煤矿提升机运行监测及故障诊断方法的研究

王鹏凯

（潞安集团漳村煤矿，山西长治 046000）

0 引言

煤矿业的产能与现代化、机械化的煤矿提升机紧密相连，这让煤矿提升机成为煤矿生产中不可或缺的设备之一，煤矿的经济效益与其平稳高效率的工作紧密相连。现代矿井机械化的程度日渐提高，煤矿提升机的机械构造愈来愈精密，单个零件一旦出现错误，则有可能导致提升机不能正常工作。因此，该项研究对提高煤矿经济效益有着非同寻常的意义。

此项研究的众多研究者已经获得了多项重要结论，研究者采用特殊的模糊神经网络，从样本中剔除冗余和不可能的故障数据，在剩余的数据中对异样数据进行处理。研究人员利用MATLAB软件对矿井提升机进行了分析，对其中的液压制动系统的具体故障进行了剖析，研究了矿井提升机制动系统故障诊断的发展历史。此项研究为矿井提升机的网络层面和现实操控方面提供了技术支持，同时指出了此系统之前存在的不足之处，目前正在积极维护与更新中。

1 矿井提升机常见故障形式及事故类型

1.1 矿井提升机一般故障

（1）主轴装置常见故障。辊皮裂开无法工作、卷筒产生噪声、卷筒偏摆不正常过大、轴瓦温度过高导致被烧损、主轴无法承受工作动力断裂、轴承温度过高无法正常工作。

（2）齿轮常见故障。齿轮之间不平衡导致齿轮产生误差影响系统工作，局部齿轮异常包括齿轮不同轴、齿轮偏心和有均匀磨损齿轮不可正常工作。

（3）减速器常见故障。驱动轴发生断裂或弯曲、齿轮产生轻微振动或发出的噪声过大、轴承非正常工作下过热、滑动轴承无法承受力道导致断裂、齿轮非正常工作下发生打磨。

（4）常见电机故障。电机超速导致电机轴承过热，轴承产生不正常声音，其他情况如温度过高、不契合和滚动过快或过慢、电机过流和电机失速。

（5）液压制动系统常见故障。液压系统压力不稳定、液压系统突然失压、残余压力过大、制动油产生的压力达不到要求值、制动器空转时间过长、刹车时刹车油没有产生合适的压力、刹车扭矩不足、制动时间不在正常值内。

1.2 提升机常见故障代码制表

设计了提升机常见故障代码制表，并建立数据库。本文建立了故障代码准备表，查表均为故障地址及类型的首字母（大写）。

2 矿井提升机监测参数确定

本文主要对主轴装置、减速器、电机和制动系统进行了监控。根据《煤矿安全规程》及启闭机常见机械故障模式的有关规定，监测的主要参数和相关判断异常依据如表1所示。

?

由于启闭机在工作中有级别区分，需要充分考虑实际参数，再固定好制动油的压力值。

3 提升机故障诊断方法

根据样本的特点，研究出了采用串并联混合方式设计的提升机综合神经网络结构。这是一种基于集成神经网络的故障诊断方法，设计构造如图1所示。

图1 提升机集成神经网络的结构

由图1可知，矿用提升机由3级网络集成神经网络结构组成，其中子网络的并联组成了Ⅱ级网络。Ⅲ级网络输入网络，根据Ⅱ级网络提供诊断结果，确定置信度，从而得出较大的置信度。确定故障类型，最终得出结论。

3.1 矿用提升机子网络的组建原则

矿井提升机的综合神经网络由众多子网络系统构成。输出/输入数据和子网络结果是很重要的数据，这些数据关系着矿井提升机综合神经网络诊断效果的精确率。

图2所示为集成神经网络融合，Y为矿用提升机整个网络的输出。

图2 矿井提升机集成神经网络融合结构

为提高系统的精度，子网结构的原理是：NNi样本数据输出特征向量的线性相关需要尽可能小；NNii数据样本采集的训练系统模型与NNi的数据神经网络系统模型应该有不同点。

3.2 矿井提升机子网络建立

选择网络的初始值、隐层、输出层和输入层的神经元数目，利用BP神经网络并构建矿井提升机综合神经网络的子神经网络是设计的主要工作。BP网络结构如图3所示。

图3 BP网络结构

本文以提升机硬件监控系统为基础，通过对制动系统故障的研究，对BP子网进行诊断。提取了10个制动系统性能数据，主要用于制动横摆量、制动正压、液压站油温、空转时间、弹簧力、闸瓦温度、液压站油压、闸瓦装配开关、闸瓦间隙、系统余压。

子网2输入层：闸瓦温度、闸瓦安装开关、弹簧力、液压站油压、闸瓦间隙。输出节点：闸瓦温度不正常、制动力矩不正常、制动力矩不正常、闸瓦间隙不正常、闸瓦磨损不正常、制动缸不正常、弹簧疲劳不正常、制动不正常、油压不正常、油压不正常、且有油时压力不正常。

制动系统BP子网络2输出层和输出模式如表2所示。从表2可知，安全系数明显提高，且制动力矩也在正常范围内，制动力矩不正常，制动力矩不正常，制动缸卡死，制动不正常，油压不正常，油压不正常；无油压力被确定为一种常见的诊断状态。

?

制动系统融合决策网络的输出基于：制动启动慢，动态扭矩顺序不正常，油压不正常，闸瓦温度在正常范围内，闸瓦不在正常值内表现为温度高，闸瓦由于非正常工作导致磨损严重，制动力矩不正常，制动缸卡滞，油压不正常，闸瓦间隙过大导致弹簧产生疲劳失效制动盘偏差过大，油压不正常。

4 结束语

本文阐述了机械故障形式，并对矿井提升机常见事故进行了分类，制定了相应的程序，设计了矿井提升机故障诊断子网络结构，可更好地保障提升机的安全稳定运行。