安徽開發(fā)礦業(yè)有限公司 賀祥洪

針對礦井提升機直流電機存在的異常抖動問題，以控制原理入手，分析了造成抖動的可能原因，對每個可能原因進行逐個驗證，最終找出根本原因并予以解決，對其他礦井提升機直流電機出現(xiàn)同類故障有借鑒意義。

安徽某鐵礦設(shè)計產(chǎn)能750萬噸/年，3條主井提升礦石，每條主井提升礦石250萬噸/年，3條主井提升機均為中信重工生產(chǎn)的多繩摩擦式提升機JKM4×6，電控系統(tǒng)、傳動系統(tǒng)、閘控系統(tǒng)由ABB公司整套提供。近期，1#主井正常模式全速上行下行，減速時提升機會偶爾產(chǎn)生異常振動，振動次數(shù)多數(shù)在1～5次的范圍內(nèi)；當(dāng)箕斗運行速度降低后，同樣的行程提升機振動頻率、頻數(shù)有明顯減少趨勢；同樣的箕斗運行條件下，提升機上提、下放過程中產(chǎn)生的振動出現(xiàn)頻率與頻數(shù)并無明顯規(guī)律可循。針對該問題，筆者從振動產(chǎn)生的原理入手，深入分析故障產(chǎn)生的原因，提出了解決措施。

1 系統(tǒng)現(xiàn)狀

3條主井提升機配套主電機均選用上海電機廠生產(chǎn)的直流電動機，電機型號：ZKTD315/56，額定功率2400kW、額定電流3379A、額定電壓800V、額定轉(zhuǎn)速48rpm，該電機為低速電機，電機轉(zhuǎn)子與提升機主軸直聯(lián)。傳動系統(tǒng)采用ABB公司DCS800直流傳動系統(tǒng)。制動系統(tǒng)采用ABB公司整套制動系統(tǒng)。

2 原因分析

ABB電控系統(tǒng)作為提升機的控制核心，實現(xiàn)提升機位置控制、速度控制和各項安全保護等。將運行指令下達給傳動系統(tǒng)，通過傳動系統(tǒng)實現(xiàn)雙閉環(huán)直流調(diào)速。將施閘、敞閘指令下達給閘控系統(tǒng)，通過閘控系統(tǒng)實現(xiàn)提升機的工作制動和緊急制動。

DCS800直流傳動系統(tǒng)是ABB生產(chǎn)的用于直流電機電樞和勵磁供電控制的全數(shù)字直流調(diào)速系統(tǒng)，具有自己獨立的計算機處理器，其性能優(yōu)良、可靠性高，功率范圍大，單硅輸出能可達5200A。在控制上可以自由編程，既可實現(xiàn)速度自動調(diào)節(jié)和電樞電流調(diào)節(jié)的雙閉環(huán)控制，也可實現(xiàn)較復(fù)雜的12脈動并聯(lián)控制、12脈動串聯(lián)控制和12脈動順序控制、主從控制等。具有自己獨立的脈沖輸入模塊，用于處理電機的軸編碼器輸出的脈沖信號，進行速度控制?？赏ㄟ^MoudleBus光纖現(xiàn)場總線實現(xiàn)和提升控制PLC系統(tǒng)之間的通訊。將提升控制PLC的運行控制指令傳送至DCS800變流器，同時變流器的主要運行信號和故障報警信號也將傳送到提升控制PLC，用于提升機運行的監(jiān)控及保護。

ABB閘控系統(tǒng)滿足各種相關(guān)國際標(biāo)準(zhǔn)及中國《煤礦安全規(guī)程》和《金屬及非金屬礦山安全規(guī)程》（2020）規(guī)定，系統(tǒng)設(shè)計為雙獨立回油油路。靜態(tài)制動安全系數(shù):≥3倍的最大靜張力差，安全制動減速度：1.5m/s2≤a≤5m/s2。在各種載荷和提升狀態(tài)下的無滑繩設(shè)計。具有恒減速和恒力矩安全制動。系統(tǒng)自動測試和監(jiān)測重要液壓閥和儲能器的功能。友好的人機界面，顯示系統(tǒng)各種重要參數(shù)，如：油壓、閘氣隙、彈簧疲勞、油位、油溫、制動狀態(tài)、故障信息等，并可方便地進行系統(tǒng)測試。

2.1 電氣原因分析

結(jié)合現(xiàn)場提升機運行現(xiàn)狀及分析運行趨勢圖后，對電機抖動的原因提出以下判斷：（1）可能是由于主控編碼器反饋到主控的脈沖量有誤差；（2）傳動系統(tǒng)速度給定存在問題；（3）由于滑繩造成滾筒受力不均勻造成提升機抖動；（4）電機本身存在問題（氣隙間隙小、地腳螺栓松動等）。

由于對編碼器反饋的信號是否準(zhǔn)確及編碼器電源電壓本身是否波動不確定，所以決定對編碼器電源模塊B101.21（SD823）進行更換及對編碼器接線盒至主控柜線纜進行更換，故障未解除仍有波動，測試完成后將編碼器至主控柜線纜恢復(fù)，電源更換為新電源。更換舊測速電機，故障未解除。排除編碼器外部線路后，考慮到可能是DP820和PE1315模塊給到主控的信號不準(zhǔn)確，隨后對這兩個模塊故障更換及對所有的控制柜外部端子進行緊固（排除虛接），更換完畢后，動車測試故障未解除。

在排除以上原因后，考慮到可能是傳動柜可控硅（晶閘管）引起的電流波動，隨后用示波器對傳動柜可控硅的門極觸發(fā)電流波形進行檢測，波形趨勢正常無問題（可控硅阻值均在12～13Ω之間）。排除可控硅的原因后，對可控硅的觸發(fā)板（Y1、Y2柜PIN48觸發(fā)板共四個，Y1、Y2柜電路板（IOB-3））進行更換，故障未解除。更換Y1柜傳動主控板（CON-4）。以上工作完成后，排除傳動柜硬件原因造成的電機抖動。示波器波形圖如圖1所示。

圖1 示波器波形圖

對滑繩保護程序段（P53/C7/3）進行實時在線分析，程序監(jiān)控滑繩范圍在誤差范圍內(nèi)，故排除滑繩原因。滑繩保護程序段圖如圖2所示。

圖2 滑繩保護程序段圖

使用Drivelwindow軟件對提升機運行曲線進行抓捕和分析，根據(jù)曲線時域可以看出，速度給定在電機力距變化之后，編碼器隨后根據(jù)給出的相應(yīng)速度反饋脈沖對變流器的電流進行相應(yīng)的調(diào)整，說明傳動本身沒有問題。提升機運行曲線圖如圖3所示。

圖3 提升機運行曲線圖

對主電機電樞繞組、勵磁繞組絕緣阻值進行測量，對電機定子和轉(zhuǎn)子間的氣隙進行測量，測量數(shù)值均在正常范圍內(nèi)，故排除電機本身的原因造成電流異常波動。

2.2 機械原因分析

現(xiàn)場測量編碼器側(cè)軸承座軸承外套與主軸同軸度數(shù)據(jù)，發(fā)現(xiàn)編碼器側(cè)軸承座及主軸偏斜。在打開編碼器側(cè)軸承座檢查時，發(fā)現(xiàn)主軸上小齒輪存在松動現(xiàn)象，緊固之后故障未解除，說明可能的機械故障并不止此一處；考慮主軸在軸承座上的偏斜情況，合理懷疑因主軸或軸承座偏斜導(dǎo)致內(nèi)部傳動結(jié)構(gòu)磨損達到一定程度，影響了傳動的穩(wěn)定性進而導(dǎo)致故障。對軸承座和主軸進行找正后，故障解除。

結(jié)語：由于編碼器側(cè)軸承座安裝位置偏斜，導(dǎo)致軸承外套與主軸的相對位置偏斜，進而導(dǎo)致軸承外套及軸承內(nèi)齒輪磨損超限，導(dǎo)致傳動過程中的偶發(fā)性失效引起編碼器速度信號檢測遲滯。以空箕斗下放為例，當(dāng)運行到減速段時電機電流開始減小，編碼器檢測到的速度信號始終為主軸前一階段的速度信號，從而導(dǎo)致給定電流與實際速度不匹配，電流降得過多；為滿足給定速度又再次快速升電流，就會產(chǎn)生電流波動，從而造成異常振動。在礦井提升機故障分析時，應(yīng)當(dāng)從原理入手，考慮電氣、機械等多方面原因，才能快速判斷故障原因，及時解決問題。