尹计修

摘 要：随着国家对煤矿资源的大量开采，越来越多的煤矿设备被应用到煤矿的开采中。在煤矿开采后，由于原煤中夹杂着较多的煤矸石及其他杂质，需要通过专门的设备对其进行洗选分离。振动筛是實现煤矿洗选分离工艺的关键设备，主要负责原煤分级、洗涤后脱水脱介等作用。但在实际运行过程中，振动筛经常出现弹簧偏载、轴承温度过高、侧板及横梁开裂等问题。

关键词：煤矿;振动筛;故障诊断系统;设计

引言

振动筛是洗煤厂的核心设备，在煤炭分层洗涤过程中，振动筛由于长时间运转，经常出现弹簧偏载、轴承温度过高、侧板及横梁开裂等问题，其结构发生故障，严重影响振动筛的正常运行，极易发生井下安全事故。因此，对矿用振动筛进行故障诊断尤为重要。

1振动筛结构及工作原理

矿用振动筛作为煤矿中的重要设备，其结构主要由驱动系统中的驱动电机和激振器，激振系统中的轴承、偏心块、齿轮等，隔振系统中的弹簧，以及振动筛的筛箱等部分组成。工作原理为：驱动电机转动，将驱动力输出至偏心块上，偏心块带动激振器的另一端轴进行旋转，由此，将动力传输至另外一端的偏心块上，形成一定大小的追随力矩，当追随力矩达到一定大小时，将会使偏心块产生惯性离心力，并沿不同方向进行作用力的相互抵消和叠加，最终形成同一方向的激振力;当此力作用于筛箱上时，可驱动筛箱做直线型的往复振动运动，所运输的煤炭进入振动筛中，即可将煤炭进行振动筛选分类，实现煤炭的筛选作业。

2矿用振动筛异常振动的故障诊断系统研究

2.1软件系统

振动筛故障诊断系统的软件系统主要由信号获取、数据采集、数据分析、故障诊断及数据管理等模块组成，具有如下功能：1）通过安装的传感器设备，可实现对驱动电机与筛箱振动、激振器轴承温度及其他数据的监测和获取，并定时保存于数据中。2）通过设计的自身学习功能，可完成对筛箱及电机振动、轴承温度过高等故障的报警提示并发出相应保护措施。3）可将监测信号进行实时图形显示，完成对弹簧一致性、异常振动现象及轴承运行状态的实现监控。4）针对所建立的故障库，可根据故障出现的次数、频率及严重程度进行故障诊断和维护，并针对故障进行及时修改或增加措施功能。

2.2远程检测设计

当前，有效将计算机技术、网络技术、传感器检测技术等进行结合，是实现设备远程监测控制的发展方向。为此，在此故障诊断系统中，采用了Lab-VIEW软件进行发布在诊断系统的网络中，利用B/S网络模式，进行系统的远程监控设计。通讯协议则采用了TCP/IP协议通讯，远程监控系统的数据则利用Web进行发布，用户端上通过安装的浏览器，输入相应的IP地址，即可实现对服务器的地址访问。为有效避免与其他控制系统的HTTP端口相互干涉，在程序中设计了一个1024端口号来解决此问题。

2.3异常振动现象监测

振动筛在加工生产过程中，由于其自身结构件的加工误差、零件装配误差、自身结构的振动作用、振动力矩的不平衡等原因，极易使振动筛在工作过程中发生异常的振动现象，甚至引起整套系统产生较大的共振作用，其异常振动现象主要表现为煤矿颗粒的跑偏、振动方向的偏差和运动节奏的紊乱，严重影响着振动筛的使用寿命和运行安全。因此，需对其使用过程中的异常振动现象进行监测。

2.4诊断系统的功能设计

针对振动筛的常见故障类型，所建立的故障诊断系统需具备如下功能：1）由于振动筛运行过程中的故障检测点相对较多，因此，该诊断系统需对振动筛上的振动情况、工作温度、工作压力、轴承磨损情况等各类数据进行实时采集，并通过数据转换、干扰信号过滤隔离、信号放大等操作，对数据信号进行分析处理，及时向相关执行机构发出控制或减小故障发生率的控制措施，并对运行数据进行实时保存。2）为更加直观方便地对振动筛运行情况进行分析处理，需设计人机显示界面，将振动筛的运行数据在显示界面上进行实时显示，并绘制成动态变化曲线，根据振动筛的故障程度大小，发出不同等级的声光报警提示，直观显示故障类型及发生位置，以方便操作人员准确把控振动筛的运行情况。3）需设计专门的数据管理层和维护层，高效、准确地对系统中的运行数据、故障数据等进行统一汇总管理，当需要对系统中的程序进行更改或更新时，可通过便捷接口，快速对程序进行修改，同时，方便后期对振动筛运行情况的故障分析和处理，以进一步对振动筛故障诊断系统进行升级完善。

2.5系统硬件设计

结合振动筛的结构特点及振动情况，开展了该设备故障诊断系统的设计研究。所设计的诊断系统包括了数据采集模块、数据处理模块、远程控制中心、数据分析模块、工控机、显示屏等组成，主要负责对振动筛作业过程出现的异常故障情况进行实时诊断;其中，诊断系统的硬件部分数据采集卡选用了NI公司的高速采集卡及MOXA的多串口智能电量采集卡，主要负责对数据的实时采集。传感器则选用了4个振动加速度传感器、2个温度传感器及1个电量传感器等，振动传感器可实现对设备X、Y、Z轴方向的振动信号进行检测;温度传感器则固定在激振器上的温度进行检测;电量传感器则主要对驱动电机的电压及电流参数进行检测。整套系统包括了数据采集、故障诊断、诊断报警及数据管理存储等功能，所有采集数据能定时及时保存在数据库中;当检测到相关参数出现超限情况时，该系统能及时发出报警提示，并通过显示屏进行故障的实时显示，人员可根据故障情况快速进行故障排除维修。另外，选用了金属磁记忆检测设备对振动筛箱的裂纹进行探伤检测，测量范围为±2000A/m。最大测量步长为128mm。也实现了对振动筛的远程监控访问，方便了后期对系统的集中管理及数据收集。

3诊断系统现场测试研究

针对建立的振动筛故障诊断系统，为进一步验证该系统的可靠性，将其在煤矿进行了为期半年的测试研究。在整个测试过程中，振动筛运行正常，设备中各部件均未出现故障问题，而故障诊断系统所检测到的信息也与振动筛的实际运行情况一致。在该测试过程中，诊断系统能将振动筛中的各部位工作温度及室内温度进行实时显示，并将检测到的振动筛振动情况、弹簧一致性运动情况、驱动电机的工作电压和电流等数据信息实时地显示在界面中，且整个过程具有较快的信号响应速度，诊断检测功能也更加齐全。由此，验证了该故障诊断系统具有较高的运行稳定性和可行性，能更好地满足振动筛复杂工作环境的使用需求，可在其它煤矿中进行推广应用。

结语

随着控制技术的不断发展，不断对振动筛的故障情况进行实时、高效诊断，降低设备的故障发生率，是当前控制系统不断升级改进的重要任务。为此，结合振动筛结构特点及异常振动情况，开展了振动筛故障诊断系统的总体设计及关键分系统研究，并对该系统进行了为期 6 个月的应用测试，测试结果表明：该故障诊断系统运行更加稳定，故障诊断功能更全面，能精准地将所采集的振动筛相关信号进行实时显示，并对异常情况进行报警，大大降低了设备的故障发生率和故障检修时间，人员劳动强度也明显降低。

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