徐鵬

關(guān)鍵詞：煤礦；多繩摩擦式提升機(jī)；故障診斷；遠(yuǎn)程實(shí)時(shí)監(jiān)測系統(tǒng)

1引言

多繩摩擦式提升機(jī)主要通過減速器驅(qū)動摩擦輪轉(zhuǎn)動，鋼絲繩搭建在摩擦輪上，提升器分別懸掛在鋼絲繩的兩端，然后借助安裝在摩擦輪上的襯墊與鋼絲繩之間的摩擦力轉(zhuǎn)動鋼絲繩，從而使提升器沿直線方向上下運(yùn)動，完成提升或者下降物體的任務(wù)。多繩摩擦式提升機(jī)在煤礦安全生產(chǎn)中發(fā)揮巨大作用，由于其工作環(huán)境相對比較惡劣，因此及時(shí)發(fā)現(xiàn)設(shè)備故障具有重要意義[1]。隨著煤礦智能化建設(shè)的不斷發(fā)展，基于煤礦設(shè)備預(yù)警與故障診斷平臺的上線應(yīng)用有效提升了多繩摩擦式提升機(jī)的運(yùn)行效率，防止了故障的發(fā)生，因此本文以某煤礦多繩摩擦式提升診斷故障為例，分析故障診斷，旨在為今后工作提供實(shí)踐參照。

2煤礦多繩摩擦式提升機(jī)振動故障描述

相較于單繩纏繞式提升機(jī)而言，多繩摩擦式提升機(jī)的荷載是由多根鋼絲繩承擔(dān)的，鋼絲繩的直徑小，設(shè)備尺寸小，決定了提升機(jī)的提升能力比較大。同時(shí)，如果提升機(jī)卡罐或者過卷時(shí)可以打滑，可有效避免拉斷鋼絲繩。但是，由于它是由多根鋼絲繩組成的，因此決定了提升機(jī)在更換鋼絲繩時(shí)比較困難、不能適用于淺井提升。振動信號分析是當(dāng)前設(shè)備故障診斷常用的方式之一，其主要通過數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)，觀察振動信號特征趨勢和頻率結(jié)構(gòu)，以識別設(shè)備早期的故障，診斷設(shè)備故障的根源[2]。隨著煤礦智能化技術(shù)的不斷發(fā)展，傳統(tǒng)的人工檢測的方式難以滿足多繩摩擦式提升機(jī)智能化控制的要求?；谖锫?lián)網(wǎng)、大數(shù)據(jù)、人工智能等技術(shù)的設(shè)備故障預(yù)警與診斷系統(tǒng)成為多繩摩擦式提升機(jī)故障診斷維修的重要工具。

結(jié)合工作實(shí)踐，多繩摩擦提升機(jī)動故障主要包括以下因素。（1）轉(zhuǎn)子部件不平衡。轉(zhuǎn)子部件是多繩摩擦式提升機(jī)工作的主要零部件，由于轉(zhuǎn)子部件自身軸心位置周圍質(zhì)量不平衡、材質(zhì)不均衡，因此容易導(dǎo)致轉(zhuǎn)子部件出現(xiàn)不平衡的現(xiàn)象。（2）轉(zhuǎn)軸彎曲。轉(zhuǎn)軸彎曲是由摩擦式提升機(jī)長期放置沒有盤車或者設(shè)備長期超負(fù)荷運(yùn)行引起的。（3）滾筒驅(qū)動端與非驅(qū)動端軸承安裝不同心，這導(dǎo)致設(shè)備在運(yùn)行過程中因不對稱而出現(xiàn)振動現(xiàn)象。（4）軸承故障。軸承是多繩摩擦式提升機(jī)運(yùn)行的主要設(shè)備，承擔(dān)著多繩摩擦力的主要任務(wù)[3]。由于受到井下作業(yè)環(huán)境比較惡劣、提升機(jī)超負(fù)荷運(yùn)行等因素的影響，安置滾動軸承容易出現(xiàn)摩擦損傷、銹蝕、裂紋斷裂等故障。利用設(shè)備故障預(yù)警與診斷系統(tǒng)進(jìn)行故障診斷的方法如表1所列。

通過對煤礦設(shè)備故障預(yù)警與診斷系統(tǒng)多繩摩擦式提升機(jī)振動信號的歷史數(shù)據(jù)分析，發(fā)現(xiàn)以下問題：各測點(diǎn)的振動烈度值滿足IS010816振動速度門限值C級4.5mm/s標(biāo)準(zhǔn)，最大幅值為3.69mm/s（見圖1軸向測點(diǎn)振動速度趨勢），處于合格范圍內(nèi)，但軸向測點(diǎn)振動烈度明顯大于水平和豎直方向，屬于不正?，F(xiàn)象（見圖1和圖2）。

另外，滾筒非驅(qū)動端振動信號頻譜中出現(xiàn)8.75Hz頻率及其諧波成分，可能為軸承的故障特征頻率，但由于當(dāng)日寸缺少具體軸承型號，無法進(jìn)行精確診斷，直至設(shè)備出現(xiàn)故障的前兩周出了軸承參數(shù)，進(jìn)而展開詳細(xì)的振動信號分析。

3煤礦多繩摩擦式提升機(jī)故障診斷分析

3.1設(shè)計(jì)多繩摩擦式提升機(jī)故障監(jiān)測點(diǎn)

為了準(zhǔn)確了解多繩摩擦式提升機(jī)故障原因，利用設(shè)備故障預(yù)警與診斷系統(tǒng)對提升機(jī)進(jìn)行振動信號檢測。結(jié)合引起多繩摩擦式提升機(jī)振動故障的常見因素，在多繩摩擦式提升機(jī)的滾筒和天輪軸承位置設(shè)置10個(gè)監(jiān)測點(diǎn)（見圖3），利用實(shí)時(shí)采集和振動信號分析，對監(jiān)測的各種數(shù)據(jù)進(jìn)行統(tǒng)計(jì)計(jì)算。

3.2多繩摩擦式提升機(jī)故障診斷數(shù)據(jù)分析

通過對振動監(jiān)測點(diǎn)數(shù)據(jù)的分析，得出多繩摩擦式提升機(jī)滾筒各個(gè)測點(diǎn)的頻率主要集中在8.75Hz，16.5Hz，26.25Hz等多次諧波，尤其是軸向測點(diǎn)頻率最為突出。同時(shí)，該振動信號存在時(shí)間比較長，但是由于缺乏軸承參數(shù)，導(dǎo)致設(shè)備故障預(yù)警與診斷系統(tǒng)無法給出具體故障原因。

為了準(zhǔn)確了解故障原因，對設(shè)備故障預(yù)警與診斷系統(tǒng)數(shù)據(jù)進(jìn)行分析，系統(tǒng)監(jiān)測到多繩摩擦式提升機(jī)滾筒的非驅(qū)動端軸承在額定轉(zhuǎn)速情況下，滾筒的非驅(qū)動軸承外圈的頻率為8.894Hz，與系統(tǒng)中反映出的頻率圖值非常相似。同時(shí)，通過對滾筒驅(qū)動端的振動監(jiān)測點(diǎn)的數(shù)據(jù)分析，其故障特征頻率也非常相似。根據(jù)設(shè)備故障表征，由于設(shè)備早期沖擊信號比較弱，因此激起的系統(tǒng)共振頻段響應(yīng)不明顯。而本次檢測出的振動頻段較為明顯，因此說明非驅(qū)動端滾筒軸承的故障已經(jīng)非常嚴(yán)重，而導(dǎo)致振動沖擊信號的原因很可能是振動沖擊信號通過提升機(jī)主軸承傳遞到對側(cè)的軸承箱箱體上。

另外，由于滾筒端軸向檢測點(diǎn)振動頻率8.75Hz及其大量倍頻明顯多于水平和豎直方向，同時(shí)振動頻率也比較大，其超出正常值范圍，因此屬于典型的故障。通過對滾筒端軸向測點(diǎn)振動頻率的分析，說明滾筒端軸承承受了較大的軸向力。而導(dǎo)致軸向力的重要原因是多繩摩擦式提升機(jī)出現(xiàn)過卷現(xiàn)象，導(dǎo)致軸承不能承受較大的軸向力。但是，從振動信號頻率分析，結(jié)合表1所列，可以判定多繩摩擦式提升機(jī)故障主要是滾筒非驅(qū)動軸承由于疲勞脫落、摩擦損傷以及裂紋斷裂等導(dǎo)致軸承故障。

4多繩摩擦式提升機(jī)故障診斷結(jié)果驗(yàn)證

為了了解設(shè)備故障預(yù)警與診斷系統(tǒng)數(shù)據(jù)診斷結(jié)果是否正確，對多繩摩擦式提升機(jī)滾筒非驅(qū)動軸承進(jìn)行綜合檢驗(yàn)。檢測方法主要包括如下2種。

（1）根據(jù)設(shè)備運(yùn)行聲音進(jìn)行判斷。例如，設(shè)備操作人員反映多繩摩擦式提升機(jī)在運(yùn)行過程中非驅(qū)動端軸承聲音存在異響，而且軸承外圈軸向端面有裂紋痕跡，通過聲音判斷可以預(yù)測出故障為非驅(qū)動軸故障。

（2）解體檢查。根據(jù)操作人員的反饋，由于軸承外圈軸向端面存在裂紋焊痕跡，因此設(shè)備檢修人員對多繩摩擦式提升機(jī)進(jìn)行停機(jī)檢修，對滾筒非驅(qū)動端軸承進(jìn)行解體檢查，解體檢查后發(fā)現(xiàn)軸承外滾道端有剝落現(xiàn)象，具體見圖4和圖5。

另外，通過對多繩摩擦式提升機(jī)現(xiàn)場的檢查發(fā)現(xiàn)，提升機(jī)滾筒地基存在沉降現(xiàn)象，地基沉降必然會導(dǎo)致多繩摩擦式提升機(jī)滾筒出現(xiàn)傾斜，而鋼絲繩會偏向沉降一側(cè)，久而久之導(dǎo)致滾筒非驅(qū)動端軸承承受較大的軸向力，長期運(yùn)行過程中會導(dǎo)致軸承出現(xiàn)疲勞損傷。

針對故障現(xiàn)象，采取更換軸承的維修方法，更換完新軸承后，各測點(diǎn)振動幅值急劇下降（見圖6），且軸向測點(diǎn)振動幅值再無出現(xiàn)大于徑向測點(diǎn)的情況。

5結(jié)束語

解決煤礦多繩摩擦式提升機(jī)故障是提升煤礦安全生產(chǎn)的重要舉措。依托大數(shù)據(jù)技術(shù)構(gòu)建的設(shè)備故障預(yù)警與診斷系統(tǒng)能夠遠(yuǎn)程實(shí)時(shí)監(jiān)測提升機(jī)的振動和工藝量信號參數(shù)，從而及時(shí)發(fā)現(xiàn)設(shè)備所存在的故障隱患。本文通過利用設(shè)備故障預(yù)警與診斷系統(tǒng)發(fā)現(xiàn)提升機(jī)滾筒非驅(qū)動軸承的軸向測點(diǎn)振動值要大于其他方向測點(diǎn)，通過系統(tǒng)分析得出提升機(jī)滾筒非驅(qū)動端軸承故障，因此針對故障原因采取完善滾筒地基、更換軸承等措施，以有效提升多繩摩擦式提升機(jī)的運(yùn)行效率。