煤矿带式输送机轴承监测诊断系统及应用

何坐楼

（陕煤集团神木红柳林矿业有限公司，陕西榆林 719300）

0 引言

我国煤炭资源的储存量和开采量都位居世界前列，同时，煤炭资源的使用量也位居世界前列。采用高效率的技术和现代化的开采模式成为煤炭资源开采必须使用的方法，提高煤炭产量，满足日益增加的煤炭使用量。煤矿中，带式输送机轴承监测和诊断系统的成熟度在很大程度上决定了煤炭开采的运输效率。我国煤矿的智能化开采在近十年取得了长足进步，开启了我国煤矿智能化开采的新时代。煤矿带式输送机的重要组成部分就是轴承，针对关键部件需要有非常细致的监测技术和保养技术，深入了解轴承在输送机上的应用情况和轴承监测诊断系统的特点，确保带式输送机智能化的运行，实现开采持续性和安全性的全面提高。

1 带式输送机轴承监测诊断系统的功能和特点

1.1 系统功能

1.1.1 系统概况

带式输送机轴承监测诊断系统是通过轴承的几何参数设定，应用监测感应装置采集轴承运行时的状态信号。计算机主机将所采集的信号转换为数据，实现信号存储。可以实时查阅监测诊断和报警情况，根据实际数据反映，采取相应维护保养措施。

1.1.2 系统模块及主要作用

（1）参数设定模块。主要是在人机交换平台操作，具体设置内容为轴承的型号规格和监测点位的报警门限。轴承的种类和数量都不一致，对每一种轴承的监测诊断方式虽然相同，但是对运行精度的要求不一样。在实际应用中主要是对轴承的温度和振动有报警门限，根据设备实际使用情况对各种轴承做相应的参数调整，这对系统的实际分析有着很大参考价值。

（2）图形化总体监测模块。通过系统图表可以形象反映出轴承温度和振动的实时变化情况，可以截选某一个时间段数据进行分析。图中就可以显示出轴承的温度和振动的波动范围，波形图可以按照门限范围分别用不同颜色表示，一般情况下用绿色、黄色、红色分别表示安全、警告、危险状态。

（3）报表查询模块。实时监测的情况在一定周期内会形成一份报表，以统计表格的形式分别列出这一段周期内轴承温度和振动数据，根据这些数据自动分析出最大值、最小值和平均值等。

（4）报警查询模块。这个模块主要是可以显示实时点位的报警情况和历史各点位的报警情况。可以通过报警情况做数据分析，总结影响轴承温度和振动变化的因素，系统全面地掌握所有输送机轴承报警情况。

（5）历史趋势分析模块。可以选择在一个时间点不同测点轴承的温度和振动情况，也可以选择同一个测点轴承在一段时间周期内的变化情况，通过历史数据的分析，得出总体的数据变化趋势。

（6）诊断分析模块。轴承的诊断分析方式较多，一般采用频谱分析和包络谱分析，分析模块可以离线操作，为用户分析数据提供便利。

（7）诊断报告模块。可以把监测到的数据形成一份诊断报告，便于查阅和存档

（8）在线操作帮助模块。如遇到一些操作问题，可以通过在线操作模块进行查阅，此模块中详细讲解了每一个模块具体的操作方法和步骤。而且还收集了许多用户在使用过程中遇到的问题，便于用户能够更好地解决当前问题，节约操作时间。

1.2 系统特点

1.2.1 抗干扰能力强

带式输送机轴承监测诊断系统采用的测振动传感器是矿用本安型振动加速传感器，通过电流输出，比其他输出方式更具有稳定性，以及更强的抗干扰能力，不会受到周边环境影响。在煤矿开采环境中，噪声较大、环境比较复杂，这种传感器更能够适应这种环境。测量轴承温度使用温度传感器，其使用检测探头将温度信号转换为电信号，以确保温度信息传递的真实性，不会受到传输线路环境的影响。

1.2.2 监测诊断功能丰富多样

带式输送机轴承监测诊断系统通过8 个模块完成对轴承数据的全面统计。可以使企业更好监测轴承使用情况，为企业制定预防性维护方案提供可靠的数据依据。

1.2.3 状态显示直观

带式输送机轴承监测诊断系统中有一个图形化总体监测模块和历史趋势分析模块。可以对输送机轴承的温度和振动实时监测，利用频谱图直观看出轴承目前使用状况，更便于企业做预防性的维修方案。

2 带式输送机轴承故障诊断方法

2.1 第二代小波解调分析法

第二代小波解调分析法是一种时频分析技术，比较适用于煤矿这种恶劣环境的场所，而且输送机皮带需要监测的数据是连续性的，这种分析法都能够满足这些条件限制。第二代小波解调分析法是提取高频衰减振动中的低频信号，获取轴承的故障特征。这种分析法具有下列优点。

（1）高度匹配性。轴承在完好状态时呈现比较平稳的波形，在轴承局部受损或脱落的故障情况下，损伤处会影响振动信号的衰减。第二代小波解调分析法中的尺度函数和小波函数形状和轴承的受损形状保持一致，在很大程度上提高了分析精度。

（2）放大性。第二代小波解调分析法的函数呈现对称性，可以捕捉到信号的任何细节，通过对波形的分解，可以放大波形图，使得故障情况被放大，突出本来不明显的故障特征。

（3）分频性。第二代小波是多个互相衔接的通滤波组合而成，它将不同信号分散到各个频谱中，通过放大某一频谱，可以更加容易观察出轴承的特征。

（4）分离性。轴承中获得的信号一般都是调制信号，通过第二代小波分解，然后进行包络解调，可以把故障信号从所有的采集信号中分离出来，提取轴承受损部位的波形特征。

总的来说，第二代小波解调分析法可以把轴承的受损情况信号特征分离出来，放大受损情况的特征。便于技术人员观察和检测轴承的具体故障，可以尽快完成对轴承的维护保养或者更换工作。

2.2 混合智能诊断技术

混合智能诊断技术是结合轴承监测系统和自动化智能化技术，既可以满足轴承的监测诊断，又可以减少人员的投入，节约监测成本。混合智能诊断技术通过精密传感器传递轴承信号，完好轴承和故障轴承的频谱图可能在一般的示波器中不太明显，混合智能技术采用频谱分析，放大区域频谱图，根据波形和轴承损耗形态一致的规律，可以判定出轴承磨损或损耗的具体情况。检测诊断工作者可以根据诊断现象和诊断结果制定进一步的维护措施，提高带式输送机的运输效率，提高煤矿的实际产量。

智能诊断技术是根据上层控制系统的需求指令自动进行调度，通过智能化技术对轴承的温度和振动进行感知。整个工作面实现设备的自感知、控制调节和动作，完成轴承检测诊断等过程。整个环节中，无人工参与操作，全部都是依赖于设备的自我感知，实现监测诊断工作。这种模式是采煤事业发展的终极目标，是技术发展的最高境界，但目前由于某些核心的技术和控制方式没有得到突破，使得混合智能诊断技术没有得到广泛应用，目前只应用了部分技术，在今后发展规划中，整合所有的混合智能诊断技术，形成一套完整的技术模式，是采煤事业长远发展的必经之路。

3 带式输送机轴承监测诊断系统功能的改善意见

3.1 提高输送机轴承监测诊断技术的创新意识

现代煤矿机电结合了计算机技术、自动化控制技术、信息技术、机械技术等多个学科知识，充分提炼出比较重要的信息。煤矿企业的发展与监测诊断技术的成熟度紧密联系，带式输送机是运煤的有效保障，也是产煤主要途径。如果煤矿企业充分使用轴承监测诊断的先进技术，采煤运输效率会得到大大提高。也正是监测诊断技术的大量推广，节约了很大一部分人力，为煤矿企业节约了生产成本。在单位时间内，扩大了煤矿开采量，降低了生产成本，为企业创造了更为可观的经济效益。

3.2 建立健全轴承监测诊断的管理体系

轴承监测诊断能够对带式输送机各个轴承内部全面布控，对带式输送机任何轴承都可以实时监控，能够根据实际需求进行调度。现代化的管理要求科学性、合理性和可持续性，利用计算机相关技术知识统筹设备和人员的工作，减少了人力资源，可以从客观上得到实时的监测数据和诊断情况。煤矿企业只要做好管理工作，坚持技术革新，就能够增强竞争力，完善管理机制，在相同竞争压力下，能够取得更好效益。煤矿行业都积极向未来发展看齐，最新的技术要求和完善的管理机制体系促进自身的素质和竞争力的提高。

3.3 轴承监测诊断系统的自动化、智能化发展

煤矿现场管理者应充分利用煤矿带式输送机轴承的特点，对输送机轴承内的一切环境进行勘探，针对环境做出相应的决策措施。利用计算机信息技术和网络技术，轴承周边的每一个角落都能实时监控，保证监控指挥中心与矿内工作的人员信息畅通，便于控制中心发号指令，对输送机区域的员工进行统一安排、管理和调度。改变传统管理模式，使得管理和监测更具自动化、智能化。只要科学的规划和合理的布局，按照要求应用好轴承监测诊断技术的一切功能，便可以提高整个煤矿企业的管理水平和优化人员调度。提高煤矿开采工作的安全系数，从根本上预防意外的发生，减少安全事故。

4 结束语

随着社会的快速发展，输送机轴承监测诊断系统已经大力推动了煤矿开采工作的进步，煤矿输送机轴承诊断管理工作也应该逐步向自动智能化方向发展。在国际大环境下，我国的煤矿企业应该对自身有更高要求，形成健康的制度和企业文化，用创新的思维管理煤矿，这样才能提高自身的竞争力。