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1、西安科技大学 硕士学位论文 便携式煤矿固定设备集成测试分析仪的研发 姓名：李勇 申请学位级别：硕士 专业：机械电子工程 指导教师：李曼 论文题目：便携式煤矿固定设备集成测试分析仪的研发 专业：机械电子工程 硕 士 生：李勇（签名） 指导教师：李曼（签名） 摘要 煤矿固定设备包括矿用通风机、提升机、空压机和水泵。这些设备在煤炭生产中起 着十分重要的作用。为确保煤矿安全生产和设备高效经济运行，本文以国家安全生产行 业标准 AQ1011-2005为依据，研究开发了基于 USB 总线的便携式煤矿固定设备集成测 试分析仪，并完成了对仪器的性能评价和对通风机的现场故障诊断实验。本文主要研究 内容包括： (
2、1) 对煤矿固定设备测试的主要参量进行了研究分析，在对固定设备振动信号特征 分析的基础上，确定了适合煤矿固定设备的振动信号处理方法，并对这些方法的原理进 行了论述； (2) 根据煤矿现场测试对仪器的便携性、灵活性等要求，综合考虑现有各类虚拟仪 器结构的优缺点，确定了基于 USB 总线的硬件平台构建方案，并完成携式煤矿固定设 备集成测试分析仪样机的开发； (3) 针对本仪器多对象、多参量的测试要求，以 LabVIEW 为开发平台，采用面向对 象、模块化的设计思想开发了测试与分析软件，实现了对固定设备主要参数的测试和分 析； (4) 通过静态特性实验，对所开发仪器进行了静态特性分析，得到了仪器的静
3、态特 性指标； (5) 采用阶跃响应试验，对所设计的仪器进行了动态特性分析，得到了仪器的工作 频率范围和数学模型，同时，对试验所得数学模型的正确性进行了验证； (6) 运用所开发的仪器对铜川矿务局徐家沟矿通风机房 1 号风机进行了故障诊断实 验，验证了仪器的现场测试与分析能力。 通过理论分析和现场实验表明， 本文所开发的便携式煤矿固定设备集成测试分析仪 具备良好的测试性能，且能够满足煤矿现场测试与分析的要求。 关 键 字：集成测试；虚拟仪器；系统特性；全息谱 研究类型：应用研究 课题受到陕西省自然科学基金项目课题受到陕西省自然科学基金项目(2007E237)(2007E237)(2007E23
4、7)(2007E237)和陕西省教育厅专项科研计划项目和陕西省教育厅专项科研计划项目(09JK574)(09JK574)(09JK574)(09JK574)的资助的资助 SubjectSubjectSubjectSubject: : : :DevelopmentDevelopmentDevelopmentDevelopment ofofofof PortablePortablePortablePortable andandandand IntegrationIntegrationIntegrationIntegration AnalyzerAnalyzerAnalyzerAnalyzer fo
5、rforforfor FixedFixedFixedFixed FacilitiesFacilitiesFacilitiesFacilitiesin in in inCoalCoalCoalCoalMinesMinesMinesMines SpecialtySpecialtySpecialtySpecialty: : : :MechanicalMechanicalMechanicalMechanical electronicelectronicelectronicelectronic engineeringengineeringengineeringengineering NameNameNa
6、meName: : : : LiLiLiLi YongYongYongYong(Signature)(Signature)(Signature)(Signature) InstructorInstructorInstructorInstructor: : : :LiLiLiLiManManManMan(Signature)(Signature)(Signature)(Signature) ABSTRACTABSTRACTABSTRACTABSTRACT Fixed facilities in coal mines which include Hoist, Air Compressor, Pum
7、p and Mine Ventilation Fans, plays an important role on the mineral production. In order to ensure mineral production safety and equipment operation efficiently and economically. Through the national security production industry standard AQ1011-2005, a portable and integration analyzer for fixed fac
8、ilities in coal mines based on USB busisdevelopment in this paper. The experimental for performance evaluation and experimental for field fault diagnosis of the Mine Ventilation Fans are also completed. The research include: (1) Through analyze the main parameters and the vibration characteristics o
9、f fixed facilities in coal mines, the methods for vibration signal processingisdetermined and summarized in this paper. (2)Inthe basis of the field test requirements, as the hardware platfrom USBbuswas applied in this paper, by comprehensive analysis the advantages and disadvantages of the various s
10、cheme. (3) For the multi-object and multi-parameter measurement requirements, this paper completed the software development by using the multilevel optimization technique, object-orieneted moduar technology. (4)Thispaper completed the analysisonstatic characteristics, the experimental results show t
11、hat the instrument has excellent static characteristics. (5) Through the dynamic characteristics experiments, this paper completed the analysis ondynamic characteristics, and gets the instrument frequency range and the mathematical model which was validated correctness. (6) The field fault diagnosis
12、 for mine ventilation fans,verifies the feasibility of application in the field. Theoretical analysis and industrial field experiments show that the portable and integration analyzer can satisfy testing requirements and can be used for field testing. KeywordsKeywordsKeywordsKeywords: : : :Integratio
13、n testingVirtualInstrumentSystem CharacteristicHolo-spectrum ThesisThesisThesisThesis: : : :Application Research ThisThisThisThis projectprojectprojectproject supportedsupportedsupportedsupportedbybybybyShaaxiShaaxiShaaxiShaaxi NaturalNaturalNaturalNatural ScienceScienceScienceScience FoundationFoun
14、dationFoundationFoundation ( ( ( (2007E2372007E2372007E2372007E237).and).and).and).and ShaaxiShaaxiShaaxiShaaxi EducationEducationEducationEducation DepartmentDepartmentDepartmentDepartmentScientificScientificScientificScientific ResearchResearchResearchResearchFoundationFoundationFoundationFoundati
15、on (09JK574)(09JK574)(09JK574)(09JK574) 1 绪论 1 1绪论 1.1课题研究背景与意义 煤矿固定设备包括矿用通风机、提升机、空压机和水泵。这些设备在煤炭生产中尤 其是在综合机械化煤矿中起着十分重要的作用。煤炭生产由于受客观自然条件的影响， 机械设备工作条件恶劣，其故障率与事故率远远高于其它工业设备。国外对煤矿固定设 备安全问题极为重视，美、英、德、澳等发达国家对煤矿机械设备从设计、生产到使用 都制定了完整的安全标准， 在用设备都要按标准经过专门的检验机构进行严格的检测和 检验。为保证煤矿机械设备的安全性，我国在煤矿安全规程和煤矿机电设备完好 标准 、 中
16、华人民共和国安全生产行业标准及安全技术检测检验规范中对各类煤 矿机械设备技术要求和性能指标都做出了明确规定。近年来，随着国民经济的持续快速 增长，能源的需求量日益增大，同时设备事故隐患和安全风险也逐渐增加。为保证煤矿 生产安全高效，各煤矿企业迫切需要科学的检测方法和先进的检测仪器，对在用机械设 备进行有效地检测。但目前有效的检测手段十分缺乏，传统的检测手段和检测仪器存在 缺陷，致使煤矿设备存在安全隐患，直接危及矿工生命安全，制约了煤矿生产。 矿用通风机是煤矿生产的关键设备，它承担着保持井下拥有充足的新鲜空气，调节 空气温度和湿度，降低井下有害气体浓度的重任1。然而据国家安全生产监督管理总局 的调查显示，全国三分之一的国有煤矿生产瓶颈都是因为通风系统能力低下而造成， 多 数国有地方煤矿通风系统存在问题；从全国煤矿的生产统计看，70%-80%的瓦斯爆炸事 故都是由于通风系统故障而导致2。另外由于其连续不间断运行，使得它成为矿井能耗 大户。据统计，矿井主通风机的耗电量约占矿井总耗电量的 1/4 左右，主通风机的平均 效率只有 57%。由此可见，
