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礦井提升機主軸實時監測與故障診斷系統研究

發布時間:時間:2020/11/7 14:02:28人氣:

礦井提升機主軸實時監測與故障診斷系統研究


一、設備故障診斷的必要性


       隨著社會的進步和現代生產的飛速發展,機械的結構日益復雜,功能更加完善。但是由于很多不利因素的存在,設備故障不可避免的出現,導致了機器降低功能或者功能失效。

       目前主要由兩個方面來決定設備運行的可靠性與安全性,首先是完成生產中設計和制造的性能要求,采用可靠的設計方法和具有安全性的措施;然后就是實現關于設備的運行管理和診斷的有關舉措。目前,對設備進行監測診斷已經變成保證設備穩定運行的必要途徑。對機械設備進行故障監測和診斷,能提前對出現的異常情況或者故障得出診斷結果,進而實現對運行故障的預防和消除。對設備的運行進行一定的引導,將故障損失降至{**}低,設備的運行更加安全可靠,促使設備達到{**}大的生產能力,使其工作壽命得到延長。通過狀態監測和故障分析,還能為設備提供關于結構改造設計、優化及制造有用的信息。

       伴隨著傳感信息技術、信號處理技術、微型電子技術、計算機技術及現代控制測量技術等學科的迅猛發展,各類機械設備都已經開始在診斷方面廣泛應用故障診斷技術,而且國家相關部門和不少企業及科研單位都將精力傾注在設備故障監測和診斷技術上。


二、提升機主軸主要故障形式


1、不平衡

       轉子的不平衡是旋轉機械運行中經常出現的故障。安裝在轉軸上的各種零部件,因為材料質地的不均勻,制造過程中產生的誤差,裝配過程中的偏心,以及在運行中造成的磨損與變形,黏著物體的不均勻分布等都可能使轉子部件出現偏移質心的現象,這些都是造成不平衡振動的原因。

2、不對中

       當軸承圈體配合出現間隙,支承座出現變形,軸承座安裝質心出現不同軸等,都將導致轉子的不對中。轉子不對中現象出現時,彎曲力矩將隨之產生,軸承此時會承受一定的變動載荷,其上的負荷也會分布不均,{**}終這些因素將導致設備出現劇烈的振動,所造成的后果包括轉軸的破損、軸承裂紋的產生、安裝螺栓的斷裂、轉動部件之間的磨損等[12]。

3、軸裂紋

       轉軸在運行過程中,如果處在動載荷的工作環境下,會使軸出現疲勞損傷,造成裂紋的出現;假如在設計制造中,轉軸本身由于加工失誤或環境侵蝕,這些原因都將致使裂紋故障的發生。

4、摩擦

       一般是指轉子部件之間運行時所產生的碰磨現象。徑向摩擦是生產中主要的摩擦形式,端面摩擦的狀況一般很少出現。前者故障很普遍,例如定子和轉子之間的摩擦,轉子與隔板的摩擦,軸承圈體與軸承座之間的摩擦,以及由于安裝因素造成的轉子和其它部件產生的摩擦等。


三、系統設計概述


      基于對礦井提升機主軸運行狀態所設計開發的,系統能對主軸進行監測,并對可能會發生的故障進行診斷,所以在進行系統設計時,必須考慮使系統能達到規定的要求。


1 、系統的設計要求


       為了可以使故障監測診斷系統能有效地對主軸進行狀態監測,對其診斷可能發生的故障,系統應該達到如下要求:

       (1)、系統能進行數據高速實時采集,達到不遺漏設備狀態的信息的要求。同時能對采集的數據進行存儲,用來更進一步對故障信號進行分析,提取振動信號的特征,對主軸故障的位置及程度做出診斷。

       (2)、在運行過程中,系統能對主軸設備狀態進行實時監測,對設備運行狀態進行初步診斷,實現設備故障有無的判斷,并在出現故障時進行報警。

       (3)、系統要能對故障信號分別運用不同方法,從多角度進行分析,準確提取故障信號的特征,給主軸設備的診斷提供依據。


2、系統的設計原則


      在系統設計的過程中,不僅要保證系統達到診斷主軸故障的要求,同時還要遵循必要的設計原則,使系統在實現功能的情況下,其操作、維護盡量變得簡單,保證系統性能可靠、穩定。

本系統在進行設計時,要盡量遵循以下的設計原則:

      (1)易操作性。由于系統用戶在運用計算機方面水平存在差異,系統界面在設計時就要盡量的友好,操作盡可能的簡單。因此在系統設計時要多采用按鈕、組合

框等簡單操作的控件,使用戶在使用時一目了然。

      (2)可維護性。為了易于系統用戶了解內部過程和軟件結構,系統在設計的時候,編寫程序要保持良好的程序設計風格,盡可能采用結構化設計和模塊化程序結構;同時在模塊間盡量采用低耦合、高內聚的設計思路,便于維護系統。

      (3)安全性。當采集的數據不符合要求理或者系統出現故障時,程序應有一定的抗干擾能力,避免系統出現運行錯誤或者癱瘓。


四、系統設計主要結構組成


        主軸狀態監測及故障診斷系統主要是對振動量、振動的頻譜和能量分布進行測 定,再進行實時采集,運用 LabVIEW 建立的軟件系統進行監測與診斷分析。故障診斷系統由硬件與軟件兩大部分構成。硬件部分由加速度傳感器、旋轉編 碼器、信號預調理儀、轉接端子、數據采集卡、計算機組成;軟件部分包括了數據 采集模塊、信號實時顯示和狀態監測模塊、特征頻率計算模塊、數據分析和診斷模 塊、信號與狀態存儲模塊。



1 、數據采集模塊



2、轉速測量程序


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3 、時域狀態監測


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4 、提升機狀態監測


        狀態監測是一種對設備進行特性監測的技術和過程,通過對故障特征信號的提取,被監測設備特性的趨勢或變化可判斷故障的維護需要,或者評估設備的運行狀 況。 進行狀態監測的主要目的之一就是判斷設備故障的有無。本系統為完成此任務 設計了越限監測模塊,它選擇時域狀態值對時域波形進行報警。越限監測模塊的設 計原理只是簡單的對狀態值進行比較,其主要問題是對域值的設定。

       此模塊中的域 值設定是在系統建立后,應用采集系統采集正常主軸的振動信號,經過一段時間運行后,對時域狀態值做統計,根據統計的結果來確定此模塊的報警域值。 在設備運行過程中,所產生的時域狀態值超過預定的域值,則可以據此初步判 斷設備存在故障。

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