郑东旭 章建林

湖南有色金属职业技术学院机电工程系

基于数据挖掘技术的矿井提升机故障诊断研究

郑东旭 章建林

湖南有色金属职业技术学院机电工程系

数据挖掘技术的使用给当前国内金属矿开采单位注入了巨大的活力，不但让金属矿开采企业提升了日常生产作业的效率，而且还在安全性上给予了极大提升。矿井提升机作为金属矿开采作业中的重要机械设备，将数据挖掘技术应用其中将能够快速实现故障信息的获取与诊断，从而帮助金属矿开采企业减少设备维修的停工损失。在本文中作者结合自身多年从事该领域研究经验，在对大量文献进行阅读与研究基础上，基于数据挖掘技术对矿井提升机故障诊断系统设计开展研究。

数据挖掘；矿井提升机；故障诊断；技术研究

1 引言

面对不断扩充的城市规模、不断优化的城市配套网络、不断更新的家用电器设备等，能源的消耗也变得更加庞大。然而，在超前开采资源、使用资源的今天，使物质资源的总量逐年减少，能源的合理开采与使用就变成一个极为富有研究价值的课题。金属矿开采企业作为社会主要能源材料的生产者，由于金属矿及附属资源的开发和利用地位较高，从而使其也不得不面对当前的市场需求谋求新的管理运营与技术改良策略，以便于契合国家社会主义新城市建设的宏伟蓝图。矿井提升机作为当前金属矿生产过程中的关键设备之一，其不但能够让金属矿开采单位日常生产作业效率提升，而且能在金属矿开采安全生产中起到巨大推动作用。由于矿井提升机在日常工作过程中会产生大量设备的监测数据，那么通过将数据挖掘技术引入到矿井提升机的操作系统中，将能够帮助矿井提升机日常故障诊断监测系统的建立，从而为保证有色金属企业的安全生产带来巨大帮助。

2 矿井提升机常见故障研究

有色金属生产单位所使用的矿井提升机通常由6个部分所组成，其中包括：机械制动系统、机械传统系统、机械拖动控制系统、机械自动保护系统、机械润滑系统、机械观测及操作系统及相关辅助系统等。经过实践的使用与调查，学术界发现矿井提升机的常见故障存在于机械传动及制动系统中。并且，一旦故障出现，将能够在矿井提升机监测信号的时频域中得以反映。

对于矿井提升机传动系统的常见故障而言，其主要包括：（1）转子系统的不平衡。产生这一问题的原因通常是由于转子系统的转轴部位出现了一些故障；（2）轴承系统的故障。该系统所出现的故障通常为轴承部位的振动过大。产生原因一方面可能是由于本身的振动频率过大导致对固有频率的检测较为困难，从而产生故障。另一方面使由于轴承元件部位的表面频率的检测失效导致。

对于矿井提升机制动系统的常见故障而言，其主要包括三个方面：（1）提升机制动系统中的制动力矩出现失效故障；（2）制动系统中的松闸出现失效故障；（3）制动系统中的制动器由于空动时长过多产生故障等。产生这些因素的主要原因在于矿井提升机内部的制动系统通常会由于日常工作而出现低速运行、重载运行、振动运行等特点条件，从而容易导致最终机械运行出现失效问题。

3 矿井提升机故障诊断系统的设计与实现

当前将数据挖掘技术应用于对矿井提升机进行故障诊断系统的建设时，通常会使用LabVIEW9.0、MySQL的数据管理系统，以及Weka的数据挖掘平台三个重要技术支撑进行故障诊断系统的开发。在此过程中，为了保证矿井提升机故障诊断系统的完善程度，会构建四大模块，具体包括：实现对信号收集及储存的模块、对整体系统进行管理的模块、对系统运行实现在线监控的模块、对数据进行获取与挖掘诊断模块。

针对实现信息收集及储存的模块。在实际进行传动和制动系统的测量中，通常应当将被检测点所在位置设置在极为靠近设备的核心部位附近，从而将能够实现对矿井提升机现有发生故障频率较高部位是否存在故障进行有效监控。并且，还应当确保检测装置有较高的刚度，从而便于实现对整个系统的准确检测。

针对整体系统开展管理的模块。这一模块对其他模块的正常运行起到重要的管理保障作用。因此在设计过程中应当从当前机械使用的整体出发，以确保系统中数据储存的高质量，并尽量的减少系统中数据信息的冗余，减少系统设计不完善造成的数据丢失和作业浪费。

针对整体系统实现在线监控的模块。在对这个模块进行开发中，应当保证其能够反映出整个系统现有的状态，并能够使监控人员对矿井提升机的工作状况给予直观了解。在此过程中应当将在线检测模块根据三个部分进行设计，并从数据的采集到处理，再到显示实现数据信息的程序化显示。并对最终显示模块设计状态监测界面、实时曲线与特征参量界面、报警阈值设置界面等便于直观数据反映。

针对实现数据获取与挖掘诊断的模块。该模块的开发应当综合使用专业数据的挖掘软件Weka以及虚拟的仪器Labview。在进行模块设计时应规划以下流程：实际操作中，数据获取系统能够准确收集到由检测模块反馈的信息与数据，并经过使用Labview的小波工具包实现对数据的抽茧剥丝，从而获取到系统所需目标数据，并经过对现有阈值及参数的对比，实现对故障原因及部位的确认。

4 结论

通过上文的研究，可以发现，矿井提升机作为有色金属企业日常生产中的重要机械设备，其能否稳定高效运行将直接关系到有色金属生产企业的业绩增长和企业增值。然而，由于矿井提升机在日常工作过程中会产生大量相关信息与数据，如果不借助有效的系统将极为容易忽略与设备故障有关信息。使用数据挖掘技术，将其应用于矿井提升机的系统参数设置与运行反馈系统中，将能够极大增强数据获取与分析的能力，并建立矿井提升机故障检测与诊断系统，从而为保证有色金属开采企业运行安全性与效率的双增强。

[1] 数据挖掘技术在犯罪分析中的研究与应用[D].赵海东.中国海洋大学,2014.

[2] 数据挖掘技术在客户维系工作中的应用研究[D].卢嘉玺.福州大学,2014.

郑东旭，1977.11，女，汉，河北廊坊，讲师，研究生，主要从事机电一体化教学、科研工作。

”：2017年湖南省教育厅科学研究项目“基于SOM神经网络的矿井提升机故障诊断技术研究”