煤矿井下架空乘人装置运行状态故障诊断研究

赵 亮

（山西晋城煤业集团赵庄煤业有限责任公司， 山西 长子 046000）

引言

由于架空乘人装置是煤矿开采过程中转移人员的重要运输设备，对架空乘人装置的整个结构安全有更高的要求，要求架空乘人装置具有安全可靠的设计，同时也要对其在工作过程中的故障进行检测，并通过定期的维护保养才能使得架空乘人装置始终处于一个较好的工作状态。面对目前机械设备自动化和智能化程度的不断提高，应选择行之有效的故障诊断技术。

1 架空乘人装置工作原理分析

为了更好地对架空乘人装置各种零部件进行故障诊断，应了解其工作原理。架空乘人装置作为煤矿开采工程中的人员转移装备，主要采用的是电动机驱动型式，并通过减速机减速，通过减速机内的减速齿轮对电动机的传输速度进行放缓，最终能够安全运送作业人员。减速机在工作过程中带动旋转摩擦轮进行转动，从而带动整个驱动装置[1]。

摩擦轮与液压工作原理的自动闸相结合，带动一根架空的传动钢丝绳，采用无极变速的模式实现各级速度的调节，根据工作面内不同坡度的大小对转动速度的角速度进行调整。各个作业人员乘坐在吊椅上从机头端运动到机尾端，从而完成对每个需要下井工人的转送任务。

同时架空乘人装置还具有尾轮及张紧装置，在钢丝绳受到长期作用力后其长度会发生变化，需要及时对钢丝绳进行张紧，保证钢丝绳的每处受力均匀，并且在牵引作业人员时能够保障高度的稳定，不会出现较大的波动。

2 故障诊断系统整体结构的设计

由于煤矿生产环境的特殊性，对于选择的压电式传感器应采用防爆型设备，采用FZB 防爆型压电式传感器设备，采集在转送人员的过程中的模拟信号并转化为数字信号。通过计算机分析决策处理图形，可用于矿井技术人员能够读懂的关键信息。故障诊断系统整体结构示意图如图1 所示。

图1 架空乘人装置故障诊断系统整体结构示意图

由图1 可知，FZB 防爆型压电式传感器设备的电源为恒流电源，转换装置可以将现场的电流信号转化为电压信号，信号接收装置对于输入的信号进行分类，确保信号输入不会出现相互干扰的情况。

3 故障诊断系统传感器选型

在架空乘人装置各个位置布置适应的传感器用于测试加速度以及振动频率。通过调阅资料分析可知，用于测试加速度和振动的传感器主要可分为压电式、压轴式以及电容式三种类型。通过对三种类型的技术参数以及传感特点进行分析，选用适用于架空乘人装置测试的传感器。其中压电式传感器具有不能测试零频率信号的缺陷。此外，阻式传感器受温度敏感性较强并且成本很高，电容式传感器的输入输出信号不受线性关系，并且受制于电缆的传输信号影响，输送量程受到限制，制作成本较高[3]。

通过对上述三种传感器类型的对比，选用压电式传感器用于测试加速度以及整形具有可行性，并能提高对架空乘人装置测试的精确性。

4 故障诊断系统测试点的布置

针对架空乘人装置故障诊断的检测，应该合理布置测试点，才能保证测试结果的准确性。架空乘人装置不同部位所收集到的振动信号波形所表达的故障信息含义均不同。通过调研分析可知，对于架空乘人装置测试点位置方向的选择一般根据以下原则[2]。

1）选择距离架空乘人装置核心振动部件距离较近的测试点，并保证测试方向与振动方向一致；

2）确保选择的测试点能够对该部分所呈现出来的波形具有较全面的表述性；

3）分析架空乘人装置容易出现磨损的部位，在该部位四周布置测试点；

4）选择振动的部位均要保证在三个方位都要布置测试点；

5）测试点要远离容易产生腐蚀、高温等对测试传感器造成损坏的部位。

根据上述分析设置10 个测试点，分别布置位置如图2 所示，主要布置于电动机、减速机以及摩擦轮的位置。

5 故障检测系统测试结果分析

5.1 齿面均匀磨损故障检测

为了能够明确其频率组成，对子带做包络解调分析，图3 为子带的包络谱图，从图中可以清楚地看出齿轮的啮合频率与其高次谐波，根据齿面磨损的故障特征就可以较容易分析出故障原因。

5.2 转子不对中故障检测

图2 矿井架空乘人装置测试点布置示意图

图3 齿轮磨损频谱图

转子不对中时的典型特征为倍转频较大。本节以采集到的减速器输入轴垂直方向振动信号为研究对象进行故障检测，为了能够充分获取信号中的故障信息，首先采用自适应冗余第二代小波包对信号进行层分解。图4 中则明显地出现了转频的高次谐频，其中倍频最为明显，而转子不对中的典型特征即为倍基频大，由此可以成功检测出故障类型及其原因。

图4 转子故障信号的高次谐频示意图