淺談計算機軟件診斷提升機主軸體系故障

張 楠

（山西高河能源有限公司，山西 長治 047100）

0 引 言

礦用提升機是煤礦重要的提升運輸設備，在生產過程中提升機主軸承受了動載荷和靜載荷雙重作用，主軸體系成為了礦井提升機重要的結構件之一。近年來不少學者專家對礦井提升機主軸故障診斷進行了一系列研究，一些文獻提出了基于波動時域與頻域的主軸體系故障診斷方法[1]，有的文獻提出了基于網絡聚類的礦井提升機主軸體系診斷理論[2-3]，文獻提出了利用頻率多小波診斷礦井提升機主軸體系故障的方法[4]，還有的文獻提出采用人工神經網絡基本原理來診斷礦井提升機主軸體系故障的技術[5]。雖然上述文獻對礦井提升機主軸體系故障診斷具有一定的借鑒作用，但是還存在著診斷準確率低、自動化程度差、效率低等問題，為此，論文提出基于計算機軟件構件本體，建立主軸體系故障數據庫，與實際相結合，通過監測礦井提升機主軸數據來判定主軸體系故障，進而解決礦井提升機面臨的主軸體系故障診斷難題。

1 主軸體系常見故障

主軸體系作為礦井提升機傳動部結構件，其承擔著提升機工作過程的全部載荷，礦井提升機主軸系統局部實物詳見圖1所示。在提升運輸過程中，主軸體系是礦井提升機最為容易發生故障的器件，一旦提升機產生故障，必然影響礦井正常生產，為提升機主軸監測和故障維修提供技術支持，論文基于計算機軟件診斷提升機主軸體系故障，圖2為提升機主軸在軟件中的三維圖。根據煤礦統計，礦井提升機發生的故障，大多數均是來自提升機主軸體系的故障，而且故障類型眾多，在現實當中很難預料與措施應對。結合煤礦維修經驗和故障數據統計，系統總結了礦井提升機主軸體系常見故障。

圖1 提升機主軸體系局部

圖2 提升機主軸三維模擬圖

綜合分析主軸體系各個零部件發生過的故障，找出故障原因并分析其類型。在提升機安裝、調試階段，提升機主軸容易發生斷裂，原因主要是材料質量或者是熱處理加工工藝出現誤差引起；在提升機啟動階段或者是加速提升過程，由于提升貨物過重，主軸停止轉動；在提升機需要制動時，突然因為制動力矩過大或者材料質量造成主軸發生故障；提升機勻速提升或者減速下降時，會因主軸體系結構不合理造成應力集中或者超使用壽命運行。對此，對礦井提升機主軸體系故障類型以及發生原因進行了歸納總結，見表1。

表1 提升機主軸體系常見故障類型

2 軟件診斷故障原理

根據煤礦近些年的總結和統計采用SQL Server 2008建立礦井提升機主軸系統故障數據庫，并將主軸體系的故障現象、故障原因存儲在軟件中的本體庫中，將其生成owl文檔以便調閱和查詢，owl文檔優勢在于其運行是獨立于系統的平臺[6]，不會受其他干擾，導入軟件系統轉換格式也方便，這樣計算機軟件診斷提升機主軸體系故障有了評判的基礎數據。

利用程序語言編寫程序，計算機軟件自動歸納總結提升機主軸系統常見的故障現象，根據故障情況綜合分析發生原因以及主軸損壞程度等，再根據故障類型建立數據庫，根據映射關系與owl文檔調用的文本庫進行對比分析，這樣就實現了故障數據庫與本體庫的信息交流和互換，最后通過計算機軟件自動分析得出主軸故障類型、產生原因、所需維修數據。

開發的Protégé4.3軟件內置礦井提升機主軸體系故障本體庫和故障類型、產生原因數據庫，利用邏輯語判斷模型，將監測故障數據信息與owl文檔本體庫一一對比，通過邏輯分析判斷，確定出礦井提升機主軸體系故障，為礦井維修人員奠定技術支持。

3 應用研究

3.1 實例分析

煤礦使用的是JKMD3.25×4（I）A型多繩摩擦式提升機，該提升機主軸系統包括提升機轉動主軸、傳動部電機和減速器，其中采用YR1000-14/1450型電機，電機軸額定轉速n1為550r/min；主軸體系采用XP1120型減速器，其減速比i=12。

礦井提升機主軸體系中的減速器輸入軸的回轉頻率為：

礦井提升機主軸體系中的減速器輸出軸與滾筒軸的回轉頻率為：

礦井提升機主軸體系中的減速器輸出軸和滾筒軸的額定轉速為：

式中：fr1為減速器輸入軸回轉頻率，Hz；fr2為輸出軸與滾筒軸回轉頻率，Hz；n2為輸入軸與滾筒軸額定轉速，r/min。

基于計算機Protégé4.3軟件診斷礦井提升機主軸系統故障，主要在線監測主軸體系振動位移、提升機運行速度以及主軸加速度情況，頻率大小決定了主軸運行狀況：若振動頻率較小，低于10Hz以下，但是其振幅較大，根據位移監測數據量標可知，主軸體系故障是由位移造成；若振動頻率處于10～1000Hz之間，根據速度監測數據量標可知，主軸體系故障是由振動速度造成；若振動頻率高于1000Hz，根據加速度監測數據量標可知，主軸體系故障是由振動加速度造成。為了考慮主軸體系的綜合性，還要分析主軸體系減速器軸、滾筒軸回轉頻率、額定轉速、振動位移、振動速度均方根值等參數數據，在利用軟件數據中的數據進行綜合對比判定礦井提升機主軸體系故障。

3.2 判斷標準

提升機主軸體系振動位移、振動速度均方根值、振動加速度判斷標準[7]見表2。

表2 提升機主軸體系參數判斷標準

3.3 故障診斷結果

在計算機軟件中將礦井提升機主軸體系各個參數輸入，監測儀器實時監測主軸體系參數變化情況。為了簡單說明問題，論文以主軸體系的主軸右軸承和電機右軸承振動監測數據為例，根據檢測到的振動加速度和振動速度大小，從數據庫中調用owl文檔進行對比分析和邏輯判斷，從數據庫中調出振動速度均方根值均超過5.5min/s和振動速度超過0.4m/s2的數據樣本，在軟件系統自動生成下自動對比和邏輯分析，最后診斷的礦井提升機主軸體系故障結果如圖3所示。

圖3 提升機主軸體系故障診斷結果

主軸振動速度均方根值大于5.5min/s但小于12min/s，從主軸體系振動速度均方根值來看，這種情況是允許的，說明主軸體系運行正常。但是從振動加速度數值評判得知，其加速度值大于了0.4m/s2，說明主軸體系出現了問題。再結合振動位移等數據綜合分析，軟件顯示主軸和電機發生碰撞，且碰撞還較為嚴重。為驗證計算機Protégé4.3軟件診斷結果準確性，人工對礦井提升機主軸體系進行了檢查，經過現場核實，確實發現主軸與電機發生碰撞磨損，因而才有了參數超過限值。繼續利用計算機Protégé4.3軟件分析得出發生此種情況是主軸與電機軸裝配不良、公差設計不合理和工況發生變化造成的。通過此表明，基于計算機Protégé4.3軟件診斷提升機主軸體系故障，不僅效率高，而且判定準確，實現了自動化，為礦井提升機主軸體系故障維修提供了理論支撐。

4 結 論

1）根據煤礦生產實踐，總結了礦井提升機主軸體系常見故障，并分析了其故障發生原因。

2）簡單敘述了基于計算機Protégé4.3軟件分析、判定礦井提升機主軸體系故障的原理。

3）以礦井 JKMD3.25×4（I）A型多繩摩擦式提升機主軸體系為例，分析了主軸體系故障診斷參數和評判標準，最后通過試驗驗證得出基于計算機軟件診斷主軸體系故障精準、詳細、效率高，實現了自動化，為礦井提升機主軸體系故障維修奠定了理論基礎。