基于小波分析的煤矿皮带输送机打滑故障远程监测方法

文/王保国

小波分析理论经过了多年的快速发展，在数字图像处理和故障诊断等众多领域得到成功应用，本次利用小波滤波器的非理想频域特性，对煤矿皮带输送机打滑故障进行远程监测。

皮带输送机具有输送力大、低成本的优势，所以在各种规模的煤炭生产中被广泛应用，逐渐成为煤矿井上的主要运输工具。传统的皮带输送机打滑故障远程监测方法的故障率高，无法满足发展的需求。为此，针对传统监测方法存在的缺陷，提出基于小波分析的煤矿皮带输送机打滑故障远程监测方法。该方法是通过整合煤矿生产环境的各项参数对其进行集中控制的，它能够有效获取煤矿皮带输送机打滑故障的参数，技术人员可以根据获取的参数进行分析，得到可靠的解决方案，有效降低故障率的发生。

1 煤矿皮带输送机打滑故障远程监测方法设计

1.1 小波分析煤矿皮带输送机打滑故障状态事件筛选

在煤矿皮带输送机结构中，输送带是牵引结构，在工作的过程中，如果输送机出现打滑故障，就需要工作人员重点监护，否则会引发安全事故，比如着火等。

为了降低煤矿皮带输送机打滑的概率，对这些故障进行筛选和分析。

输送带的纵向拉力是由钢丝绳承受的，所以需要具备较强的拉伸强度，才能将若干条带段连接起来，如果输送机拉力强度不够，就容易在接头处发生横向断裂，不过，造成输送机故障的原因有很多，其最根本的原因是由于输送带两侧受力不平衡，导致皮带输送机打滑故障。造成这种受力不平衡的原因有两方面，一方面，是输送机自身的质量问题，输送机是由若干条带段连接起来的，有可能会出现接口错位的现象。如果输送带被拉紧时，受力不均，就容易发生故障。第二，输送带张力不足，很容易受外力的影响，出现故障。

表1：实验参数

打滑故障是当输送带与传动滚筒之间的滑差率增大时产生的，若发生这种现象，说明输送机的驱动装置动力不足，无法传递给输送带，导致生产效率低，无法满足生产需求。面对相对严重的状况时，若不及时采取有效的措施，是很容易引起输送带着火的，因此，需要对煤矿皮带输送机打滑故障进行远程监测。在皮带输送机的设计方程中，为了防止输送带打滑，在回程带的设计上，要满足下式要求；

其中，Dh表示煤矿输送带在回程带上的张力，表示输送机上的启动系数，FU表示传动滚筒上所需的圆周驱动力，表示输送带与传动滚筒之间的摩擦因数。对于已经确定的输送机而言，若启动的系数 的范围内，而且在传动滚筒上的摩擦因数是不变的，所以启动与摩擦因数对煤矿皮带输送打滑的影响可以忽略不计。在分析公式（1）可知，煤矿皮带输送机打滑与输送带张力Dh和摩擦因数这两种因素有关。

1.2 实现煤矿皮带输送机打滑故障远程监测

利用小波分析算法确定输送机异常运行的故障原因，在进行远程监测时，要先采集皮带输送机的振动信息，通过分析轴承的振动信号，识别出监测对象的故障频率。最后，在知识库中搜索故障特征，在经过筛选后，将故障类型进行正反向推理，并将输入信号的振动特征与知识库的故障类型进行对比分析，从而得出相似的故障类型，最后，经过反复的推敲，确定打滑故障的主要原因。

图1：煤矿皮带输送机打滑故障远程监测结构图

图2：实验对比结果

在筛选煤矿皮带输送机打滑故障状态事件后，运用小波分析对煤矿皮带输送机打滑故障进行远程监测。考虑到煤矿现场条件，需要结合实际需求，对煤矿皮带输送机打滑故障进行远程检测。

图1为煤矿皮带输送机打滑故障远程监测结构图。

由图1可知，煤矿皮带输送机打滑故障远程监测是由安全监测分站和主站组成的，为了监测输送机的运行状态，设计了两种远程监测方式，第一种，安装传感器，将被测物理量转换为传输的电量信号。第二种，是以巡检的方式，获取人的感官。这两种方式都能够将获得的电量信号转化为数字信号，但最后都需要经过进一步处理。建立的监测分站主要是负责采集煤矿皮带输送机沿线的传感器信号，而监测分站2是负责采集周围环境的危险气体，同时，还能检查到故障现象的具体位置。最后，处理器会将采集的信息上传到主站，在由主站对采集的数据进行进一步分析。由此，实现煤矿皮带输送机打滑故障远程监测。

2 实验分析

本次实验，为验证基于小波分析的煤矿皮带输送机打滑故障远程监测方法应用价值，采用数值对比的方式，将传统的方法设为对照组，设基于小波分析的煤矿皮带输送机打滑故障远程监测方法为实验组，在通过数值对比的方式，验证所提方法的有效性。

2.1 实验参数

在测试的过程中，对基于小波分析的煤矿皮带输送机打滑故障远程监测方法的故障率进行测试，在数据库中随机抽取两个传感器的主要参数，如表1所示。

2.2 实验结果

传统的监测方法和基于小波分析的煤矿皮带输送机打滑故障远程监测方法故障率对比结果，如图2所示。

由图2实验对比结果可知，煤矿的环境并不会对远程监测造成太大的影响，几乎可以忽略，从实验结果可以看出，在参数相同的情况下，采用本文设计的方法故障率更低，可以对某些故障起到预防作用，还能针对故障发生原因制定监测方案，从而减小故障带来的危害。

综上所述，所提方法可以对煤矿皮带输送机打滑故障进行远程监测。

3 结束语

基于小波分析的煤矿皮带输送机打滑故障远程监测方法可以保证煤矿安全生产，文章针对传统监测方法存在的缺陷，对皮带输送机主要的安全隐患进行分析，还阐述了分站与主站之间的通信方案，以此确定远程监测的数据传输方式。最后通过实验论证，文章所提方法故障率更低，具有一定的推广价值。