振動篩故障智能診斷系統(tǒng)研究

白 健

（汾西礦業(yè)礦山設(shè)備管理中心， 山西 介休 032300）

引言

選煤廠原煤處理前需要進(jìn)行脫泥、分級等工作，振動篩是脫泥、分選過程中需要使用的設(shè)備，因此，振動篩能否高效、平穩(wěn)運(yùn)行會直接影響選煤廠生產(chǎn)效率[1-2]。受到工作環(huán)境惡劣以及長時間運(yùn)行影響，振動篩在使用過程中容易出現(xiàn)軸承裂紋、異常振動等故障，輕則造成發(fā)出異聲，重則造成煤炭洗選故障中斷[3-5]。故障類型如表1 所示，目前，一種故障智能診斷系統(tǒng)應(yīng)用比較廣泛，可對監(jiān)測到的故障發(fā)出預(yù)警信息，從而避免故障擴(kuò)大，為振動篩高效運(yùn)行提供可靠保障。

1 振動篩結(jié)構(gòu)及運(yùn)行原理

振動篩是選煤廠重要設(shè)備之一，具體結(jié)構(gòu)包括激振器、電動機(jī)等。激振結(jié)構(gòu)主要有齒輪、偏心塊、彈簧以及振動篩體等構(gòu)成。具體振動篩工作原理為：電動機(jī)、激振器分別驅(qū)動主軸上的主偏心塊、副偏心塊，從而實(shí)現(xiàn)兩個偏心塊間追隨同步運(yùn)動；在同步運(yùn)行過程中產(chǎn)生的追逐力與篩子重心距離、回轉(zhuǎn)半徑等參數(shù)呈正相關(guān)，與轉(zhuǎn)動慣量呈負(fù)相關(guān)；當(dāng)兩個偏心塊間的追逐力達(dá)超過一定值后，在主軸上一定的簡諧力，在簡諧力作用下振動篩篩體會出現(xiàn)往返振動，從而實(shí)現(xiàn)對篩體上顆粒物的篩分[6]。具體振動篩運(yùn)行原理見圖1 所示。

2 振動篩智能診斷系統(tǒng)設(shè)計(jì)

2.1 故障診斷系統(tǒng)構(gòu)成

2.1.1 異常振動監(jiān)測系統(tǒng)

振動篩在自身機(jī)構(gòu)尺寸在加工過程中若存在偏差，極其容易造成設(shè)備在使用過程中出現(xiàn)異常振動問題，嚴(yán)重時甚至?xí)c其他設(shè)備一起出現(xiàn)共振。振動篩異常振動最為顯著的表現(xiàn)為篩選的顆粒物跑偏、運(yùn)動節(jié)奏混亂以及振動方向出現(xiàn)較大偏差，從而會給影響振動篩正常使用。因此，需要對振動篩運(yùn)行過程中可能存在的異常振動情況進(jìn)行監(jiān)測。具體設(shè)計(jì)的監(jiān)測系統(tǒng)結(jié)構(gòu)見圖2 所示。

表1 故障類型

圖1 振動篩運(yùn)行原理

在振動篩支撐點(diǎn)位置各布置一個加速傳感器，對加速度值進(jìn)行測定，通過信息融合技術(shù)對各支撐點(diǎn)位置獲取到的加速度值進(jìn)行融合分析?？刂浦行囊罁?jù)振動篩不同位置的振動情況，對是否出現(xiàn)異常振動進(jìn)行判定，若出現(xiàn)時則發(fā)出報(bào)警信息并提示相關(guān)人員前往處理。

圖2 異常振動監(jiān)測系統(tǒng)結(jié)構(gòu)示意圖

2.1.2 激振器軸承監(jiān)測系統(tǒng)

激振器運(yùn)行過程中受到的外力主要作用到軸承上，會增加軸承載荷，使得軸承出現(xiàn)周期性振動，因此軸承是激振器故障發(fā)生率最高的部件。當(dāng)軸承運(yùn)行過程中出現(xiàn)缺油、潤滑油污染、軸承磨耗等問題時，會使得軸承溫度異常升高、軸承抱死或者結(jié)構(gòu)膨脹等問題，甚至?xí)霈F(xiàn)安全事故。為此，需要監(jiān)測軸承振動頻率、運(yùn)行質(zhì)量等參數(shù)，具體采用的監(jiān)測系統(tǒng)結(jié)構(gòu)見圖3。

圖3 激振器軸承監(jiān)測系統(tǒng)結(jié)構(gòu)示意圖

具體為在激振器軸承上布置溫度以及位移傳感器，通過監(jiān)測軸承溫度以及是否出現(xiàn)異常振位移來對激振器軸承運(yùn)行情況進(jìn)行判定。當(dāng)監(jiān)測到溫度存在異常或者有異常振動時則判定軸承出現(xiàn)故障，則監(jiān)測系統(tǒng)會及時發(fā)出預(yù)警信息。

2.1.3 振動篩彈簧監(jiān)測系統(tǒng)

振動篩下部一般布置有4 組支撐彈簧，在振動篩使用初期彈簧剛度、強(qiáng)度以及長度等參數(shù)均保持一致，隨著振動篩運(yùn)行時間增加加之各個位置彈簧受力不均衡，導(dǎo)致長時間運(yùn)行后各個位置彈簧整體恢復(fù)力存在差異，從而使得振動篩在水平方向出現(xiàn)一定剪切力，嚴(yán)重時會導(dǎo)致彈簧出現(xiàn)裂紋，從而給振動篩正常運(yùn)行帶來影響。為此，需要對彈簧強(qiáng)度、剛度以及磨損等參數(shù)進(jìn)行測定，并定期進(jìn)行保養(yǎng)、維護(hù)，使得各個支撐彈簧受力均在合理范圍內(nèi)。具體是采用壓力傳感器對支撐彈簧運(yùn)動頻率、彈性振幅等參數(shù)進(jìn)行監(jiān)測，由此對不同位置彈簧一致性及同步性進(jìn)行判定，從而對彈簧是否出現(xiàn)故障進(jìn)行判定。具體監(jiān)測系統(tǒng)結(jié)見圖4 所示。

圖4 振動篩彈簧監(jiān)測系統(tǒng)結(jié)構(gòu)示意圖

2.2 故障診斷系統(tǒng)硬件結(jié)構(gòu)

硬件結(jié)構(gòu)是振動篩故障智能監(jiān)測系統(tǒng)核心，監(jiān)測系統(tǒng)主要通過布置的各類傳感器監(jiān)測振動篩各部件運(yùn)行狀態(tài)，從而判定振動篩出現(xiàn)是否出現(xiàn)故障。具體涉及到的硬件結(jié)構(gòu)包括有傳感器（溫度、加速度、壓力傳感器等）、CPU 控制中心、CAN 通信模塊、數(shù)據(jù)存儲模塊以及人機(jī)交互界面等。

監(jiān)控系統(tǒng)CPU 控制中心采用STM32 微處理器，該處理器具有結(jié)構(gòu)穩(wěn)定、功能完備、響應(yīng)速度快等優(yōu)點(diǎn)；數(shù)據(jù)采集采用IN 公司設(shè)計(jì)、生產(chǎn)的高速采集卡，并有多個數(shù)據(jù)采集接口；在振動篩于支撐彈簧接觸位置布置一個加速傳感器，用以對振動篩異常振動情況進(jìn)行判定；在彈簧與底座接觸位置安裝壓力傳感器，對彈簧組件運(yùn)行一致性進(jìn)行判定；在振蕩器軸承上布置溫度以及位移傳感器對振蕩器軸承運(yùn)行是否出現(xiàn)異常進(jìn)行判定。同時監(jiān)控系統(tǒng)還配備有電能傳感器，用以對驅(qū)動電機(jī)工作電流、電壓進(jìn)行實(shí)時監(jiān)測。

2.3 故障診斷軟件系統(tǒng)結(jié)構(gòu)

設(shè)計(jì)的軟件系統(tǒng)工作采用多線程方式，具體包括的功能模塊有故障診斷、數(shù)據(jù)管理、數(shù)據(jù)采集、自學(xué)習(xí)、離線分析以及信號特征提取，具體軟件系統(tǒng)結(jié)構(gòu)框圖見圖5。

在軟件系統(tǒng)中通過預(yù)先設(shè)定報(bào)警閾值，實(shí)時處理分析監(jiān)測獲取到的振動、溫度、電量等信息，從而完成對振動篩運(yùn)行時故障判定。當(dāng)預(yù)測有故障時，自動激活軟件系統(tǒng)內(nèi)嵌的控制單元，及時提醒相關(guān)人員對異常問題進(jìn)行處理，確保振動篩可平穩(wěn)運(yùn)行。

圖5 軟件系統(tǒng)結(jié)構(gòu)框圖

3 結(jié)語

將振動篩故障智能監(jiān)測系統(tǒng)進(jìn)行現(xiàn)場應(yīng)用，不僅可實(shí)現(xiàn)故障的及時診斷、預(yù)警等功能，而且可提升振動篩運(yùn)行可靠性及安全性。