浅谈计算机软件诊断提升机主轴体系故障_张楠.pdf

煤矿现代化2020 年第 3 期总第 156 期 0引言 矿用提升机是煤矿重要的提升运输设备， 在生产 过程中提升机主轴承受了动载荷和静载荷双重作用， 主轴体系成为了矿井提升机重要的结构件之一。 近年 来不少学者专家对矿井提升机主轴故障诊断进行了 一系列研究， 一些文献提出了基于波动时域与频域的 主轴体系故障诊断方法[1]， 有的文献提出了基于网络 聚类的矿井提升机主轴体系诊断理论[2-3]， 文献提出了 利用频率多小波诊断矿井提升机主轴体系故障的方 法[4]， 还有的文献提出采用人工神经网络基本原理来 诊断矿井提升机主轴体系故障的技术[5]。虽然上述文 献对矿井提升机主轴体系故障诊断具有一定的借鉴 作用， 但是还存在着诊断准确率低、 自动化程度差、 效 率低等问题， 为此， 论文提出基于计算机软件构件本 体， 建立主轴体系故障数据库， 与实际相结合， 通过监 测矿井提升机主轴数据来判定主轴体系故障， 进而解 决矿井提升机面临的主轴体系故障诊断难题。 1 主轴体系常见故障 主轴体系作为矿井提升机传动部结构件， 其承担 着提升机工作过程的全部载荷， 矿井提升机主轴系统 局部实物详见图 1 所示。在提升运输过程中， 主轴体 系是矿井提升机最为容易发生故障的器件， 一旦提升 机产生故障， 必然影响矿井正常生产， 为提升机主轴 监测和故障维修提供技术支持， 论文基于计算机软件 诊断提升机主轴体系故障， 图 2 为提升机主轴在软件 中的三维图。 根据煤矿统计， 矿井提升机发生的故障， 大多数均是来自提升机主轴体系的故障， 而且故障类 型众多， 在现实当中很难预料与措施应对。结合煤矿 维修经验和故障数据统计， 系统总结了矿井提升机主 轴体系常见故障。 图 1提升机主轴体系局部 图 2提升机主轴三维模拟图 综合分析主轴体系各个零部件发生过的故障， 找 出故障原因并分析其类型。 在提升机安装、 调试阶段， 提升机主轴容易发生断裂， 原因主要是材料质量或者 浅谈计算机软件诊断提升机主轴体系故障 张楠 （山西高河能源有限公司 ， 山西 长治047100 ） 摘要 为了准确判定提升机主轴体系故障类型以及故障原因，分析并总结了主轴体系常见故障和 原因， 阐述了计算机软件诊断主轴体系故障的原理。以多绳摩擦式提升机主轴体系为例， 给出了主轴 体系故障评判标准， 诊断结果表明基于计算机软件诊断主轴体系故障精准， 实现了自动化， 为故障维 修奠定了理论支撑， 提高了矿井提升运输的安全性。 关键词 提升机 ； 主轴 ； 减速器 ； 故障诊断 中图分类号 TD265文献标识码 A文章编号 1009- 0797 （2020 ） 03- 0197- 03 Brief Talk on Computer Software Diagnosis of Hoist Spindle System Faults ZHANG Nan （Shanxi Gaohe EnergyCo., Ltd. , Shanxi Changzhi 047100 ） Abstract In order toaccuratelydetermine the types and causes ofthe faults ofthe main shaft systemofhoist, the common faults and causes of the main shaft system are analyzed and summarized, and the principle of computer software diagnosing the faults of the main shaft system is expounded. Taking the spindle system of multi- rope friction hoist as an example, the fault uation criteria of the spindle system are given. The diagnosis results show that the fault diagnosis of the spindle system based on computer software is accurate, automation is realized, theoretical support for fault maintenance is laid, and the safety ofmine hoistingand transportation is improved. Key words Hoist ; Spindle ; Reducer ; Fault Diagnosis 197 ChaoXing 煤矿现代化2020 年第 3 期总第 156 期 是热处理加工工艺出现误差引起； 在提升机启动阶段 或者是加速提升过程， 由于提升货物过重， 主轴停止 转动； 在提升机需要制动时， 突然因为制动力矩过大 或者材料质量造成主轴发生故障； 提升机匀速提升或 者减速下降时， 会因主轴体系结构不合理造成应力集 中或者超使用寿命运行。对此， 对矿井提升机主轴体 系故障类型以及发生原因进行了归纳总结， 见表 1。 表 1提升机主轴体系常见故障类型 2软件诊断故障原理 根据煤矿近些年的总结和统计采用 SQL Server 2008 建立矿井提升机主轴系统故障数据库，并将主 轴体系的故障现象、 故障原因存储在软件中的本体库 中， 将其生成 owl 文档以便调阅和查询， owl 文档优势 在于其运行是独立于系统的平台[6]， 不会受其他干扰， 导入软件系统转换格式也方便， 这样计算机软件诊断 提升机主轴体系故障有了评判的基础数据。 利用程序语言编写程序， 计算机软件自动归纳总 结提升机主轴系统常见的故障现象， 根据故障情况综 合分析发生原因以及主轴损坏程度等， 再根据故障类 型建立数据库， 根据映射关系与 owl 文档调用的文本 库进行对比分析， 这样就实现了故障数据库与本体库 的信息交流和互换， 最后通过计算机软件自动分析得 出主轴故障类型、 产生原因、 所需维修数据。 开发的 Protg4.3 软件内置矿井提升机主轴体 系故障本体库和故障类型、 产生原因数据库， 利用逻 辑语判断模型， 将监测故障数据信息与 owl 文档本体 库一一对比， 通过逻辑分析判断， 确定出矿井提升机 主轴体系故障， 为矿井维修人员奠定技术支持。 3应用研究 3.1实例分析 煤矿使用的是 JKMD3.254 （I ） A 型多绳摩擦式 提升机，该提升机主轴系统包括提升机转动主轴、 传 动部电机和减速器， 其中采用 YR1000- 14/1450 型电 机，电机轴额定转速 n1 为 550r/min；主轴体系采用 XP1120 型减速器， 其减速比 i12。 矿井提升机主轴体系中的减速器输入轴的回转 频率为 fr1n1/609.2Hz（1 ） 矿井提升机主轴体系中的减速器输出轴与滚筒 轴的回转频率为 fr2fr1/i0.764Hz（2 ） 矿井提升机主轴体系中的减速器输出轴和滚筒 轴的额定转速为 n2n1/i45r/min（3 ） 式中 fr1为减速器输入轴回转频率， Hz； fr2为输出 轴与滚筒轴回转频率， Hz； n2为输入轴与滚筒轴额定 转速， r/min。 基于计算机 Protg4.3 软件诊断矿井提升机主 轴系统故障， 主要在线监测主轴体系振动位移、 提升 机运行速度以及主轴加速度情况， 频率大小决定了主 轴运行状况 若振动频率较小， 低于 10Hz 以下， 但是 其振幅较大， 根据位移监测数据量标可知， 主轴体系 故障是由位移造成；若振动频率处于 10～1000Hz 之 间， 根据速度监测数据量标可知， 主轴体系故障是由 振动速度造成； 若振动频率高于 1000Hz， 根据加速度 监测数据量标可知， 主轴体系故障是由振动加速度造 成。为了考虑主轴体系的综合性， 还要分析主轴体系 减速器轴、 滚筒轴回转频率、 额定转速、 振动位移、 振 动速度均方根值等参数数据， 在利用软件数据中的数 据进行综合对比判定矿井提升机主轴体系故障。 3.2判断标准 提升机主轴体系振动位移、振动速度均方根值、 振动加速度判断标准[7]见表 2。 表 2提升机主轴体系参数判断标准 3.3故障诊断结果 在计算机软件中将矿井提升机主轴体系各个参 数输入，监测仪器实时监测主轴体系参数变化情况。 为了简单说明问题， 论文以主轴体系的主轴右轴承和 电机右轴承振动监测数据为例， 根据检测到的振动加 速度和振动速度大小，从数据库中调用 owl 文档进行 对比分析和逻辑判断， 从数据库中调出振动速度均方 序号故障类型造成故障的原因 1 提升机主轴停止 转动 电机故障造成； 所受载荷过大； 主轴与电机连接处 发生断裂 2提升机主轴断裂 超载；装配应力超过极限；某个位置应力过于集 中； 设计的结构不合理； 材料或者加工工艺原因； 使用时间超过寿命期限 3 提升机主轴承发 生塑性变形 受到冲击载荷； 负荷严重超载； 有杂物侵入轴承； 装配出现不良 序号类型判断范围 1 振动位移≤0.12mm≤0.2mm≤0.35mm 判断结果优秀良好合格 2 振动速度均方根值＜2min/s2～5min/s5～12min/s＞12min/s 判断结果好较好允许不允许 3 振动加速度＜0.4m/s20.4～1.0m/s2＞1.0 m/s2 判断结果良好需要注意危险情况 198 ChaoXing （上接第 196 页） [11] 刘成敏,刘红芳,王海宁,等.基于矿井通风三维仿真系统 软件的矿用空气幕选型方法 [J]. 安全与环境学报, 2015,15 （2） 68- 71. [12] 蒋仲安,罗晔,牛伟.矿井空气幕隔断巷道风流影响因素 分析及实验 [J]. 采矿与安全工程学报,2013,30 （1） 149- 153. [13] 赵玲,唐敏康,江小华.循环型空气幕送风角度对隔断巷 道风流效果影响的分析 [J]. 中国安全生产科学技术, 2015,11 （3） 34- 39. [14] 王海宁. 硐室型矿井风流调控技术 [J]. 重庆大学学报, 2012,35 （5） 126- 131. [15] 赵玲,蒋仲安.循环型矿用空气幕出口风速对隔断风流效 果影响的数值模拟 [J]. 矿业安全与环保,2011,38 （4） 18- 20. [16] 程卫民,聂文,姚玉静,等.综掘工作面旋流气幕抽吸控尘 流场的数值模拟[J].煤炭学报,2011,36 （8） 1342- 1348. [17] 谭聪,蒋仲安,王佩,等.基于数值模拟的综采面空气幕隔 尘参数优化[J].煤矿安全,2014,45 （9） 183- 186. 作者简介 闫大卫 （1985-） ， 男， 汉族， 山西省五台县人， 大学本科学 历，采煤助理工程师， 2016 年毕业于东北大学采矿工程专业。 现就职于山西西山晋兴能源有限责任公司斜沟煤矿通风科， 从事煤矿生产与矿井 “一通三防” 安全技术管理工作。 （收稿日期 2019- 6- 14） 煤矿现代化2020 年第 3 期总第 156 期 根值均超过 5.5min/s 和振动速度超过 0.4m/s2的数 据样本，在软件系统自动生成下自动对比和逻辑分 析，最后诊断的矿井提升机主轴体系故障结果如图 3 所示。 图 3提升机主轴体系故障诊断结果 主轴振动速度均方根值大于 5.5min/s 但小于 12min/s， 从主轴体系振动速度均方根值来看， 这种情 况是允许的， 说明主轴体系运行正常。但是从振动加 速度数值评判得知， 其加速度值大于了 0.4m/s2， 说明 主轴体系出现了问题。 再结合振动位移等数据综合分 析， 软件显示主轴和电机发生碰撞， 且碰撞还较为严 重。为验证计算机 Protg4.3 软件诊断结果准确性， 人工对矿井提升机主轴体系进行了检查， 经过现场核 实， 确实发现主轴与电机发生碰撞磨损， 因而才有了 参数超过限值。继续利用计算机 Protg4.3 软件分析 得出发生此种情况是主轴与电机轴装配不良、 公差设 计不合理和工况发生变化造成的。通过此表明， 基于 计算机 Protg4.3 软件诊断提升机主轴体系故障， 不 仅效率高， 而且判定准确， 实现了自动化， 为矿井提升 机主轴体系故障维修提供了理论支撑。 4结论 1 ） 根据煤矿生产实践， 总结了矿井提升机主轴体 系常见故障， 并分析了其故障发生原因。 2 ） 简单叙述了基于计算机 Protg4.3 软件分析、 判定矿井提升机主轴体系故障的原理。 3 ） 以矿井 JKMD3.254 （I ） A 型多绳摩擦式提升 机主轴体系为例， 分析了主轴体系故障诊断参数和评 判标准， 最后通过试验验证得出基于计算机软件诊断 主轴体系故障精准、 详细、 效率高， 实现了自动化， 为 矿井提升机主轴体系故障维修奠定了理论基础。 参考文献 [1] 吴海青,石瑞敏,娄玉华,等.多绳摩擦提升机主轴振动监 测与故障诊断研究[J].煤矿机械,2013,34 （8） 302- 304. [2] 董磊,石瑞敏,曾志强.基于复杂网络聚类的提升机主轴系 统故障诊断[J].振动.测试与诊断,2016,36 （4） 688- 693. [3] 杜海峰,王娜,张进华,等.基于复杂网络的故障诊断策略 [J].机械工程学报,2010,46 （3） 90- 96. [4] 季忠,黄捷,秦树人.提升小波在齿轮箱故障诊断中的应用 [J].振动.测试与,2010,30 （3） 291- 294. [5] 刘金辉,任小洪.LM算法 BP 神经网络的数控机床主轴系 统故障诊断[J].机床与液压,2015,4321193- 196. [6] 李娟莉.基于本体的矿井提升机故障诊断理论与方法[M]. 北京国防工业出版社,2015. 作者简介 张楠 （1987.09-） ， 女， 汉族， 山西襄垣人， 大学本科， 毕业 于中国矿业大学机械工程及其自动化专业，助理工程师， 研 究方向 机电自动化。 （收稿日期 2019- 8- 8 ） 199 ChaoXing