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      煤礦提升機天輪故障分析及監(jiān)測方法研究

      2021-08-27 07:29:24尚雙貴
      能源與環(huán)保 2021年8期
      關(guān)鍵詞:天輪井架提升機

      尚雙貴

      (山西華鹿陽坡泉煤礦,山西 忻州 036504)

      煤炭是我國重要能源,90%的煤炭來自井工開采。煤礦提升機作為重要設(shè)備,擔(dān)負著煤礦煤炭、設(shè)備、材料、人員的提升人物,是礦井的“咽喉”?,F(xiàn)有提升機主要有3種:多繩纏繞、多繩摩擦和單繩纏繞。天輪作為提升機重要部分,擔(dān)負著提升機的傳遞載荷和動力。天輪主要由軸承座、軸承、天輪輪體、整體天輪輪轂和耐磨襯墊組成。如果天輪不能安全運行,會嚴重影響礦井的安全提升。目前,天輪的噪聲治理和更換研究主要是天輪的噪聲治理、天輪平移處理和天輪的磨損處理。國內(nèi)學(xué)者對煤礦提升機天輪故障分析及監(jiān)測方法進行諸多研究,天輪的監(jiān)測系統(tǒng)主要包括軟件部分和硬件部分,軟件部分主要有集成測試、部分開發(fā)和系統(tǒng)設(shè)計;硬件系統(tǒng)主要由計算機設(shè)備、信號調(diào)理電路、采集卡和傳感器等構(gòu)成。

      現(xiàn)有天輪監(jiān)測研究存在的主要問題[1-3]:①天輪監(jiān)測研究多為天輪振動對鋼絲繩的影響,并且采集的信號多為鋼絲繩的,缺少專門針對天輪的采集信號的診斷研究;②天輪監(jiān)測研究多對軸承進行診斷,不能夠很好適應(yīng)天輪的診斷;③缺少對天輪整個系統(tǒng)的研究。鑒于此,本文研究了煤礦提升機天輪故障分析及監(jiān)測方法,研究為煤礦的安全提升提供了技術(shù)支持。

      1 煤礦提升機天輪故障分析

      本文采用故障樹對煤礦提升機天輪故障進行分析,一般流程為確定頂事件→建立故障樹→簡化故障樹→定性分析。其優(yōu)點:①天輪各部件故障與天輪的系統(tǒng)故障,可依靠故障樹進行連接,根據(jù)故障樹可以得到造成天輪故障的最根本原因(天輪故障的最小割集),根據(jù)天輪故障的最根本原因,可以對天輪進行優(yōu)化改進;②利用故障樹方法,可以清晰地利用圖形來表示煤礦天輪系統(tǒng)的相關(guān)故障機理,從而便于了解某故障狀態(tài)發(fā)生原因[4-6]。

      本文主要對多繩纏繞式礦井的天輪常見故障進行分析,并建立故障樹。天輪故障為故障樹的頂事件;軸承故障、偏擺過大、噪聲過大、天輪井架傾斜為故障樹的基本事件;鋼絲繩受力不均勻、變形、斷裂、外力沖擊、磨損、罐道偏移、安裝不正、工藝缺陷為故障樹的基本子事件。煤礦提升機天輪故障樹如圖1所示。

      圖1 煤礦提升機天輪故障樹Fig.1 Fault tree of mine hoist head sheave

      建立煤礦提升機天輪故障樹后,需要對故障樹進行定量、定性分析。輪故障樹的定量、定性分析主要包括:①采用結(jié)構(gòu)重要度判定法,對煤礦提升機天輪各個基本事件的結(jié)構(gòu)的重要度進行判定;②采用布爾代數(shù)法,簡化煤礦提升機天輪故障樹,得到了天輪故障樹的最小割集;③根據(jù)煤礦提升機天輪故障樹的最小割集,分析預(yù)防天輪故障發(fā)生方法。

      通過對建立天輪故障樹的定性分析,得到導(dǎo)致煤礦提升機天輪故障的最小割集{鋼絲繩受力不均勻}、{變形}、{斷裂}、{軸瓦疲勞脫落}、{磨損}、{罐道偏移}、{安裝不正}。在充分了解故障的基礎(chǔ)上,確定3種故障特征:①軸承故障導(dǎo)致的天輪噪聲過大;②井架安裝不正導(dǎo)致的井架傾斜;③天輪安裝不正導(dǎo)致的天輪偏擺過大。

      2 煤礦提升機振動信號監(jiān)測

      本文主要是在煤礦提升機天輪3個方向安裝加速度傳感器,對其振動信號進行采集,并對振動信號進行處理,得到更精確的天輪振動信號數(shù)據(jù)。主要研究2部分:①對提升機天輪的運行狀態(tài)進行監(jiān)測,并構(gòu)建系統(tǒng)的軟、硬件部分;②對采集的天輪振動信號進行處理[7-10]。

      2.1 天輪運行監(jiān)測系統(tǒng)的構(gòu)建

      本文采用DH5922D動態(tài)測試信號分析儀對天輪振動信號進行監(jiān)測,該裝置利用計算機、交換機擴展就能實現(xiàn)多通道動態(tài)信號的測試和分析,采用千兆以太網(wǎng)通訊,有標準機箱結(jié)構(gòu),最高采樣速率達到256 kHz/通道,穩(wěn)定性好、抗干擾能力強,具有現(xiàn)場通道自檢功能、TEDS功能,同時還可以無間斷記錄所有通道信號,實現(xiàn)電流、溫度、電荷等信號的測量。DH5922D動態(tài)測試信號分析儀工作原理如圖2所示。

      圖2 DH5922D動態(tài)測試信號分析儀工作原理Fig.2 Working principle of DH5922D dynamic test signal analyzer

      DH5922D動態(tài)測試信號分析儀相關(guān)技術(shù)指標:支持調(diào)理器類型為溫度調(diào)理器、電流調(diào)理器、電荷調(diào)理器;供電方式為10~36 V DC或220 V AC;通訊方式為USB3.0接口或千兆以太網(wǎng);模數(shù)轉(zhuǎn)換器為每通道獨立24位A/D轉(zhuǎn)換器;連續(xù)采樣速率為32通道以上,采用速率最高達128 kHz/通道,32通道同時步,采用速率最高達256 kHz/通道;通道數(shù)為4通道/卡,可擴展1 000通道,單機箱最多64通道或32通道。

      本文采用單獨的激光位移傳感器和三通的加速度傳感器,來監(jiān)測天輪的實時狀態(tài),其安裝示意如圖3所示。激光位移傳感器采用24 V的電源進行供電。

      圖3 激光位移傳感器和加速度傳感器安裝示意Fig.3 Installation instructions for laser displacement sensor and acceleration sensor

      當煤礦提升機的提升速度為0.3 m/s時,采用DHDAS分析系統(tǒng),得到了天輪振動信號如圖4所示。

      圖4 天輪振動信號Fig.4 Vibration signal of head sheave

      2.2 信號處理

      根據(jù)圖4實測分析可知,天輪的振動信號存在很多噪聲,致使數(shù)據(jù)不準確,本文采用小波閾值去噪方法,去除天輪振動信號的干擾噪聲。利用天輪振動信號的處理,得到天輪振動信號的相關(guān)信息,如天輪加速度的峰度、偏度、峰峰值、均方根值、標準差、平均值、最小值、最大值。根據(jù)這些提取信息對天輪進行診斷?;谛〔ㄩ撝档奶燧喺駝有盘柸ピ脒^程如圖5所示。

      圖5 基于小波閾值的天輪振動信號去噪過程Fig.5 De-noising process of head sheave vibration signal based on wavelet threshold

      利用小波去噪方法對圖4進行處理,本文將高頻段濾去,僅考慮低頻段信號,濾波后的天輪振動信號如圖6所示。由圖6可知,小波去噪方法能夠有效去除振動信號的噪聲。

      圖6 濾波后的天輪振動信號Fig.6 Filtered vibration signal of the head sheave

      3 結(jié)論

      (1)本文采用故障樹對煤礦提升機天輪故障進行分析,天輪故障為故障樹的頂事件;軸承故障、偏擺過大、噪聲過大、天輪井架傾斜為故障樹的基本事件;鋼絲繩受力不均勻、變形、斷裂、外力沖擊、磨損、罐道偏移、安裝不正、工藝缺陷為故障樹的基本子事件。確定了3種故障特征:①軸承故障導(dǎo)致的天輪噪聲過大;②井架安裝不正導(dǎo)致的井架傾斜;③天輪安裝不正導(dǎo)致的天輪偏擺過大。

      (2)對煤礦提升機振動信號監(jiān)測方法的研究,主要是對提升機天輪的運行狀態(tài)進行監(jiān)測,并構(gòu)建系統(tǒng)的軟、硬件部分;對采集的提升機天輪振動信號進行處理。

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