蘇軍紅

摘要：現(xiàn)如今，隨著我國經(jīng)濟(jì)發(fā)展和裝備科技含量提高，礦山工程施工機(jī)械設(shè)備的狀態(tài)監(jiān)測作為預(yù)測維修的科學(xué)方法得到廣泛推廣，但在設(shè)備在運(yùn)行中，受到許多不利因素的影響，使設(shè)備電路不可避免地出現(xiàn)各種各樣的故障。本文提出可提高設(shè)備維護(hù)管理效率的在線監(jiān)測系統(tǒng)，對(duì)機(jī)械設(shè)備狀態(tài)實(shí)施科學(xué)的管理和及時(shí)的維護(hù)。

關(guān)鍵詞：礦山工程;施工;機(jī)械設(shè)備;狀態(tài)監(jiān)測;系統(tǒng)應(yīng)用

引言

近年來，隨著礦山采掘業(yè)和加工業(yè)的快速發(fā)展，企業(yè)生產(chǎn)規(guī)模日益增大，采掘設(shè)備和加工設(shè)備也日趨大型化、自動(dòng)化，其性能與復(fù)雜程度也不斷提高，這種現(xiàn)代化程度的不斷提高對(duì)機(jī)械設(shè)備的故障診斷、維修保障及崗位操作規(guī)范性提出了很高的要求。然而，礦山機(jī)械設(shè)備一般都處在較為惡劣的工作環(huán)境下，設(shè)備連續(xù)運(yùn)轉(zhuǎn)時(shí)間長、設(shè)備間隙小，環(huán)境粉塵大、濕度高，必然會(huì)使零部件易磨損和易發(fā)生金屬疲勞，這給維修工作帶來了很大的困難。傳統(tǒng)的日志管理、參數(shù)越限報(bào)警等方法既落后又不客觀，只能起到事后分析的作用，無法保證設(shè)備運(yùn)行的連續(xù)性。

1中小型關(guān)鍵機(jī)械設(shè)備的實(shí)時(shí)在線監(jiān)測實(shí)施方案

將嵌入式系統(tǒng)和無線通訊技術(shù)應(yīng)用于中小型關(guān)鍵機(jī)械設(shè)備的實(shí)時(shí)在線監(jiān)測，有效的解決了中小型關(guān)鍵機(jī)械設(shè)備監(jiān)測難的問題，極大的提高了設(shè)備的管理和維護(hù)效率如圖所示，采用文氏電橋、儀表運(yùn)算放大器、帶通濾波電路、交直流變換電路、濾波電路、低通濾波電路、第一放大電路、第一積分電路、第二放大電路、第二積分電路、第三放大電路、單片機(jī)、編碼電路，單片機(jī)分別與濾波電路、第一放大電路、第二放大電路、第三放大電路、儀表運(yùn)算放大器、編碼電路相連，儀表運(yùn)算放大器與文氏電橋相連，濾波電路、交直流變換電路、帶通濾波電路、低通濾波電路、第一放大電路、第一積分電路、第二放大電路、第二積分電路、第三放大電路依次相連。采用PIC單片機(jī)與Hac-up模塊相連，無線現(xiàn)場采集系統(tǒng)主要由三部分組成：模擬電路部分、數(shù)字電路部分及無線數(shù)據(jù)發(fā)送接收模塊。模擬電路由四個(gè)相同的信號(hào)處理卡組成，可以同時(shí)處理8路有效信號(hào)。模擬電路主要負(fù)責(zé)現(xiàn)場信號(hào)的采集和處理，其中包括差分處理及放大，濾波性放大，積分等過程。數(shù)字電路由可編程微型處理芯片組成，又稱為MCU控制模塊，主要負(fù)責(zé)A/D采樣，電路控制及數(shù)據(jù)壓縮。本系統(tǒng)設(shè)計(jì)4塊信號(hào)處理卡，每張卡可同時(shí)處理單路振動(dòng)傳感器和溫度傳感器信號(hào)，由MCU控制其開關(guān)工作。

2礦山工程施工的機(jī)械設(shè)備狀態(tài)監(jiān)測系統(tǒng)應(yīng)用

2.1先進(jìn)維修技術(shù)的應(yīng)用

針對(duì)礦山采掘及加工設(shè)備日益大型化、連續(xù)化、高速化和自動(dòng)化的發(fā)展方向，在預(yù)防性維修方案中可以采用動(dòng)態(tài)監(jiān)測維護(hù)手段，將事故苗頭消滅在萌芽狀態(tài)，以保證加工設(shè)備的正常運(yùn)行。當(dāng)前常用的礦山機(jī)械設(shè)備動(dòng)態(tài)監(jiān)測診斷技術(shù)主要有以下幾種。振動(dòng)監(jiān)測技術(shù)：礦山采掘及加工設(shè)備中軸承、軸、齒輪很多且發(fā)生故障的可能性大，針對(duì)設(shè)備體系中振動(dòng)易損部位的運(yùn)行狀態(tài)進(jìn)行及時(shí)監(jiān)測，掌握運(yùn)行情況，可以預(yù)測設(shè)備運(yùn)行故障，提前做好維修管理，避免損失。無損探傷技術(shù)：用超聲波探傷儀、磁力探傷儀等專用儀器在不破壞礦山機(jī)械設(shè)備的情況下，對(duì)礦山機(jī)械設(shè)備中重點(diǎn)零部件進(jìn)行內(nèi)部或表面缺陷探測，達(dá)到提前發(fā)現(xiàn)，及時(shí)實(shí)施預(yù)防性維修的效果。紅外測溫診斷：機(jī)電設(shè)備運(yùn)行是否正常，往往在溫度上反映出來。機(jī)器的溫度參數(shù)不能直接測量，而要借助于物質(zhì)的某些與溫度變化有關(guān)的物理特性間接地進(jìn)行測量，如利用物質(zhì)的熱膨脹、電阻、熱電效應(yīng)、輻射能等。新的測溫技術(shù)還有微波測溫、激光測溫等。例如，采用紅外測溫診斷技術(shù)對(duì)山鐵礦車輛輪軸箱的溫度檢測。將紅外測溫儀放在礦區(qū)內(nèi)運(yùn)輸干線的鋼軌兩側(cè)，當(dāng)車輪通過時(shí)，軸箱逐個(gè)地掃過探測器的視場，并在描筆式記錄儀上輸出相應(yīng)的脈沖信號(hào)，被記錄在記錄紙上，如果某一脈沖信號(hào)特別高，則說明某一軸箱溫度已經(jīng)過高;再根據(jù)脈沖信號(hào)在記錄紙上的位置，就可準(zhǔn)確地判定哪個(gè)車箱軸發(fā)生了異常，便可及時(shí)采取措施，防止事故的發(fā)生。這種方法改變了過去用手檢查軸箱溫度的方法，從而改善了列車檢查人員的勞動(dòng)條件，縮短了車輛停留時(shí)間，防止了燃軸事故。

2.2傳感器方案設(shè)計(jì)

在研究所要監(jiān)測礦山設(shè)備的構(gòu)造、工作環(huán)境、常見故障以及產(chǎn)生機(jī)理以后，確定狀態(tài)監(jiān)測的內(nèi)容并設(shè)計(jì)相對(duì)應(yīng)的傳感器采集方案。主要包括建立監(jiān)測參數(shù)、監(jiān)測部位及監(jiān)測方式等方面的內(nèi)容。在傳感器布置方面，使用電子標(biāo)簽技術(shù)標(biāo)識(shí)傳感器，利用無線傳感網(wǎng)絡(luò)技術(shù)組織傳感器網(wǎng)絡(luò)。

3智能故障診斷

智能故障診斷依靠機(jī)器學(xué)習(xí)方法能夠自動(dòng)識(shí)別機(jī)械裝備的健康狀態(tài)，減少了傳統(tǒng)故障診斷過程中對(duì)診斷經(jīng)驗(yàn)與專業(yè)知識(shí)的過分依賴。傳統(tǒng)的智能故障診斷過程主要由兩部分組成。（1）故障特征提取及優(yōu)選?；谛盘?hào)處理方法或數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)手段，提取機(jī)械設(shè)備監(jiān)測信號(hào)的故障特征，再結(jié)合距離估計(jì)、主分量分析等技術(shù)從多特征集中優(yōu)選故障敏感特征。（2）故障類型識(shí)別。以優(yōu)選的故障敏感特征訓(xùn)練人工神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)、支持向量機(jī)或決策樹等數(shù)據(jù)分類模型，實(shí)現(xiàn)故障類型的自動(dòng)識(shí)別。盡管傳統(tǒng)智能故障診斷方法能夠?qū)崿F(xiàn)機(jī)械裝備健康狀態(tài)的自動(dòng)識(shí)別，但其故障特征提取及優(yōu)選階段仍需依靠人為先驗(yàn)知識(shí)，制約了機(jī)械裝備智能故障診斷方法的推廣與應(yīng)用?；谙∈枳跃幋a網(wǎng)絡(luò)的智能故障診斷方法通過樣本訓(xùn)練模型，可建立機(jī)械監(jiān)測信號(hào)與健康狀態(tài)之間的非線性映射，達(dá)到自動(dòng)提取機(jī)械故障特征、識(shí)別健康狀態(tài)的目的。選擇傳統(tǒng)智能故障診斷方法-支持向量機(jī)與本發(fā)明的診斷效果進(jìn)行對(duì)比。人為提取每個(gè)健康狀態(tài)樣本的診斷特征，包括：FM0、FM4、能量比、Sidebandindex、Sidebandlevelfactor、方均根值、能量算子、偏度、峭度和峰值等10種常用的齒輪箱診斷特征及4種小波能量比，再以這種診斷特征所組成的訓(xùn)練集為輸入，利用支持向量機(jī)識(shí)別兩級(jí)行星齒輪箱的健康狀態(tài)。該方法的訓(xùn)練精度達(dá)到97.14%，測試精度達(dá)到95.54%，低于的測試精度，說明避免了智能診斷過程中的人為干預(yù)，且提高了行星齒輪箱的健康狀態(tài)識(shí)別精度。

結(jié)語

在礦山機(jī)械設(shè)備的工作狀況管理過程中，常常由于無法準(zhǔn)確獲知設(shè)備的位置和實(shí)時(shí)運(yùn)行狀況，使得業(yè)務(wù)開展時(shí)效率低下。由于不能實(shí)時(shí)收集礦山機(jī)械設(shè)備的工作狀況，進(jìn)行運(yùn)營成本的數(shù)據(jù)分析，使得企業(yè)無法實(shí)現(xiàn)精益管理。機(jī)械設(shè)備狀態(tài)監(jiān)測與故障診斷在工業(yè)生產(chǎn)中的地位舉足輕重，越來越復(fù)雜的測試條件、高度自動(dòng)化的工業(yè)化大生產(chǎn)迫切需要功能更強(qiáng)大、成本更低廉、系統(tǒng)更靈活的新一代測試儀器。網(wǎng)絡(luò)化、虛擬儀器是未來測試與儀器技術(shù)發(fā)展的主要標(biāo)志，這一切都離不開先進(jìn)的測試與儀器軟件開發(fā)平臺(tái)，本論文研究了設(shè)備狀態(tài)監(jiān)測與故障診斷中振動(dòng)信號(hào)的測量方法以及振動(dòng)信號(hào)故障特征提取時(shí)應(yīng)用的信號(hào)處理方法，并最終設(shè)計(jì)出一套軟件硬件結(jié)合設(shè)備狀態(tài)監(jiān)測與故障診斷系統(tǒng)。

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