礦用振動篩故障診斷系統(tǒng)的設(shè)計應(yīng)用

許志鵬

（陽煤集團二礦選煤廠， 山西 陽泉 045000）

引言

振動篩是洗煤廠的核心設(shè)備，在煤炭分層洗滌過程中，振動篩由于長時間運轉(zhuǎn)，經(jīng)常出現(xiàn)彈簧故障、側(cè)板故障、橫梁故障、軸承故障、主軸故障等故障問題，其結(jié)構(gòu)發(fā)生故障，嚴重影響振動篩的正常運行，極易發(fā)生井下安全事故[1]。因此，對礦用振動篩進行故障診斷尤為重要。

1 振動篩結(jié)構(gòu)組成

礦用振動篩主要是由激勵振動系統(tǒng)、電機驅(qū)動系統(tǒng)、隔振系統(tǒng)等系統(tǒng)組成，主要用于煤礦領(lǐng)域中對大、中、小等不同粒徑顆粒的振動篩選，實現(xiàn)不同顆粒的分層分流。

1.1 激勵振動系統(tǒng)

激勵振動系統(tǒng)主要由激勵器、主軸、主偏心輪、副偏心輪、軸承等部件組成，主、副偏心輪在旋轉(zhuǎn)過程中通過其結(jié)構(gòu)的偏心塊作用，產(chǎn)生周期性變化的激振力，進而使篩機產(chǎn)生持續(xù)振動，實現(xiàn)對不同粒徑顆粒的分層分離。其激振力的大小主要通過兩偏心輪夾角的變化來改變回轉(zhuǎn)半徑，實現(xiàn)激振力大小的改變[2]。

1.2 電機驅(qū)動系統(tǒng)

電機驅(qū)動系統(tǒng)中的驅(qū)動電機一端連接萬向聯(lián)軸器，另一端連接激振器，通過外接交流電源，驅(qū)動振動篩的電機作用，實現(xiàn)振動篩整套系統(tǒng)的正常運轉(zhuǎn)。目前應(yīng)用較為普遍的驅(qū)動電機安裝方式主要包括垂直安裝和水平安裝兩種方式[3]。

1.3 隔振系統(tǒng)

隔振系統(tǒng)中最為關(guān)鍵是隔振彈簧。在振動篩啟動和停止運行過程中，通過隔振彈簧的減振作用，可實現(xiàn)對振動篩整套系統(tǒng)共振的有效減弱和抑制，降低振動篩的共振振幅；同時，利用隔振彈簧結(jié)構(gòu)，可支撐振動篩上的振動體結(jié)構(gòu)，并通過自身彈簧作用減小振動體傳遞給振動基礎(chǔ)的動載荷作用，實現(xiàn)振動篩高效運行。由于隔振彈簧的阻尼對振動篩的振動效果具有較大影響，因此，應(yīng)合理選擇隔振彈簧。

2 振動篩工作原理分析

結(jié)合文獻調(diào)研，振動篩中使用較多是慣性振動篩結(jié)構(gòu)。因此，本文以直線振動篩為研究對象，對其工作原理進行分析。通過振動篩的驅(qū)動電機和激振器兩個結(jié)構(gòu)，可分別驅(qū)動主軸上的主、副偏心塊，實現(xiàn)兩偏心塊的自動追隨同步；在同步過程中，追逐力分別與回轉(zhuǎn)半徑、篩子重心距離等參數(shù)成正比，與設(shè)備的轉(zhuǎn)動慣量成反比，當(dāng)兩個偏心塊的追逐力大小達到一定值后，其主軸上產(chǎn)生的離心力在同一方向形成了簡諧力，通過該簡諧力作用，可驅(qū)動篩箱做直線式的往返振動，實現(xiàn)了對煤礦顆粒的振動篩選作用[4]。直線振動篩工作原理如圖1所示。

圖1 振動篩工作原理圖

3 振動篩故障診斷系統(tǒng)設(shè)計

結(jié)合前文對振動篩主要故障類型、結(jié)構(gòu)組成及工作原理進行分析，保證了振動篩工作過程中的運行安全，對振動篩故障診斷系統(tǒng)進行了方案設(shè)計。

3.1 故障診斷系統(tǒng)設(shè)計要求

3.1.1 異常振動現(xiàn)象監(jiān)測

振動篩在加工生產(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)的振動作用、振動力矩的不平衡等原因，極易使振動篩在工作過程中發(fā)生異常的振動現(xiàn)象，甚至引起整套系統(tǒng)產(chǎn)生較大的共振作用，其異常振動現(xiàn)象主要表現(xiàn)為煤礦顆粒的跑偏、振動方向的偏差和運動節(jié)奏的紊亂，嚴重影響著振動篩的使用壽命和運行安全。因此，需對其使用過程中的異常振動現(xiàn)象進行監(jiān)測，如圖2所示。

圖2 振動篩異常振動現(xiàn)象監(jiān)測示意圖

3.1.2 激振器軸承運行狀態(tài)監(jiān)測

激振器的軸承在運行過程中，會受到來自篩箱的反作用力，從而增加軸承的載荷力，使軸承的振動頻率變高且發(fā)生周期性變化。若軸承出現(xiàn)軸承油污染、缺油、軸承磨損等質(zhì)量問題，會使軸承出現(xiàn)溫度升高、結(jié)構(gòu)膨脹，甚至出現(xiàn)軸承抱死現(xiàn)象，嚴重影響著振動篩的運行安全[5]。因此，需對激振器軸承的振動、相關(guān)質(zhì)量問題等狀態(tài)進行監(jiān)測，如圖3所示。

圖3 激振器軸承運行狀態(tài)監(jiān)測

3.2 故障診斷系統(tǒng)系統(tǒng)組成

3.2.1 硬件系統(tǒng)

振動篩故障診斷系統(tǒng)的硬件系統(tǒng)主要是實現(xiàn)對數(shù)據(jù)的采集，因此，選用了高運行速度的采集卡，智能采集電量，并選用了具有防爆功能的溫度傳感器和放水功能的三向加速傳感器，以實現(xiàn)對電流、電壓、溫度等參數(shù)的數(shù)據(jù)采集。其中，將一個加速傳感器安裝在篩箱和激振大梁連接處，實現(xiàn)對不同方向加速度信號的采集；利用兩個溫度傳感器，實現(xiàn)對激振器油缸、室內(nèi)溫度的采集。同時，在500 m外的集控室安裝用戶使用端設(shè)備，利用光纜將使用設(shè)備與安裝在檢修房內(nèi)的工控機進行連接，實現(xiàn)故障檢測系統(tǒng)的遠程監(jiān)控和信息訪問。

3.2.2 軟件系統(tǒng)

振動篩故障診斷系統(tǒng)的軟件系統(tǒng)主要由信號獲取、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（如圖4所示），具有如下功能：

1）通過安裝的傳感器設(shè)備，可實現(xiàn)對驅(qū)動電機與篩箱振動、激振器軸承溫度及其他數(shù)據(jù)的監(jiān)測和獲取，并定時保存于數(shù)據(jù)中。

2）通過設(shè)計的自身學(xué)習(xí)功能，可完成對篩箱及電機振動、軸承溫度過高等故障的報警提示并發(fā)出相應(yīng)保護措施。

3）可將監(jiān)測信號進行實時圖形顯示，完成對彈簧一致性、異常振動現(xiàn)象及軸承運行狀態(tài)的實現(xiàn)監(jiān)控。

4）針對所建立的故障庫，可根據(jù)故障出現(xiàn)的次數(shù)、頻率及嚴重程度進行故障診斷和維護，并針對故障進行及時修改或增加措施功能。

圖4 故障診斷系統(tǒng)軟件系統(tǒng)

4 結(jié)語

針對礦用振動篩在使用過程中出現(xiàn)彈簧故障、軸承故障、主軸故障等故障問題，通過振動篩故障診斷系統(tǒng)在振動篩上的應(yīng)用研究，實現(xiàn)了對振動篩故障的診斷。將該診斷系統(tǒng)應(yīng)用到實際工程中，不僅能解決振動篩運行過程中出現(xiàn)的各類故障問題，同時還可提高振動篩的使用壽命，保障振動篩的可靠性和使用安全，對工程實際具有重要的指導(dǎo)作用。