礦井提升機故障類型及診斷技術研究

高曉東

（大同煤礦集團宏大豁口煤業有限公司， 山西 臨汾 041000）

引言

礦井提升機擔負著井下設備人員、設備、材料等運輸任務，其能否安全運行直接關系到礦井生產安全[1-2]。隨著礦井機械化自動化程度的提升，礦井提升機結構更為復雜，若提升機中某些部件出現故障會導致整個礦井運輸系統出現停滯，因此，對礦井提升機故障研究顯得十分有意義。眾多的研究學者對礦井提升機故障診斷技術進行研究，其中王大虎等[3]采用模糊神經網絡多提升機使用過程中故障進行診斷，并通過Matlab 軟件對提升機液壓系統故障進行模擬分析；李娟娟等[4]對提升機故障診斷研究發展歷程進行歸納總結，指出各種故障診斷技術存在的不足及有關改進措施建議。文中在前人研究成果基礎上，對礦井提升機故障類型進行分析，并對提升機故障診斷方案進行設計，以便提升礦井提升機使用效率。

1 故障類型分析

1.1 齒輪箱故障

在提升機使用過程中齒輪箱故障是最常見故障類型，有以下幾種[5-6]：

1）齒輪箱油溫過高，該故障主要發生在潤滑點位置，故障原因主要是由于潤滑油供應不足造成。

2）滲漏油，該故障主要發生在箱體結合面或者內齒圈。

3）齒輪箱齒輪軸打斷或者打滑。

4）軸承故障，主要是軸承內溫度異常或者內部濾芯中含有雜質。

5）膠合，主要是由于齒輪接觸表面金屬出現熔焊，多發生在撕落齒表面金屬層。

6）齒輪折斷，表現為斷口或者斷齒，主要出現在高速運轉的小齒輪上。

7）齒輪箱發出異常噪音，具體異常產生原因見圖1。

圖1 齒輪箱異常噪音形成原因

1.2 電動機故障

1）定子使用過程中產生異常電磁振動，主要原因有：底座與電機外殼間的連接處出現松動，造成電機產生共振；鐵芯與定子線圈間出現松動；定子三相磁場發生相對轉移造成不對稱。

2）氣隙不均衡造成出現電磁振動，主要原因為動態、氣態氣隙不均衡。

3）電機轉子異常導致電磁振動。故障特點表現為：電磁振動頻次隨著電機負載增加呈增加趨勢；轉子異常會引起轉子動態偏心或者電磁振動顯現。

4）轉子運行不平衡導致出現機械振動，具體故障特征為：電機轉子徑向振幅顯著大于軸向振幅；轉子振動幅值隨著轉速增加顯著增大；頻率和轉速頻率相等。

1.3 滾筒故障

提升機滾筒結構包括有主軸、軸承以及卷筒等零部件、制動器、液壓站等設備，具體礦井常用的單筒纏繞式提升機結構見下頁圖2。

滾筒出現故障的類型主要為滾筒開裂或者開焊，具體原因主要由于滾筒外部殼體強度低。排查故障主要依靠現場作業人員人工觀察發現。

2 提升機故障診斷方案設計

圖2 單筒纏繞式提升機結構

礦井采用的提升機結構組成包括有電動機、天輪、減速器以及滾筒等，不同故障檢測部位需要采用不同類型傳感器進行監測[7]。對于滾筒、電動機或者天輪等產生的振動類機械故障，可以采用振動傳感器對故障進行監測及診斷；滾筒偏擺可以通過壓力傳感器以及位移傳感器監測。文中以山西某礦主井采用的JKMD-2.8x4（3）E 礦井提升機為研究對象，具體設備參數見表1。

表1 提升機設備參數

提升機故障診斷方案以傳感器監測結果為基于構建，結構包括有監控上位機、信號調理器、數據采集卡以及檢測傳感器等構成，具體實現的功能包括有基本運行參數顯示、同步數據采集及監測數據存儲等，具體構建的提升機故障診斷系統方案見圖3。

在提升機內布置的監測傳感器類型包括有溫度傳感器、線性傳感器（位移傳感器）、速度傳感器、振動傳感器、加速度傳感器、位移傳感器等類型。具體布置傳感器安裝位置要求為：將傳感器布置與遠離影響設備運行的環境中；盡可能要將傳感器布置在離軸承相對較近的位置；選擇布置在機器設備相對較為靈敏位置；布置在與故障點相近為主；布置傳感器位置處應有足夠剛度。

根據礦井使用提升機情況，在提升機上布置的傳感器位置見圖4 所示。

具體傳感器安裝位置以及數量、要求為：在提升機上布置位移、壓力、溫度以及振動傳感器數量分別為8 個、8 個、12 個以及12 個，其中1 號～9 號、14號、16 號、17 號、20 號位置處均安裝傳感器類型為振動、溫度傳感器；在10 號—13 號位置處安裝的傳感器類型為壓力以及溫度傳感器；在15 號、18 號、19 號位置處安裝的傳感器類型為位移以及壓力傳感器。

圖3 提升機故障診斷系統方案

圖4 提升機傳感器布置位置示意圖

3 結語

該診斷系統結構組成包括有監控中心上位機、信號調節器、傳感器以及數據采集卡等，具備數據采集、存儲以及顯示等功能，通過布置傳感器可以對提升機故障發生位置及運行狀態進行監控，及早發現故障并進行處理，確保提升機平穩運行。