礦用振動(dòng)篩異常振動(dòng)的故障診斷系統(tǒng)研究

尹計(jì)修

摘 要：隨著國家對(duì)煤礦資源的大量開采，越來越多的煤礦設(shè)備被應(yīng)用到煤礦的開采中。在煤礦開采后，由于原煤中夾雜著較多的煤矸石及其他雜質(zhì)，需要通過專門的設(shè)備對(duì)其進(jìn)行洗選分離。振動(dòng)篩是實(shí)現(xiàn)煤礦洗選分離工藝的關(guān)鍵設(shè)備，主要負(fù)責(zé)原煤分級(jí)、洗滌后脫水脫介等作用。但在實(shí)際運(yùn)行過程中，振動(dòng)篩經(jīng)常出現(xiàn)彈簧偏載、軸承溫度過高、側(cè)板及橫梁開裂等問題。

關(guān)鍵詞：煤礦;振動(dòng)篩;故障診斷系統(tǒng);設(shè)計(jì)

引言

振動(dòng)篩是洗煤廠的核心設(shè)備，在煤炭分層洗滌過程中，振動(dòng)篩由于長(zhǎng)時(shí)間運(yùn)轉(zhuǎn)，經(jīng)常出現(xiàn)彈簧偏載、軸承溫度過高、側(cè)板及橫梁開裂等問題，其結(jié)構(gòu)發(fā)生故障，嚴(yán)重影響振動(dòng)篩的正常運(yùn)行，極易發(fā)生井下安全事故。因此，對(duì)礦用振動(dòng)篩進(jìn)行故障診斷尤為重要。

1振動(dòng)篩結(jié)構(gòu)及工作原理

礦用振動(dòng)篩作為煤礦中的重要設(shè)備，其結(jié)構(gòu)主要由驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)中的驅(qū)動(dòng)電機(jī)和激振器，激振系統(tǒng)中的軸承、偏心塊、齒輪等，隔振系統(tǒng)中的彈簧，以及振動(dòng)篩的篩箱等部分組成。工作原理為：驅(qū)動(dòng)電機(jī)轉(zhuǎn)動(dòng)，將驅(qū)動(dòng)力輸出至偏心塊上，偏心塊帶動(dòng)激振器的另一端軸進(jìn)行旋轉(zhuǎn)，由此，將動(dòng)力傳輸至另外一端的偏心塊上，形成一定大小的追隨力矩，當(dāng)追隨力矩達(dá)到一定大小時(shí)，將會(huì)使偏心塊產(chǎn)生慣性離心力，并沿不同方向進(jìn)行作用力的相互抵消和疊加，最終形成同一方向的激振力;當(dāng)此力作用于篩箱上時(shí)，可驅(qū)動(dòng)篩箱做直線型的往復(fù)振動(dòng)運(yùn)動(dòng)，所運(yùn)輸?shù)拿禾窟M(jìn)入振動(dòng)篩中，即可將煤炭進(jìn)行振動(dòng)篩選分類，實(shí)現(xiàn)煤炭的篩選作業(yè)。

2礦用振動(dòng)篩異常振動(dòng)的故障診斷系統(tǒng)研究

2.1軟件系統(tǒng)

振動(dòng)篩故障診斷系統(tǒng)的軟件系統(tǒng)主要由信號(hào)獲取、數(shù)據(jù)采集、數(shù)據(jù)分析、故障診斷及數(shù)據(jù)管理等模塊組成，具有如下功能：1）通過安裝的傳感器設(shè)備，可實(shí)現(xiàn)對(duì)驅(qū)動(dòng)電機(jī)與篩箱振動(dòng)、激振器軸承溫度及其他數(shù)據(jù)的監(jiān)測(cè)和獲取，并定時(shí)保存于數(shù)據(jù)中。2）通過設(shè)計(jì)的自身學(xué)習(xí)功能，可完成對(duì)篩箱及電機(jī)振動(dòng)、軸承溫度過高等故障的報(bào)警提示并發(fā)出相應(yīng)保護(hù)措施。3）可將監(jiān)測(cè)信號(hào)進(jìn)行實(shí)時(shí)圖形顯示，完成對(duì)彈簧一致性、異常振動(dòng)現(xiàn)象及軸承運(yùn)行狀態(tài)的實(shí)現(xiàn)監(jiān)控。4）針對(duì)所建立的故障庫，可根據(jù)故障出現(xiàn)的次數(shù)、頻率及嚴(yán)重程度進(jìn)行故障診斷和維護(hù)，并針對(duì)故障進(jìn)行及時(shí)修改或增加措施功能。

2.2遠(yuǎn)程檢測(cè)設(shè)計(jì)

當(dāng)前，有效將計(jì)算機(jī)技術(shù)、網(wǎng)絡(luò)技術(shù)、傳感器檢測(cè)技術(shù)等進(jìn)行結(jié)合，是實(shí)現(xiàn)設(shè)備遠(yuǎn)程監(jiān)測(cè)控制的發(fā)展方向。為此，在此故障診斷系統(tǒng)中，采用了Lab-VIEW軟件進(jìn)行發(fā)布在診斷系統(tǒng)的網(wǎng)絡(luò)中，利用B/S網(wǎng)絡(luò)模式，進(jìn)行系統(tǒng)的遠(yuǎn)程監(jiān)控設(shè)計(jì)。通訊協(xié)議則采用了TCP/IP協(xié)議通訊，遠(yuǎn)程監(jiān)控系統(tǒng)的數(shù)據(jù)則利用Web進(jìn)行發(fā)布，用戶端上通過安裝的瀏覽器，輸入相應(yīng)的IP地址，即可實(shí)現(xiàn)對(duì)服務(wù)器的地址訪問。為有效避免與其他控制系統(tǒng)的HTTP端口相互干涉，在程序中設(shè)計(jì)了一個(gè)1024端口號(hào)來解決此問題。

2.3異常振動(dòng)現(xiàn)象監(jiān)測(cè)

振動(dòng)篩在加工生產(chǎn)過程中，由于其自身結(jié)構(gòu)件的加工誤差、零件裝配誤差、自身結(jié)構(gòu)的振動(dòng)作用、振動(dòng)力矩的不平衡等原因，極易使振動(dòng)篩在工作過程中發(fā)生異常的振動(dòng)現(xiàn)象，甚至引起整套系統(tǒng)產(chǎn)生較大的共振作用，其異常振動(dòng)現(xiàn)象主要表現(xiàn)為煤礦顆粒的跑偏、振動(dòng)方向的偏差和運(yùn)動(dòng)節(jié)奏的紊亂，嚴(yán)重影響著振動(dòng)篩的使用壽命和運(yùn)行安全。因此，需對(duì)其使用過程中的異常振動(dòng)現(xiàn)象進(jìn)行監(jiān)測(cè)。

2.4診斷系統(tǒng)的功能設(shè)計(jì)

針對(duì)振動(dòng)篩的常見故障類型，所建立的故障診斷系統(tǒng)需具備如下功能：1）由于振動(dòng)篩運(yùn)行過程中的故障檢測(cè)點(diǎn)相對(duì)較多，因此，該診斷系統(tǒng)需對(duì)振動(dòng)篩上的振動(dòng)情況、工作溫度、工作壓力、軸承磨損情況等各類數(shù)據(jù)進(jìn)行實(shí)時(shí)采集，并通過數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換、干擾信號(hào)過濾隔離、信號(hào)放大等操作，對(duì)數(shù)據(jù)信號(hào)進(jìn)行分析處理，及時(shí)向相關(guān)執(zhí)行機(jī)構(gòu)發(fā)出控制或減小故障發(fā)生率的控制措施，并對(duì)運(yùn)行數(shù)據(jù)進(jìn)行實(shí)時(shí)保存。2）為更加直觀方便地對(duì)振動(dòng)篩運(yùn)行情況進(jìn)行分析處理，需設(shè)計(jì)人機(jī)顯示界面，將振動(dòng)篩的運(yùn)行數(shù)據(jù)在顯示界面上進(jìn)行實(shí)時(shí)顯示，并繪制成動(dòng)態(tài)變化曲線，根據(jù)振動(dòng)篩的故障程度大小，發(fā)出不同等級(jí)的聲光報(bào)警提示，直觀顯示故障類型及發(fā)生位置，以方便操作人員準(zhǔn)確把控振動(dòng)篩的運(yùn)行情況。3）需設(shè)計(jì)專門的數(shù)據(jù)管理層和維護(hù)層，高效、準(zhǔn)確地對(duì)系統(tǒng)中的運(yùn)行數(shù)據(jù)、故障數(shù)據(jù)等進(jìn)行統(tǒng)一匯總管理，當(dāng)需要對(duì)系統(tǒng)中的程序進(jìn)行更改或更新時(shí)，可通過便捷接口，快速對(duì)程序進(jìn)行修改，同時(shí)，方便后期對(duì)振動(dòng)篩運(yùn)行情況的故障分析和處理，以進(jìn)一步對(duì)振動(dòng)篩故障診斷系統(tǒng)進(jìn)行升級(jí)完善。

2.5系統(tǒng)硬件設(shè)計(jì)

結(jié)合振動(dòng)篩的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)及振動(dòng)情況，開展了該設(shè)備故障診斷系統(tǒng)的設(shè)計(jì)研究。所設(shè)計(jì)的診斷系統(tǒng)包括了數(shù)據(jù)采集模塊、數(shù)據(jù)處理模塊、遠(yuǎn)程控制中心、數(shù)據(jù)分析模塊、工控機(jī)、顯示屏等組成，主要負(fù)責(zé)對(duì)振動(dòng)篩作業(yè)過程出現(xiàn)的異常故障情況進(jìn)行實(shí)時(shí)診斷;其中，診斷系統(tǒng)的硬件部分?jǐn)?shù)據(jù)采集卡選用了NI公司的高速采集卡及MOXA的多串口智能電量采集卡，主要負(fù)責(zé)對(duì)數(shù)據(jù)的實(shí)時(shí)采集。傳感器則選用了4個(gè)振動(dòng)加速度傳感器、2個(gè)溫度傳感器及1個(gè)電量傳感器等，振動(dòng)傳感器可實(shí)現(xiàn)對(duì)設(shè)備X、Y、Z軸方向的振動(dòng)信號(hào)進(jìn)行檢測(cè);溫度傳感器則固定在激振器上的溫度進(jìn)行檢測(cè);電量傳感器則主要對(duì)驅(qū)動(dòng)電機(jī)的電壓及電流參數(shù)進(jìn)行檢測(cè)。整套系統(tǒng)包括了數(shù)據(jù)采集、故障診斷、診斷報(bào)警及數(shù)據(jù)管理存儲(chǔ)等功能，所有采集數(shù)據(jù)能定時(shí)及時(shí)保存在數(shù)據(jù)庫中;當(dāng)檢測(cè)到相關(guān)參數(shù)出現(xiàn)超限情況時(shí)，該系統(tǒng)能及時(shí)發(fā)出報(bào)警提示，并通過顯示屏進(jìn)行故障的實(shí)時(shí)顯示，人員可根據(jù)故障情況快速進(jìn)行故障排除維修。另外，選用了金屬磁記憶檢測(cè)設(shè)備對(duì)振動(dòng)篩箱的裂紋進(jìn)行探傷檢測(cè)，測(cè)量范圍為±2000A/m。最大測(cè)量步長(zhǎng)為128mm。也實(shí)現(xiàn)了對(duì)振動(dòng)篩的遠(yuǎn)程監(jiān)控訪問，方便了后期對(duì)系統(tǒng)的集中管理及數(shù)據(jù)收集。

3診斷系統(tǒng)現(xiàn)場(chǎng)測(cè)試研究

針對(duì)建立的振動(dòng)篩故障診斷系統(tǒng)，為進(jìn)一步驗(yàn)證該系統(tǒng)的可靠性，將其在煤礦進(jìn)行了為期半年的測(cè)試研究。在整個(gè)測(cè)試過程中，振動(dòng)篩運(yùn)行正常，設(shè)備中各部件均未出現(xiàn)故障問題，而故障診斷系統(tǒng)所檢測(cè)到的信息也與振動(dòng)篩的實(shí)際運(yùn)行情況一致。在該測(cè)試過程中，診斷系統(tǒng)能將振動(dòng)篩中的各部位工作溫度及室內(nèi)溫度進(jìn)行實(shí)時(shí)顯示，并將檢測(cè)到的振動(dòng)篩振動(dòng)情況、彈簧一致性運(yùn)動(dòng)情況、驅(qū)動(dòng)電機(jī)的工作電壓和電流等數(shù)據(jù)信息實(shí)時(shí)地顯示在界面中，且整個(gè)過程具有較快的信號(hào)響應(yīng)速度，診斷檢測(cè)功能也更加齊全。由此，驗(yàn)證了該故障診斷系統(tǒng)具有較高的運(yùn)行穩(wěn)定性和可行性，能更好地滿足振動(dòng)篩復(fù)雜工作環(huán)境的使用需求，可在其它煤礦中進(jìn)行推廣應(yīng)用。

結(jié)語

隨著控制技術(shù)的不斷發(fā)展，不斷對(duì)振動(dòng)篩的故障情況進(jìn)行實(shí)時(shí)、高效診斷，降低設(shè)備的故障發(fā)生率，是當(dāng)前控制系統(tǒng)不斷升級(jí)改進(jìn)的重要任務(wù)。為此，結(jié)合振動(dòng)篩結(jié)構(gòu)特點(diǎn)及異常振動(dòng)情況，開展了振動(dòng)篩故障診斷系統(tǒng)的總體設(shè)計(jì)及關(guān)鍵分系統(tǒng)研究，并對(duì)該系統(tǒng)進(jìn)行了為期 6 個(gè)月的應(yīng)用測(cè)試，測(cè)試結(jié)果表明：該故障診斷系統(tǒng)運(yùn)行更加穩(wěn)定，故障診斷功能更全面，能精準(zhǔn)地將所采集的振動(dòng)篩相關(guān)信號(hào)進(jìn)行實(shí)時(shí)顯示，并對(duì)異常情況進(jìn)行報(bào)警，大大降低了設(shè)備的故障發(fā)生率和故障檢修時(shí)間，人員勞動(dòng)強(qiáng)度也明顯降低。

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