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礦用提升機天輪常見故障現象分析與監測方法研究
發布時間：
2024-03-13
來源：
王曉花
（晉能控股煤業集團馬脊梁礦，山西 大同 037027）
摘要：為更好的保障提升機天輪的安全穩定運行，本文介紹了提升機天輪常見故障現象，分析了故障原因，提出了有效監測提升機天輪運行狀況的方法，通過實時采集提升機天輪的振動信號，并對該信號進行分析處理，有助于進一步了解提升機天輪實際運行情況，及時發現提升機天輪故障隱患，更好的協助檢修人員及時高效的處理提升機天輪故障。
關鍵詞：提升機；天輪故障；原因；檢測方法中
0 引言
煤炭是我國不可缺少的重要能源之一，當前我國煤炭大都是由礦井開采而產出的。地下開采的煤炭等資源需要通過提升設備運輸到地面之上供人使用，因此礦井提升機的性能對于礦井的正常運轉具有重要意義。當前常用的礦井提升機包括以下幾種：多繩纏繞、多繩摩擦以及單繩纏繞。由于提升機提升過程中需要承受較大的載荷，載荷主要通過天輪部分進行傳遞。
天輪的結構主要包括以下幾個部分：軸承座、軸承、天輪輪體、整體天輪輪轂以及耐磨襯墊。天輪出現故障或者使用性能難以滿足實際需求，就會導致礦井提升設備難以滿足實際工作需求，嚴重的還會給工作人員的安全帶來威脅。當前對于天輪的穩定性提升以及故障處理主要集中在天輪的噪聲治理、天輪平移處理以及天輪的磨損處理 [1]。
天輪屬于重要零部件因此采用實時監測的方式進行性能的動態分析：①監測參數主要包括振動的影響，但是研究大都通過鋼絲繩的振動檢測進行，并未有詳細研究天輪振動的文獻；②檢測過程通常集中在軸承處，對于天輪的實際故障診斷意義不大； ③研究大都停留在單一的零部件，并未對天輪的整體進行分析，對于整個設備的研究不充足。針對上述問題，本文主要分析了天輪故障的監測方式以及分析方法，使得礦井提升過程的安全性以及效率得到保障 [2]。
1 煤礦提升機天輪故障分析
筆者的思路是通過故障樹的方式進行故障診斷，對于故障進行分類分析，具體流程如下：確定頂事件、建立故障樹、簡化故障樹以及定性分析。該方式的優勢在于：①天輪可能出現的故障都被設置在故障系統之內，各個故障之間都可以通過故障樹的形式進行連接，因此通過故障系統的分類分析，可以對當前天輪出現的故障進行詳細的分析，得出故障的具體位置以及產生原因，根據結果制定適當的處理方式；②采用故障樹形式，使得故障的表現形式更加的清晰，人們能夠通過圖紙準確的找到故障地點和故障成因 [3]
本文分析的天輪主要應用于多繩纏繞式礦井之中，包括完整的故障樹建立以及常見的故障分析。頂事件就是天輪出現故障；基本事件包括軸承故障、偏擺過大、噪聲過大以及天輪井架傾斜等；基本子事件包括鋼絲繩受力不均勻、變形、斷裂、外力沖擊、磨損、罐道偏移、安裝不正以及工藝缺陷等。具體的故障樹結構如圖 1 所示。
判定的方式，對于上述故障樹中的基本事件進行重要度的判定；②使用布爾代數法，將故障樹的結構進行改進，生成故障樹的最小割集；③依照最小割集，提出針對性的預防方式。
定性分析的主要目的是得出導致煤礦提升機天輪故障的最小割集 { 鋼絲繩受力不均勻 }、{ 變形 }、 { 斷裂 }、{ 軸瓦疲勞脫落 }、{ 磨損 }、{ 罐道偏移 }、 { 安裝不正 }。在故障分類明確的基礎上，得出 3 種故障特征：①軸承故障增加零部件間的摩擦，造成天輪噪聲過大；②井架安裝角度出現偏差；③天輪偏心使得擺動角度過大.
2 煤礦提升機振動信號監測
效獲得，在此基礎上對于收集的信號進行處理，得出具體的振動參數。
振動監測主要包括以下兩個部分：①設計檢測系統的軟件硬件，使得監測體系成型；②對收集的信號制定適當的處理流程。
2.1 天輪運行監測系統的構建
使用 DH5922D 動態測試信號分析儀進行振動信號的獲取，該裝置主要特點包括：采用計算機、交換機擴展使得信號的傳輸通道增加，能夠獲取多個動態信息、采用千兆以太網通訊，使得樣本的采集速度達到256 kHz/通道、整個監測系統運行穩定，抗干擾能力強、系統同時具有自檢功能以及 TEDS 功能、測量信號包括電流、溫度以及電荷等等。該設備的具體工作原理如圖 2 所示。
該裝置的相關技術指標主要包括 : 能夠配置溫度、電流、電荷等多個調理器；采用 220 V AC 電
壓進行供電；通訊接口為 USB3. 0 接口；模數轉換器選用單通道獨立 24 位 A/D 轉換器；32 通道同時進行采樣使得采樣速度達到 256 kHz/ 通道。
使用激光位移傳感器以及三通的加速度傳感器，以便天輪的實時狀態得到有效的監測，具體安裝示意如圖 3 所示。其中激光位移傳感器供電電壓為 24 V。
選定提升機速度為 0.3 m/s 的情況進行分析，使用 DHDAS 分析系統，得出具體的振動信號如下圖 4 所示。
圖 4 天輪振動信號
使用該方式將上圖采集信號機型處理，高頻段包含較多的噪聲因此濾去，只提取低頻段信號，經過濾波后的天輪振動信號具體如圖 6 所示。根據圖
6 結果不難發現，對于信號中的噪聲去除結果較好。
3 結論
- 使用故障樹的方式進行天輪的故障診斷，頂事件就是天輪出現故障；基本事件包括軸承故障、偏擺過大、噪聲過大以及天輪井架傾斜等；基本子事件包括鋼絲繩受力不均勻、變形、斷裂、外力沖擊、磨損、罐道偏移、安裝不正以及工藝缺陷等。得出 3 種故障特征 : ①軸承故障增加零部件間的摩擦，造成天輪噪聲過大；②井架安裝角度出現偏差；
③天輪偏心使得擺動角度過大。
根據上圖不難發現，采集的振動信號之中存在很多干擾，使得數據存在一定的誤差，因此要先對信號進行去噪，使用小波閾值的方式，先對干擾進行去除。去除后的信號可以通過一定的處理方式得到所需的信息，包括天輪加速度的峰度、偏度、峰峰值、均方根值、標準差、平均值、最小值以及最大值等等。依照上述信息可以進行故障分析。
- 對于振動信號的監測方式進行了分析，為了順利監測天輪的運行狀態，建立完整的系統，設置配套的軟件硬件
參考文獻：
- 原斌 . 多繩摩擦式提升機天輪裝置異響問題研究機
械管理開發，2021,36(09):33-35.
- 趙光輝，劉同欣，李玉輝，等 . 礦井提升機輻板式天輪裝置設計研究 [J]. 煤礦機械，2021,42(08):80-
82.
- 李良先 . 多繩摩擦式提升機天輪軸瓦結構改進研究
[J]. 能源與環保，2020,42(05):71-73.