煤礦提升機運行監(jiān)測及故障診斷方法的研究

王鵬凱

（潞安集團漳村煤礦，山西長治 046000）

0 引言

煤礦業(yè)的產(chǎn)能與現(xiàn)代化、機械化的煤礦提升機緊密相連，這讓煤礦提升機成為煤礦生產(chǎn)中不可或缺的設(shè)備之一，煤礦的經(jīng)濟效益與其平穩(wěn)高效率的工作緊密相連。現(xiàn)代礦井機械化的程度日漸提高，煤礦提升機的機械構(gòu)造愈來愈精密，單個零件一旦出現(xiàn)錯誤，則有可能導致提升機不能正常工作。因此，該項研究對提高煤礦經(jīng)濟效益有著非同尋常的意義。

此項研究的眾多研究者已經(jīng)獲得了多項重要結(jié)論，研究者采用特殊的模糊神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)，從樣本中剔除冗余和不可能的故障數(shù)據(jù)，在剩余的數(shù)據(jù)中對異樣數(shù)據(jù)進行處理。研究人員利用MATLAB軟件對礦井提升機進行了分析，對其中的液壓制動系統(tǒng)的具體故障進行了剖析，研究了礦井提升機制動系統(tǒng)故障診斷的發(fā)展歷史。此項研究為礦井提升機的網(wǎng)絡(luò)層面和現(xiàn)實操控方面提供了技術(shù)支持，同時指出了此系統(tǒng)之前存在的不足之處，目前正在積極維護與更新中。

1 礦井提升機常見故障形式及事故類型

1.1 礦井提升機一般故障

（1）主軸裝置常見故障。輥皮裂開無法工作、卷筒產(chǎn)生噪聲、卷筒偏擺不正常過大、軸瓦溫度過高導致被燒損、主軸無法承受工作動力斷裂、軸承溫度過高無法正常工作。

（2）齒輪常見故障。齒輪之間不平衡導致齒輪產(chǎn)生誤差影響系統(tǒng)工作，局部齒輪異常包括齒輪不同軸、齒輪偏心和有均勻磨損齒輪不可正常工作。

（3）減速器常見故障。驅(qū)動軸發(fā)生斷裂或彎曲、齒輪產(chǎn)生輕微振動或發(fā)出的噪聲過大、軸承非正常工作下過熱、滑動軸承無法承受力道導致斷裂、齒輪非正常工作下發(fā)生打磨。

（4）常見電機故障。電機超速導致電機軸承過熱，軸承產(chǎn)生不正常聲音，其他情況如溫度過高、不契合和滾動過快或過慢、電機過流和電機失速。

（5）液壓制動系統(tǒng)常見故障。液壓系統(tǒng)壓力不穩(wěn)定、液壓系統(tǒng)突然失壓、殘余壓力過大、制動油產(chǎn)生的壓力達不到要求值、制動器空轉(zhuǎn)時間過長、剎車時剎車油沒有產(chǎn)生合適的壓力、剎車扭矩不足、制動時間不在正常值內(nèi)。

1.2 提升機常見故障代碼制表

設(shè)計了提升機常見故障代碼制表，并建立數(shù)據(jù)庫。本文建立了故障代碼準備表，查表均為故障地址及類型的首字母（大寫）。

2 礦井提升機監(jiān)測參數(shù)確定

本文主要對主軸裝置、減速器、電機和制動系統(tǒng)進行了監(jiān)控。根據(jù)《煤礦安全規(guī)程》及啟閉機常見機械故障模式的有關(guān)規(guī)定，監(jiān)測的主要參數(shù)和相關(guān)判斷異常依據(jù)如表1所示。

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由于啟閉機在工作中有級別區(qū)分，需要充分考慮實際參數(shù)，再固定好制動油的壓力值。

3 提升機故障診斷方法

根據(jù)樣本的特點，研究出了采用串并聯(lián)混合方式設(shè)計的提升機綜合神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)。這是一種基于集成神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的故障診斷方法，設(shè)計構(gòu)造如圖1所示。

圖1 提升機集成神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的結(jié)構(gòu)

由圖1可知，礦用提升機由3級網(wǎng)絡(luò)集成神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)組成，其中子網(wǎng)絡(luò)的并聯(lián)組成了Ⅱ級網(wǎng)絡(luò)。Ⅲ級網(wǎng)絡(luò)輸入網(wǎng)絡(luò)，根據(jù)Ⅱ級網(wǎng)絡(luò)提供診斷結(jié)果，確定置信度，從而得出較大的置信度。確定故障類型，最終得出結(jié)論。

3.1 礦用提升機子網(wǎng)絡(luò)的組建原則

礦井提升機的綜合神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)由眾多子網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)構(gòu)成。輸出/輸入數(shù)據(jù)和子網(wǎng)絡(luò)結(jié)果是很重要的數(shù)據(jù)，這些數(shù)據(jù)關(guān)系著礦井提升機綜合神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)診斷效果的精確率。

圖2所示為集成神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)融合，Y為礦用提升機整個網(wǎng)絡(luò)的輸出。

圖2 礦井提升機集成神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)融合結(jié)構(gòu)

為提高系統(tǒng)的精度，子網(wǎng)結(jié)構(gòu)的原理是：NNi樣本數(shù)據(jù)輸出特征向量的線性相關(guān)需要盡可能小；NNii數(shù)據(jù)樣本采集的訓練系統(tǒng)模型與NNi的數(shù)據(jù)神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)模型應該有不同點。

3.2 礦井提升機子網(wǎng)絡(luò)建立

選擇網(wǎng)絡(luò)的初始值、隱層、輸出層和輸入層的神經(jīng)元數(shù)目，利用BP神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)并構(gòu)建礦井提升機綜合神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的子神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)是設(shè)計的主要工作。BP網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)如圖3所示。

圖3 BP網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)

本文以提升機硬件監(jiān)控系統(tǒng)為基礎(chǔ)，通過對制動系統(tǒng)故障的研究，對BP子網(wǎng)進行診斷。提取了10個制動系統(tǒng)性能數(shù)據(jù)，主要用于制動橫擺量、制動正壓、液壓站油溫、空轉(zhuǎn)時間、彈簧力、閘瓦溫度、液壓站油壓、閘瓦裝配開關(guān)、閘瓦間隙、系統(tǒng)余壓。

子網(wǎng)2輸入層：閘瓦溫度、閘瓦安裝開關(guān)、彈簧力、液壓站油壓、閘瓦間隙。輸出節(jié)點：閘瓦溫度不正常、制動力矩不正常、制動力矩不正常、閘瓦間隙不正常、閘瓦磨損不正常、制動缸不正常、彈簧疲勞不正常、制動不正常、油壓不正常、油壓不正常、且有油時壓力不正常。

制動系統(tǒng)BP子網(wǎng)絡(luò)2輸出層和輸出模式如表2所示。從表2可知，安全系數(shù)明顯提高，且制動力矩也在正常范圍內(nèi)，制動力矩不正常，制動力矩不正常，制動缸卡死，制動不正常，油壓不正常，油壓不正常；無油壓力被確定為一種常見的診斷狀態(tài)。

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制動系統(tǒng)融合決策網(wǎng)絡(luò)的輸出基于：制動啟動慢，動態(tài)扭矩順序不正常，油壓不正常，閘瓦溫度在正常范圍內(nèi)，閘瓦不在正常值內(nèi)表現(xiàn)為溫度高，閘瓦由于非正常工作導致磨損嚴重，制動力矩不正常，制動缸卡滯，油壓不正常，閘瓦間隙過大導致彈簧產(chǎn)生疲勞失效制動盤偏差過大，油壓不正常。

4 結(jié)束語

本文闡述了機械故障形式，并對礦井提升機常見事故進行了分類，制定了相應的程序，設(shè)計了礦井提升機故障診斷子網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)，可更好地保障提升機的安全穩(wěn)定運行。