張 楠

（山西高河能源有限公司，山西 長治 047100）

0 引 言

礦用提升機(jī)是煤礦重要的提升運(yùn)輸設(shè)備，在生產(chǎn)過程中提升機(jī)主軸承受了動(dòng)載荷和靜載荷雙重作用，主軸體系成為了礦井提升機(jī)重要的結(jié)構(gòu)件之一。近年來不少學(xué)者專家對(duì)礦井提升機(jī)主軸故障診斷進(jìn)行了一系列研究，一些文獻(xiàn)提出了基于波動(dòng)時(shí)域與頻域的主軸體系故障診斷方法[1]，有的文獻(xiàn)提出了基于網(wǎng)絡(luò)聚類的礦井提升機(jī)主軸體系診斷理論[2-3]，文獻(xiàn)提出了利用頻率多小波診斷礦井提升機(jī)主軸體系故障的方法[4]，還有的文獻(xiàn)提出采用人工神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)基本原理來診斷礦井提升機(jī)主軸體系故障的技術(shù)[5]。雖然上述文獻(xiàn)對(duì)礦井提升機(jī)主軸體系故障診斷具有一定的借鑒作用，但是還存在著診斷準(zhǔn)確率低、自動(dòng)化程度差、效率低等問題，為此，論文提出基于計(jì)算機(jī)軟件構(gòu)件本體，建立主軸體系故障數(shù)據(jù)庫，與實(shí)際相結(jié)合，通過監(jiān)測(cè)礦井提升機(jī)主軸數(shù)據(jù)來判定主軸體系故障，進(jìn)而解決礦井提升機(jī)面臨的主軸體系故障診斷難題。

1 主軸體系常見故障

主軸體系作為礦井提升機(jī)傳動(dòng)部結(jié)構(gòu)件，其承擔(dān)著提升機(jī)工作過程的全部載荷，礦井提升機(jī)主軸系統(tǒng)局部實(shí)物詳見圖1所示。在提升運(yùn)輸過程中，主軸體系是礦井提升機(jī)最為容易發(fā)生故障的器件，一旦提升機(jī)產(chǎn)生故障，必然影響礦井正常生產(chǎn)，為提升機(jī)主軸監(jiān)測(cè)和故障維修提供技術(shù)支持，論文基于計(jì)算機(jī)軟件診斷提升機(jī)主軸體系故障，圖2為提升機(jī)主軸在軟件中的三維圖。根據(jù)煤礦統(tǒng)計(jì)，礦井提升機(jī)發(fā)生的故障，大多數(shù)均是來自提升機(jī)主軸體系的故障，而且故障類型眾多，在現(xiàn)實(shí)當(dāng)中很難預(yù)料與措施應(yīng)對(duì)。結(jié)合煤礦維修經(jīng)驗(yàn)和故障數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)，系統(tǒng)總結(jié)了礦井提升機(jī)主軸體系常見故障。

圖1 提升機(jī)主軸體系局部

圖2 提升機(jī)主軸三維模擬圖

綜合分析主軸體系各個(gè)零部件發(fā)生過的故障，找出故障原因并分析其類型。在提升機(jī)安裝、調(diào)試階段，提升機(jī)主軸容易發(fā)生斷裂，原因主要是材料質(zhì)量或者是熱處理加工工藝出現(xiàn)誤差引起；在提升機(jī)啟動(dòng)階段或者是加速提升過程，由于提升貨物過重，主軸停止轉(zhuǎn)動(dòng)；在提升機(jī)需要制動(dòng)時(shí)，突然因?yàn)橹苿?dòng)力矩過大或者材料質(zhì)量造成主軸發(fā)生故障；提升機(jī)勻速提升或者減速下降時(shí)，會(huì)因主軸體系結(jié)構(gòu)不合理造成應(yīng)力集中或者超使用壽命運(yùn)行。對(duì)此，對(duì)礦井提升機(jī)主軸體系故障類型以及發(fā)生原因進(jìn)行了歸納總結(jié)，見表1。

表1 提升機(jī)主軸體系常見故障類型

2 軟件診斷故障原理

根據(jù)煤礦近些年的總結(jié)和統(tǒng)計(jì)采用SQL Server 2008建立礦井提升機(jī)主軸系統(tǒng)故障數(shù)據(jù)庫，并將主軸體系的故障現(xiàn)象、故障原因存儲(chǔ)在軟件中的本體庫中，將其生成owl文檔以便調(diào)閱和查詢，owl文檔優(yōu)勢(shì)在于其運(yùn)行是獨(dú)立于系統(tǒng)的平臺(tái)[6]，不會(huì)受其他干擾，導(dǎo)入軟件系統(tǒng)轉(zhuǎn)換格式也方便，這樣計(jì)算機(jī)軟件診斷提升機(jī)主軸體系故障有了評(píng)判的基礎(chǔ)數(shù)據(jù)。

利用程序語言編寫程序，計(jì)算機(jī)軟件自動(dòng)歸納總結(jié)提升機(jī)主軸系統(tǒng)常見的故障現(xiàn)象，根據(jù)故障情況綜合分析發(fā)生原因以及主軸損壞程度等，再根據(jù)故障類型建立數(shù)據(jù)庫，根據(jù)映射關(guān)系與owl文檔調(diào)用的文本庫進(jìn)行對(duì)比分析，這樣就實(shí)現(xiàn)了故障數(shù)據(jù)庫與本體庫的信息交流和互換，最后通過計(jì)算機(jī)軟件自動(dòng)分析得出主軸故障類型、產(chǎn)生原因、所需維修數(shù)據(jù)。

開發(fā)的Protégé4.3軟件內(nèi)置礦井提升機(jī)主軸體系故障本體庫和故障類型、產(chǎn)生原因數(shù)據(jù)庫，利用邏輯語判斷模型，將監(jiān)測(cè)故障數(shù)據(jù)信息與owl文檔本體庫一一對(duì)比，通過邏輯分析判斷，確定出礦井提升機(jī)主軸體系故障，為礦井維修人員奠定技術(shù)支持。

3 應(yīng)用研究

3.1 實(shí)例分析

煤礦使用的是JKMD3.25×4（I）A型多繩摩擦式提升機(jī)，該提升機(jī)主軸系統(tǒng)包括提升機(jī)轉(zhuǎn)動(dòng)主軸、傳動(dòng)部電機(jī)和減速器，其中采用YR1000-14/1450型電機(jī)，電機(jī)軸額定轉(zhuǎn)速n1為550r/min；主軸體系采用XP1120型減速器，其減速比i=12。

礦井提升機(jī)主軸體系中的減速器輸入軸的回轉(zhuǎn)頻率為：

礦井提升機(jī)主軸體系中的減速器輸出軸與滾筒軸的回轉(zhuǎn)頻率為：

礦井提升機(jī)主軸體系中的減速器輸出軸和滾筒軸的額定轉(zhuǎn)速為：

式中：fr1為減速器輸入軸回轉(zhuǎn)頻率，Hz；fr2為輸出軸與滾筒軸回轉(zhuǎn)頻率，Hz；n2為輸入軸與滾筒軸額定轉(zhuǎn)速，r/min。

基于計(jì)算機(jī)Protégé4.3軟件診斷礦井提升機(jī)主軸系統(tǒng)故障，主要在線監(jiān)測(cè)主軸體系振動(dòng)位移、提升機(jī)運(yùn)行速度以及主軸加速度情況，頻率大小決定了主軸運(yùn)行狀況：若振動(dòng)頻率較小，低于10Hz以下，但是其振幅較大，根據(jù)位移監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)量標(biāo)可知，主軸體系故障是由位移造成；若振動(dòng)頻率處于10～1000Hz之間，根據(jù)速度監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)量標(biāo)可知，主軸體系故障是由振動(dòng)速度造成；若振動(dòng)頻率高于1000Hz，根據(jù)加速度監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)量標(biāo)可知，主軸體系故障是由振動(dòng)加速度造成。為了考慮主軸體系的綜合性，還要分析主軸體系減速器軸、滾筒軸回轉(zhuǎn)頻率、額定轉(zhuǎn)速、振動(dòng)位移、振動(dòng)速度均方根值等參數(shù)數(shù)據(jù)，在利用軟件數(shù)據(jù)中的數(shù)據(jù)進(jìn)行綜合對(duì)比判定礦井提升機(jī)主軸體系故障。

3.2 判斷標(biāo)準(zhǔn)

提升機(jī)主軸體系振動(dòng)位移、振動(dòng)速度均方根值、振動(dòng)加速度判斷標(biāo)準(zhǔn)[7]見表2。

表2 提升機(jī)主軸體系參數(shù)判斷標(biāo)準(zhǔn)

3.3 故障診斷結(jié)果

在計(jì)算機(jī)軟件中將礦井提升機(jī)主軸體系各個(gè)參數(shù)輸入，監(jiān)測(cè)儀器實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)主軸體系參數(shù)變化情況。為了簡單說明問題，論文以主軸體系的主軸右軸承和電機(jī)右軸承振動(dòng)監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)為例，根據(jù)檢測(cè)到的振動(dòng)加速度和振動(dòng)速度大小，從數(shù)據(jù)庫中調(diào)用owl文檔進(jìn)行對(duì)比分析和邏輯判斷，從數(shù)據(jù)庫中調(diào)出振動(dòng)速度均方根值均超過5.5min/s和振動(dòng)速度超過0.4m/s2的數(shù)據(jù)樣本，在軟件系統(tǒng)自動(dòng)生成下自動(dòng)對(duì)比和邏輯分析，最后診斷的礦井提升機(jī)主軸體系故障結(jié)果如圖3所示。

圖3 提升機(jī)主軸體系故障診斷結(jié)果

主軸振動(dòng)速度均方根值大于5.5min/s但小于12min/s，從主軸體系振動(dòng)速度均方根值來看，這種情況是允許的，說明主軸體系運(yùn)行正常。但是從振動(dòng)加速度數(shù)值評(píng)判得知，其加速度值大于了0.4m/s2，說明主軸體系出現(xiàn)了問題。再結(jié)合振動(dòng)位移等數(shù)據(jù)綜合分析，軟件顯示主軸和電機(jī)發(fā)生碰撞，且碰撞還較為嚴(yán)重。為驗(yàn)證計(jì)算機(jī)Protégé4.3軟件診斷結(jié)果準(zhǔn)確性，人工對(duì)礦井提升機(jī)主軸體系進(jìn)行了檢查，經(jīng)過現(xiàn)場(chǎng)核實(shí)，確實(shí)發(fā)現(xiàn)主軸與電機(jī)發(fā)生碰撞磨損，因而才有了參數(shù)超過限值。繼續(xù)利用計(jì)算機(jī)Protégé4.3軟件分析得出發(fā)生此種情況是主軸與電機(jī)軸裝配不良、公差設(shè)計(jì)不合理和工況發(fā)生變化造成的。通過此表明，基于計(jì)算機(jī)Protégé4.3軟件診斷提升機(jī)主軸體系故障，不僅效率高，而且判定準(zhǔn)確，實(shí)現(xiàn)了自動(dòng)化，為礦井提升機(jī)主軸體系故障維修提供了理論支撐。

4 結(jié) 論

1）根據(jù)煤礦生產(chǎn)實(shí)踐，總結(jié)了礦井提升機(jī)主軸體系常見故障，并分析了其故障發(fā)生原因。

2）簡單敘述了基于計(jì)算機(jī)Protégé4.3軟件分析、判定礦井提升機(jī)主軸體系故障的原理。

3）以礦井 JKMD3.25×4（I）A型多繩摩擦式提升機(jī)主軸體系為例，分析了主軸體系故障診斷參數(shù)和評(píng)判標(biāo)準(zhǔn)，最后通過試驗(yàn)驗(yàn)證得出基于計(jì)算機(jī)軟件診斷主軸體系故障精準(zhǔn)、詳細(xì)、效率高，實(shí)現(xiàn)了自動(dòng)化，為礦井提升機(jī)主軸體系故障維修奠定了理論基礎(chǔ)。