煤礦井下架空乘人裝置運行狀態(tài)故障診斷研究

趙 亮

（山西晉城煤業(yè)集團趙莊煤業(yè)有限責任公司， 山西 長子 046000）

引言

由于架空乘人裝置是煤礦開采過程中轉(zhuǎn)移人員的重要運輸設備，對架空乘人裝置的整個結(jié)構安全有更高的要求，要求架空乘人裝置具有安全可靠的設計，同時也要對其在工作過程中的故障進行檢測，并通過定期的維護保養(yǎng)才能使得架空乘人裝置始終處于一個較好的工作狀態(tài)。面對目前機械設備自動化和智能化程度的不斷提高，應選擇行之有效的故障診斷技術。

1 架空乘人裝置工作原理分析

為了更好地對架空乘人裝置各種零部件進行故障診斷，應了解其工作原理。架空乘人裝置作為煤礦開采工程中的人員轉(zhuǎn)移裝備，主要采用的是電動機驅(qū)動型式，并通過減速機減速，通過減速機內(nèi)的減速齒輪對電動機的傳輸速度進行放緩，最終能夠安全運送作業(yè)人員。減速機在工作過程中帶動旋轉(zhuǎn)摩擦輪進行轉(zhuǎn)動，從而帶動整個驅(qū)動裝置[1]。

摩擦輪與液壓工作原理的自動閘相結(jié)合，帶動一根架空的傳動鋼絲繩，采用無極變速的模式實現(xiàn)各級速度的調(diào)節(jié)，根據(jù)工作面內(nèi)不同坡度的大小對轉(zhuǎn)動速度的角速度進行調(diào)整。各個作業(yè)人員乘坐在吊椅上從機頭端運動到機尾端，從而完成對每個需要下井工人的轉(zhuǎn)送任務。

同時架空乘人裝置還具有尾輪及張緊裝置，在鋼絲繩受到長期作用力后其長度會發(fā)生變化，需要及時對鋼絲繩進行張緊，保證鋼絲繩的每處受力均勻，并且在牽引作業(yè)人員時能夠保障高度的穩(wěn)定，不會出現(xiàn)較大的波動。

2 故障診斷系統(tǒng)整體結(jié)構的設計

由于煤礦生產(chǎn)環(huán)境的特殊性，對于選擇的壓電式傳感器應采用防爆型設備，采用FZB 防爆型壓電式傳感器設備，采集在轉(zhuǎn)送人員的過程中的模擬信號并轉(zhuǎn)化為數(shù)字信號。通過計算機分析決策處理圖形，可用于礦井技術人員能夠讀懂的關鍵信息。故障診斷系統(tǒng)整體結(jié)構示意圖如圖1 所示。

圖1 架空乘人裝置故障診斷系統(tǒng)整體結(jié)構示意圖

由圖1 可知，F(xiàn)ZB 防爆型壓電式傳感器設備的電源為恒流電源，轉(zhuǎn)換裝置可以將現(xiàn)場的電流信號轉(zhuǎn)化為電壓信號，信號接收裝置對于輸入的信號進行分類，確保信號輸入不會出現(xiàn)相互干擾的情況。

3 故障診斷系統(tǒng)傳感器選型

在架空乘人裝置各個位置布置適應的傳感器用于測試加速度以及振動頻率。通過調(diào)閱資料分析可知，用于測試加速度和振動的傳感器主要可分為壓電式、壓軸式以及電容式三種類型。通過對三種類型的技術參數(shù)以及傳感特點進行分析，選用適用于架空乘人裝置測試的傳感器。其中壓電式傳感器具有不能測試零頻率信號的缺陷。此外，阻式傳感器受溫度敏感性較強并且成本很高，電容式傳感器的輸入輸出信號不受線性關系，并且受制于電纜的傳輸信號影響，輸送量程受到限制，制作成本較高[3]。

通過對上述三種傳感器類型的對比，選用壓電式傳感器用于測試加速度以及整形具有可行性，并能提高對架空乘人裝置測試的精確性。

4 故障診斷系統(tǒng)測試點的布置

針對架空乘人裝置故障診斷的檢測，應該合理布置測試點，才能保證測試結(jié)果的準確性。架空乘人裝置不同部位所收集到的振動信號波形所表達的故障信息含義均不同。通過調(diào)研分析可知，對于架空乘人裝置測試點位置方向的選擇一般根據(jù)以下原則[2]。

1）選擇距離架空乘人裝置核心振動部件距離較近的測試點，并保證測試方向與振動方向一致；

2）確保選擇的測試點能夠?qū)υ摬糠炙尸F(xiàn)出來的波形具有較全面的表述性；

3）分析架空乘人裝置容易出現(xiàn)磨損的部位，在該部位四周布置測試點；

4）選擇振動的部位均要保證在三個方位都要布置測試點；

5）測試點要遠離容易產(chǎn)生腐蝕、高溫等對測試傳感器造成損壞的部位。

根據(jù)上述分析設置10 個測試點，分別布置位置如圖2 所示，主要布置于電動機、減速機以及摩擦輪的位置。

5 故障檢測系統(tǒng)測試結(jié)果分析

5.1 齒面均勻磨損故障檢測

為了能夠明確其頻率組成，對子帶做包絡解調(diào)分析，圖3 為子帶的包絡譜圖，從圖中可以清楚地看出齒輪的嚙合頻率與其高次諧波，根據(jù)齒面磨損的故障特征就可以較容易分析出故障原因。

5.2 轉(zhuǎn)子不對中故障檢測

圖2 礦井架空乘人裝置測試點布置示意圖

圖3 齒輪磨損頻譜圖

轉(zhuǎn)子不對中時的典型特征為倍轉(zhuǎn)頻較大。本節(jié)以采集到的減速器輸入軸垂直方向振動信號為研究對象進行故障檢測，為了能夠充分獲取信號中的故障信息，首先采用自適應冗余第二代小波包對信號進行層分解。圖4 中則明顯地出現(xiàn)了轉(zhuǎn)頻的高次諧頻，其中倍頻最為明顯，而轉(zhuǎn)子不對中的典型特征即為倍基頻大，由此可以成功檢測出故障類型及其原因。

圖4 轉(zhuǎn)子故障信號的高次諧頻示意圖