)是否運行,運行結束斷電復位。
3) 電壓過低。應當檢查供電電壓是否正常。
電機溫度過高的故障原因及解決措施:
1) 帶式輸送機超負荷運行。應當利用鉗形電流表測量負載狀態(tài)下電機的工作電流,若超過銘牌的額定電流,則電機過載。檢查電機軸承狀態(tài),是否出現(xiàn)卡死,計算電機負載,應當盡量減輕負荷。
2) 潤滑不良。應當及時補充各傳動部件的潤滑油。
3) 電機風扇落灰。應當定時清理電機通風口與風扇。
減速器失效形式主要為漏油和過熱,其中減速器漏油的故障原因及解決措施如下[7-8]:
1) 外殼破裂。應當修補外殼,在軸承端部加擋油盤。
2) 密封裝置破損或老化。應當定期更換密封圈,擰緊緊固螺栓。
減速器內(nèi)潤滑油溫度超過40℃,認為減速器過熱,主要原因及解決措施如下:
1) 油量過少或使用時間過長。應當按照標準注油,并及時更換。
2) 工況惡劣,軸承損壞。應當處理減速器內(nèi)部,更換損壞部件。
托輥主要由外殼、軸承、軸與密封件等組成,常見的故障形式包括:外殼磨損、軸承損壞以及主軸彎曲變形等。
托輥表面與軸承之間產(chǎn)生摩擦力,當托輥的旋轉(zhuǎn)切線方向與皮帶運行方向之間存在夾角,會導致托輥外殼與軸承之間的磨損加劇,隨著設備運行,還會造成托輥軸斷裂等現(xiàn)象。輸送過程中,將煤料、油污等雜質(zhì)帶入軸承中,污染潤滑油,造成軸承劇烈磨損。當輸送帶上物料重力分配不均時,在長期惡劣工作環(huán)境下,會造成托輥一端的載荷較大,使得托輥主軸彎曲變形。
托輥為帶式輸送機的重要組成部分,損壞后會造成皮帶打滑、皮帶撕裂及異常損耗等情況,應當定期對托輥的軸承、主軸進行檢測,及時更換潤滑脂和清理雜物,在運輸過程中,避免物料載荷不均的情況。
滾筒的主要故障形式包括:包膠損壞、筒體壓裂、軸損壞與軸承座損壞。在帶式輸送機運行時,當滾筒與皮帶的運行摩擦力大于材料允許范圍時,兩者之間會形成微小位移,造成包膠的磨損。當帶式輸送機長時間高負荷運轉(zhuǎn)時,滾筒載荷較大,在焊接質(zhì)量較差的情況下,滾筒會出現(xiàn)壓裂開焊。應當提高焊接工藝,焊縫質(zhì)量達到JB1152—81Ⅱ級標準,焊接時首先采用混合氣體打底焊,然后采用埋弧自動焊接,保證焊縫根部熔透但不焊穿。
由于滾筒加工時存在誤差或表面污穢,造成表面直徑大小不一。如圖2所示,輸送帶與滾筒之間的牽引分力與皮帶運行方向產(chǎn)生傾角,造成皮帶的跑偏,如果長期工作,會造成滾筒軸的損壞或斷裂。當帶式輸送機運輸坡度較大,滾筒軸承在長期高負荷運轉(zhuǎn)下,軸承座較易損壞。
圖2 滾筒直徑不一受力示意圖Fig.2 Forces on the roller at different diameters
滾筒安裝位置誤差或直徑不一致造成的皮帶跑偏,應當盡快檢修或更換,短期內(nèi)可通過調(diào)節(jié)帶式輸送機頭部與尾部的滾筒方向,保持輸送帶張緊力,實現(xiàn)皮帶的調(diào)整,具體調(diào)整方法如圖3所示。在潮濕工作環(huán)境下,可在滾筒表面加松香防止打滑,定期更換軸承內(nèi)的潤滑油。
圖3 滾筒調(diào)整方法Fig.3 Roller adjustment method
通過上文對帶式輸送機各部件故障類型的分析,找出了造成故障的主要原因與解決維護措施,為了能夠監(jiān)測帶式輸送機的運行狀態(tài),及時發(fā)現(xiàn)并處理故障,還需建立在線監(jiān)控系統(tǒng)。監(jiān)控系統(tǒng)由監(jiān)控分站與各類傳感器組成,具體結構及位置分布如圖4所示。監(jiān)控分站包括處理器模塊與液晶顯示模塊等外部設備接口。處理器模塊負責采集信息的處理與分析,將各部件運行數(shù)據(jù)與數(shù)據(jù)庫進行信息對比,診斷故障狀態(tài)。液晶顯示模塊負責數(shù)據(jù)的直觀顯示,方便工作人員及時了解帶式輸送機的故障狀態(tài)。傳感器模塊包括溫度傳感器、煙霧傳感器、堆煤傳感器、速度傳感器、撕裂傳感器、振動傳感器與跑偏開關等。跑偏開關安裝于機頭部、機尾部與中間位置。當輸送帶觸碰到開關時,托輥發(fā)生偏轉(zhuǎn),發(fā)出跑偏故障信號。
圖4 監(jiān)控系統(tǒng)方案設計Fig.4 Monitoring system design
監(jiān)控分站以嵌入式處理器為核心,綜合考慮系統(tǒng)功能與實際應用情況,選用ARM系列S3C2440AL芯片。系統(tǒng)采用GWD100礦用溫度傳感器采集帶式輸送機運行環(huán)境的溫度信號,此傳感器可抵抗煤塵等因素的干擾,具有較高的可靠性。采用PT100型熱敏電阻溫度傳感器測量電機、減速器等設備的溫度信號,可測溫范圍為-200~800 ℃,精確度達±0.03 ℃。采用GQL氣敏式煙霧傳感器,探測火災引起的煙霧,用于火災報警功能。采用GMP-D轉(zhuǎn)速傳感器測量電機輸出軸的轉(zhuǎn)速,判斷電機是否無法正常啟動,轉(zhuǎn)速傳感器的測量范圍為0~2 000 r/min。GUJ30堆煤傳感器與分站處理器導通,當傳感器輸出高電壓時,實現(xiàn)堆煤保護功能。采用GBC80礦用振動傳感器,用于滾筒、減速器、電機等設備軸承的振動信號檢測,判斷是否存在異常抖動。撕裂傳感器GVD1200安裝于上下輸送帶之間,當輸送帶撕裂與傳感器觸碰,發(fā)出高電壓故障信號[9-10]。
除此之外還應當建立皮帶機工況參數(shù)與故障之間的對應關系,建立全面的故障數(shù)據(jù)庫。在分析過程中將各部件故障看作單獨事件,將各故障原因與解決措施作為該事件的子集,每一個子集反應一種故障狀態(tài),任意子集都會導致該故障事件的發(fā)生。
數(shù)據(jù)庫采用框架表示法對故障信息及維護措施進行描述,故障類型編碼為:“G”+故障事件兩位編碼+子事件兩位編碼+故障原因兩位編碼,如由輸送電路故障引起的電機無法供電編碼為:
G01(電機故障)+01(電機無法供電)+01(輸送電線路故障)=G010101.
故障診斷系統(tǒng)根據(jù)輸入的帶式輸送機工況參數(shù)和故障閾值信息,選擇合適的故障數(shù)據(jù)庫進行推理,尋找相應的故障事件與子集,其推理流程如圖5所示。系統(tǒng)根據(jù)框架表示規(guī)則與事件編碼進行查找。若信息與故障數(shù)據(jù)庫規(guī)則不匹配,反饋給用戶,對故障數(shù)據(jù)庫規(guī)則修改完善;若匹配則判斷各參數(shù)是否超過閾值,未超過則輸送機正常。在判斷過程中不斷添加相關案例,提高系統(tǒng)的診斷精度。
圖5 故障數(shù)據(jù)庫推理流程Fig.5 Fault database reasoning process
監(jiān)控系統(tǒng)利用推理機制,在實際應用中不斷完善數(shù)據(jù)庫規(guī)則,逐漸提高監(jiān)控系統(tǒng)的診斷精確度與速度,保證工作人員及時有效地做出維護措施。系統(tǒng)應用6月后,故障診斷準確度如表1所示。
表1 系統(tǒng)應用完善效果Table 1 Optimization effects of system application
本文提出了一種帶式輸送機故障診斷及監(jiān)控系統(tǒng),建立相應的硬件系統(tǒng)與故障數(shù)據(jù)庫,針對不同故障類型與故障原因,設定相應維護措施。利用傳感器信息采集與信息處理技術,實現(xiàn)帶式輸送機工況參數(shù)的分析,準確分析故障原因。