孟瑞峰

（內(nèi)蒙古神東天隆集團(tuán)股份有限公司武家塔露天煤礦，內(nèi)蒙古 鄂爾多斯 017209）

我國(guó)科技發(fā)展速度持續(xù)加快，煤礦開(kāi)采使用的機(jī)械設(shè)備類(lèi)型也隨之增加。從旋轉(zhuǎn)機(jī)械來(lái)看，其自動(dòng)化程度提高了很多，然而，因?yàn)樗幁h(huán)境相對(duì)惡劣，運(yùn)行一段時(shí)間后會(huì)出現(xiàn)故障，這對(duì)煤礦企業(yè)生產(chǎn)造成非常大的影響，若想解決這個(gè)問(wèn)題，必須將在線故障診斷予以有效落實(shí)，并保證預(yù)警系統(tǒng)能夠發(fā)揮出作用，這樣才能使得旋轉(zhuǎn)機(jī)械保持良好的運(yùn)轉(zhuǎn)狀態(tài)。

1 煤礦旋轉(zhuǎn)機(jī)械在線故障診斷系統(tǒng)總體設(shè)計(jì)

1.1 功能設(shè)計(jì)

在進(jìn)行設(shè)計(jì)工作時(shí)，功能設(shè)計(jì)是不可忽視的，要保證以下功能得以實(shí)現(xiàn)：信號(hào)處理、預(yù)警及診斷提示、數(shù)據(jù)管理及輔助功能，具體細(xì)分為時(shí)域分析模塊、頻域分析模塊、特征頻率計(jì)算模塊、在線預(yù)警模塊、在線診斷模塊、診斷報(bào)告打印模塊、用戶(hù)監(jiān)測(cè)模塊、歷史數(shù)據(jù)存儲(chǔ)與查詢(xún)模塊、月度報(bào)表打印模塊、登錄模塊、系統(tǒng)配置模塊等。

1.2 設(shè)計(jì)思路

首先，通過(guò)傳感器對(duì)振動(dòng)數(shù)據(jù)進(jìn)行收集，進(jìn)而針對(duì)時(shí)域、頻域相關(guān)數(shù)據(jù)展開(kāi)全面分析，了解旋轉(zhuǎn)機(jī)械運(yùn)行的實(shí)際狀態(tài)，按照監(jiān)測(cè)時(shí)間對(duì)全部的運(yùn)行參數(shù)予以分類(lèi)保存。其次，完成數(shù)據(jù)采集后，要及時(shí)展開(kāi)故障分析，將出現(xiàn)的具體故障予以明確。

對(duì)在線故障診斷系統(tǒng)予以應(yīng)用時(shí)，全部的原始數(shù)據(jù)信號(hào)均要作為基本數(shù)據(jù)源使用，若想使得診斷所得結(jié)果更加的準(zhǔn)確，應(yīng)該保證數(shù)據(jù)信號(hào)的質(zhì)量能夠大幅提高。對(duì)原始信號(hào)進(jìn)行采集的過(guò)程中，傳感裝置要保證精度達(dá)到要求，這是保證信號(hào)質(zhì)量的關(guān)鍵所在，除此以外，還要對(duì)測(cè)點(diǎn)位置、采樣頻率予以關(guān)注，按照旋轉(zhuǎn)機(jī)械的實(shí)際情況完成測(cè)點(diǎn)的選擇，如此可以使得信號(hào)處理更為簡(jiǎn)單，而且可以使得提取工作能夠順利完成，這樣就可保證故障診斷更加準(zhǔn)確。對(duì)電子振動(dòng)進(jìn)行測(cè)定時(shí)，要選擇振動(dòng)感應(yīng)、信號(hào)采集等裝置，如此能夠保證信號(hào)傳輸目標(biāo)順利達(dá)成，之后通過(guò)A/D 轉(zhuǎn)化器就能夠?qū)r(shí)域信號(hào)傳輸至服務(wù)器。

展開(kāi)煤礦旋轉(zhuǎn)機(jī)械在線故障檢測(cè)時(shí)，為了使得故障診斷能夠真正落實(shí)到位，要構(gòu)建完善的數(shù)據(jù)庫(kù)，在此基礎(chǔ)上將設(shè)計(jì)思路予以確定。煤礦旋轉(zhuǎn)機(jī)械的各類(lèi)故障信息要納入數(shù)據(jù)庫(kù)中，通風(fēng)機(jī)、壓風(fēng)機(jī)、抽水泵等均不可缺失，如此可以有效完成故障分析工作，進(jìn)而尋找到切實(shí)可行的解決之策。在線診斷工作結(jié)束后，能夠自動(dòng)獲取診斷結(jié)果，如此就可將故障類(lèi)型予以確定，并提出可行的解決措施。監(jiān)測(cè)界面能夠?qū)⒕唧w的故障區(qū)域呈現(xiàn)出來(lái)，故障提示燈能夠直接發(fā)出警報(bào)，這樣一來(lái)，用戶(hù)就會(huì)對(duì)故障設(shè)備有切實(shí)的了解。

1.3 設(shè)計(jì)信號(hào)分析方法

煤礦旋轉(zhuǎn)機(jī)械的類(lèi)型是不同的，在對(duì)信號(hào)分析方法進(jìn)行選擇時(shí)，要對(duì)特征信號(hào)予以關(guān)注，確保采用的方法是最合適的?，F(xiàn)階段，頻譜分析、功率譜分析、網(wǎng)絡(luò)譜分析的應(yīng)用是常見(jiàn)的。通過(guò)頻譜分析能夠?qū)π盘?hào)頻域呈現(xiàn)出的特征有切實(shí)的了解，通過(guò)功率譜分析則能夠?qū)㈩l域中存在的噪聲信號(hào)順利提取出來(lái)。選擇包絡(luò)譜分析方法能夠獲得沖擊信號(hào)，進(jìn)而彎沉齒輪故障的診斷工作。

從三相電機(jī)的應(yīng)用來(lái)看，對(duì)軸承進(jìn)行連接時(shí)采用的是耦合裝置，并要將其和減速裝置予以互聯(lián)，如此可以保證負(fù)載滿(mǎn)足實(shí)際需要。旋轉(zhuǎn)機(jī)械處于運(yùn)行狀態(tài)時(shí)要切實(shí)完成故障診斷，相關(guān)人員要對(duì)電機(jī)的振動(dòng)、溫度予以測(cè)定，同時(shí)要將噪聲干擾予以消除，這樣可以使得信號(hào)處理更為簡(jiǎn)便。將測(cè)點(diǎn)位置予以確定時(shí)應(yīng)該要關(guān)注安裝特性，保證機(jī)械運(yùn)行不會(huì)受到任何影響。當(dāng)煤礦旋轉(zhuǎn)機(jī)開(kāi)始運(yùn)行后，軸承部件的振動(dòng)包括徑向振動(dòng)、軸向振動(dòng)，前一種相對(duì)明顯。

對(duì)機(jī)械進(jìn)行安裝的過(guò)程中，徑向安裝是常用的方式，通過(guò)振動(dòng)感應(yīng)將具體的位置予以明確，保證振動(dòng)頻率分析做到位，如此就可對(duì)故障類(lèi)型進(jìn)行準(zhǔn)確判斷。將溫度感應(yīng)裝置安裝在電機(jī)外殼上，這樣就能夠?qū)ν鈿囟扔星袑?shí)的了解，進(jìn)行在線故障診斷的過(guò)程中就能夠獲得所需的參考數(shù)據(jù)。

2 煤礦旋轉(zhuǎn)機(jī)械預(yù)警診斷

2.1 方法

設(shè)備參數(shù)的保存是不可忽視的，因而要依據(jù)實(shí)際需要完成故障診斷模式的設(shè)計(jì)，并確保其呈現(xiàn)出針對(duì)性，一般來(lái)說(shuō)，粗略診斷、精細(xì)診斷要切實(shí)做到位。將旋轉(zhuǎn)機(jī)械的部件參數(shù)予以確定后，相關(guān)人員可選擇精細(xì)診斷模式，未能獲取參數(shù)，則選擇粗略診斷模式。從精細(xì)診斷來(lái)看，包括絕對(duì)診斷、相對(duì)診斷這兩種方式，獲取的結(jié)構(gòu)參數(shù)輸入系統(tǒng)就能對(duì)特征頻率進(jìn)行計(jì)算，繼而展開(kāi)絕對(duì)診斷就能夠?qū)⒐收蠣顟B(tài)予以確定。相對(duì)診斷是對(duì)信號(hào)特征頻率幅值予以比較，這樣也可對(duì)設(shè)備故障進(jìn)行判斷。采用粗略診斷模式，主要就是進(jìn)行時(shí)域分析、頻域分析，在此基礎(chǔ)上將峰值、有效值、均方值予以明確，這樣也能夠完成故障診斷。粗略診斷的方式同樣為絕對(duì)診斷、相對(duì)診斷，前者需要將特征參數(shù)范圍予以明確，在基礎(chǔ)上將具體的故障尋找出來(lái)，后者則要對(duì)實(shí)時(shí)信號(hào)展開(kāi)比較、分析，這樣也能夠?qū)收蠣顟B(tài)有一定的了解。從工作人員的角度來(lái)說(shuō)，要對(duì)互鎖方式予以充分利用，精細(xì)診斷、粗略診斷要靈活運(yùn)用，采用精細(xì)診斷模式，那么粗略診斷則不需要運(yùn)行，反之亦然。

2.2 系統(tǒng)設(shè)計(jì)

2.2.1 軟件設(shè)計(jì)

系統(tǒng)配置模塊要滿(mǎn)足需要，監(jiān)測(cè)對(duì)象、監(jiān)測(cè)通道、預(yù)警診斷等均要納入其中，傳感器通道也要配置到位，在此基礎(chǔ)上將診斷方案、預(yù)警方案予以確定，確保部件的理論特征頻率計(jì)算能夠順利完成。用戶(hù)監(jiān)測(cè)模塊除了要能夠?qū)︻A(yù)警、診斷清晰顯示，同時(shí)應(yīng)具有報(bào)表生成功能。

用戶(hù)監(jiān)測(cè)界面的組成為頻域圖、時(shí)域圖、故障提示等，從時(shí)域圖來(lái)看，相關(guān)人員只要點(diǎn)擊“原始波形”就能夠見(jiàn)到波形圖，再次點(diǎn)擊后，LED 就會(huì)變得較暗，波形圖就能夠呈現(xiàn)。點(diǎn)擊“診斷報(bào)告”就可獲得診斷結(jié)果，并可對(duì)其進(jìn)行打印、存檔。當(dāng)監(jiān)測(cè)設(shè)備發(fā)生改變時(shí)，點(diǎn)擊“返回”就可重新回到選擇界面。對(duì)頻域圖予以應(yīng)用能夠?qū)⒂行е?、均方值、波性因素之?lèi)的參數(shù)清晰呈現(xiàn)出來(lái)。通過(guò)狀態(tài)燈則能夠?qū)收戏植加枰蕴崾?，了解旋轉(zhuǎn)機(jī)械的實(shí)際運(yùn)行情況，綠燈表示設(shè)置處于正常狀態(tài)，黃燈則是發(fā)出警告，而紅燈代表已經(jīng)發(fā)生了故障。將故障的類(lèi)型、狀態(tài)清晰呈現(xiàn)出來(lái)后，相關(guān)人員就可尋找到導(dǎo)致故障出現(xiàn)的具體原因，進(jìn)而提出切實(shí)可行的處置措施。

2.2.2 硬件設(shè)計(jì)

數(shù)據(jù)采集模塊就是通過(guò)采集儀來(lái)完成采樣工作，繼而利用通道來(lái)實(shí)現(xiàn)轉(zhuǎn)換，獲得24 位模數(shù)，對(duì)加速度常年期進(jìn)行利用能夠?qū)?dòng)態(tài)參數(shù)、采樣頻率之類(lèi)的參數(shù)予以確定。為了使得旋轉(zhuǎn)機(jī)械設(shè)備的監(jiān)測(cè)賦予實(shí)效，要將加速度傳感器安裝于傳動(dòng)設(shè)備上，連接方式可以選擇磁座連接、螺紋連接，這樣需要提醒的是，對(duì)模態(tài)分析結(jié)構(gòu)要予以關(guān)注，確保傳感器能夠安裝于最合適的部位。測(cè)點(diǎn)的設(shè)置也是不可忽視的，確保振動(dòng)信號(hào)傳輸能夠切實(shí)縮短，將傳感器安裝于傳動(dòng)系統(tǒng)軸承處，如此能夠?qū)D(zhuǎn)軸、軸承的相關(guān)信息切實(shí)收集起來(lái)。對(duì)傳感器通道的實(shí)際數(shù)量予以確定時(shí)，需要關(guān)注的是監(jiān)測(cè)設(shè)備、測(cè)點(diǎn)的具體數(shù)量，確保能夠同時(shí)對(duì)多個(gè)設(shè)備展開(kāi)監(jiān)測(cè)。

3 系統(tǒng)測(cè)試

對(duì)在線診斷及預(yù)警系統(tǒng)具有的實(shí)際功能進(jìn)行驗(yàn)證時(shí)，要完成轉(zhuǎn)子—軸承系統(tǒng)設(shè)計(jì)，通過(guò)其對(duì)轉(zhuǎn)子不平衡進(jìn)行模擬。預(yù)設(shè)的轉(zhuǎn)速是1800r/min，設(shè)備產(chǎn)生的振動(dòng)信號(hào)通過(guò)加速度傳感器來(lái)進(jìn)行采集，重點(diǎn)是對(duì)系統(tǒng)運(yùn)行的實(shí)際狀態(tài)進(jìn)行監(jiān)測(cè)。當(dāng)轉(zhuǎn)子處于正常狀態(tài)時(shí)對(duì)軟件系統(tǒng)進(jìn)行測(cè)試，故障提示燈為綠色，設(shè)備沒(méi)有任何問(wèn)題，此時(shí)要將原始數(shù)據(jù)提取出來(lái)，并完成好頻譜分析。

在轉(zhuǎn)子圓盤(pán)上增加螺釘，對(duì)不均衡故障機(jī)械能模擬，在轉(zhuǎn)速達(dá)到1800r/min 時(shí)，有故障信息提示，故障燈為紅色，此時(shí)對(duì)初始數(shù)據(jù)進(jìn)行提取，展開(kāi)頻譜分析。在轉(zhuǎn)子達(dá)到1 倍頻后，其對(duì)應(yīng)幅值時(shí)0.0015g，相較于常態(tài)是明顯較高的，而達(dá)到4 倍頻、5 倍頻時(shí)，諧波產(chǎn)生，這和轉(zhuǎn)子不均衡故障的基本特征是相符的。對(duì)頻譜分析、故障診斷系統(tǒng)所得的結(jié)果進(jìn)行比較可知，兩者是完全相同的，這就表示系統(tǒng)具有良好的實(shí)用價(jià)值。

4 結(jié)語(yǔ)

綜上所述，本文主要論述了煤礦旋轉(zhuǎn)機(jī)械在線故障診斷和預(yù)警系統(tǒng)設(shè)計(jì)，準(zhǔn)確識(shí)別煤礦旋轉(zhuǎn)機(jī)械的故障，并且及時(shí)發(fā)出提示，保障在線故障診斷效果，整體操作比較簡(jiǎn)單，同時(shí)具有較高的可靠性，保障煤礦旋轉(zhuǎn)機(jī)械運(yùn)行的正常性，提升煤礦企業(yè)的經(jīng)濟(jì)效益。