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1、煤矿大型机电设备在线监测与故障诊断系统0 背景介绍管好、用好煤矿大型关键设备，是煤矿稳产高产的前提，也是煤矿安全生产的保障， 若能对设备进行状态监测与故障诊断，及时准确识别核心零部件故障的微弱特征信号，必将为潜在故障预示和演化、寿命预测和制定维修策略提供技术支持，从而提高煤矿关键装备整体运行安全性和可靠性，实现由“事后维修”到“预知维修”的转变，避免意外停机及恶性事故发生，具有巨大的经济效益和社会效益。煤矿现行的设备维修方式基本上是通过维修工人凭直觉目测、敲击、触摸等手段判断，由于受人为因素的影响，其可靠性较差。温度监测技术己广泛应用于煤矿设备状态监测，但设备在即将出现事故温度才会急剧上升，因
2、此温度检测难以完成设备安全监测和早期预警的重任和及时报警的现场要求。铁谱技术是现阶段煤矿行业设备状态监测与故障诊断常用技术，美国煤矿开展 屑监测工作较早，然而，在应用铁谱分析技术属于离线监测，大多还是从设备现场采集油样，再在实验室制作谱片进行油液成分分析，分析周期相对较长，速度慢，降低了设备监测的实时性。振动监测技术，利用振动信号对设备进行诊断，是设备故障诊断最常用、最有效的方法之一。设备振动信号中包含了系统、零部件由于磨损、疲劳、老化等因素引起的劣化和失效等重要信息，通过对振动信号进行采集、分析和处理，可以监测设备的运行状态，识别机械设备的故障类型、故障来源，从而为设备的维修提供依据，以达到
3、保障设备安全运行的目的。设备在线监测诊断技术目的：1、概述传统的矿用机电设备在线监测系统仅仅局限于简单数据的采集与集中监测显示，这种方式虽然在设备运行状态监测中起到重要作用，但不能及时准确地诊断分析出机电设备可能出现的故障。矿用机电设备在线监测与故障诊断系统主要由YHZ18矿用本安型振动监测分析仪和KGS18矿用本安型振动加速度传感器构成，可以智能地诊断出设备可能存在的不对中、不平衡、配合松动、装配不当以及轴承疲劳损伤等潜在故障，适用于煤矿通风机、皮带输送机、水泵等重要机电设备的运行状态监测与故障诊断分析。可以正确有效地揭示潜在故障的发生、发展和转移，智能地诊断出设备故障原因与故障严重程度，为
4、应急控制和维修管理提供准确、可靠的依据，从而节约维修费用，避免重大事故发生。2、主要设备介绍2.1 YHZ18矿用本安型振动监测分析仪 振动监测分析仪整合了丰富的故障诊断知识，包括二十余年来科研人员在故障机理、故障特征提取、机组现场监测诊断以及典型故障案例等多方面的研究成果，该监测分析仪在ISO2372国家振动标准基础上融合了振动烈度、振动加速度信息进行报警判断，集在线监测与实时诊断分析为一体，实现机械设备的信息化、智能化，并可实现设备全寿命周期的状态监控与故障实时诊断分析。2.1.1 振动监测仪功能（1）12通道数据同步高速采集在对振动模拟信号进行抗混滤波处理基础上，采用高精度16位AD采集
5、芯片实现12通道振动信号同步高速采集。（2）故障频率自动计算在故障机理研究基础上，通过被检测设备零部件的机械参数设置，自动实现不同设备故障频率计算。（3）独特的故障定量分析和智能诊断功能利用先进的信号识别与表征技术，内嵌基于时域、频域、小波理论故障特征提取技术以及故障定量与智能诊断算法，定量诊断故障损伤部位与严重程度，将振动监测信息智能地转化为预测性机械状态报警，克服传统故障诊断对专业技术人员的过分依赖。（4）“黑匣子”功能内置250M电子盘，实现振动数据和故障状况的本地存储，确保设备异常停机时可以实现“黑匣子”功能。（5）数据传输功能通过高速以太网接口/RS485，确保原始数据与诊断结果的连
6、续记录与上传。2.1.2 主要技术指标：（1）矿用本质安全型，标志为“ExibI”；（2）供电电源：电压 DC16-24V 电流：不大于600mA；(3) 12路振动加速度的电流输入信号接口：电流4-20mA，振动峰峰值0-20；(4) 频率范围：0.5-5000Hz，准确度：5%；(5) 1路频率信号输入接口：测量范围：0-1000Hz， 测试误差： 0.5%；(6) 1路RS485接口：传输速率4800bps，传输距离不小于2km；(7) 1路以太网口：半双工TCP/IP电信号传输，传输速率10Mbps；(8) 16位AD采样，最大采样率52K，所用通道同步采样； (9) 外壳防护等级：I
7、P54； (10)外形尺寸（长宽高）：415mm306 mm73mm； (12)重量：约5 Kg。2.1.3 产品特色：(1) 井下机电设备振动数据采集与存储通过本安型振动传感器与多通道数据同步采集芯片，可以实现煤矿大型机电设备振动信号的同步采集；(2) 多故障信息融合报警判断通过ISO2372国家振动标准基础上，融合设备振动烈度、振动加速度以及设备温度等信息，实现设备振动报警；(3) 设备实时诊断分析预示通过DSP与ARM双核处理器，集成高性能智能诊断算法，实现煤矿大型机电设备在线监测与实时诊断，克服了设备故障诊断对专业人员的过分依赖；(4) 广泛的通讯接口 通过RS485、网口以及基于数据
8、库的后台软件，实现振动监测分析仪与已有设备监测平台的配接；证书：2.2 KGS18矿用本安型振动加速度传感器 矿用本安型振动加速度传感器主要用于煤矿机电设备易损伤部件的振动检测，采用双层壳体结构坚固耐用，内置放大器输出电流信号与振动加速度成正比，输出信号对地绝缘，密封性能良好。 2.2.1主要技术指标：矿用本质安全型： Exib输出灵敏度：0.8mA/g输出方式：4-20mA使用频率范围：0.5-5000Hz1dB振动范围：0-20g使用温度：-30-85对地绝缘电阻：1000M供电电源：12-30V2.2.2 安装方式：证书：3 应用示例3.1主通风机在线监测与故障诊断系统监测计算机监测、分
9、析诊断工作站设备工程师计算机Hub温度、负压等信号采集工控箱公司办公楼现场操作室局域网络WEB/数据库服务器企业监测工作站设备负责人计算机打印机远程监测工作站防火墙温度传感器压力传感器振动传感器振动监测分析仪Internet主通风机在线监测与故障诊断系统集数据采集、监测、分析、管理于一体，既有传统的参数监测如温度、压力、振动等参数监测，又有设备故障实时分析功能，能够对风机运行状态进行全面的监测与诊断分析，给出预警指示，为维修管理提供科学依据。主通风机在线监测与故障诊断系统构成系统功能：（1）在线监测通风机的流量、风压、振动、温度等运行状态信息；（2）报警参数设置功能；（3）温度、振动等关键参数
10、趋势分析与预警功能；（4）各种故障点记忆功能，以便于故障分析；（5）具有运行状态实时数据显示、历史记录查询、工况参数列表显示等功能；（6）设备温度与振动融合监测诊断功能；（7）故障智能诊断功能；（8）振动时域分析功能；（9）频谱分析功能；(10) 包络谱分析功能(11) 报表生成与打印(12) 网络通讯传输功能系统在线监测与实时诊断界面：系统报表：报警监控与诊断分析功能诊断报告功能胶带输送机轴承在线监测与故障诊断系统胶带输送机轴承在线监测与故障诊断系统胶带输送机轴承在线监测与故障诊断系统通过胶带输送机转速信号和轴承温度信号、振动信号的采集监测与实时诊断分析，为用户提供一套专门化的、产品化的，集
11、可靠性、实用性和先进性为一体的故障诊断装置与分析系统。系统功能：（1）轴承温度在线监测功能（2）轴承振动大小监测功能（3）轴承温度与振动大小融合报警功能（4）轴承振动信号实时诊断分析功能（5）轴承振动信号频谱分析、包络谱分析等离线分析功能（6）轴承温度与振动大小趋势分析功能（7）诊断报告与打印功能4、现场应用：（1）振动监测分析仪与振动加速度传感器山西省西山煤电集团东曲矿黄台峰2# 通风机轴承故障检测， 振动监测分析仪应用现场振动加速度传感器安装振动监测分析仪显示轴承故障原因为轴承内圈配合松动，故障严重程度为中期故障，两个月后检修发现轴承内圈出现划痕。轴承内圈划痕原因分析：考虑到黄台峰风机地基
12、下沉，轴系存在对中不良，轴承受到局部压力大，表面发生塑性变形，使内圈与轴颈的配合尺寸发生变化，轴承内圈与轴两者的轴心线不重合，轴承每转一圈发生一次交变的轴向力作用，从而在振动信号中出现调制频率为轴旋转频率及其倍频成分。根据以上分析，故障原因为轴承内圈与轴配合不当。（2）振动监测分析仪用于西山煤电集团杜儿坪煤矿新华风机在线监测 振动监测分析仪现场使用与运行2010年9月18日振动监测分析仪用于西山煤电集团杜儿坪煤矿新华风机在线监测，连续运行2个月，振动监测仪运行正常。（3）振动监测分析仪在左权煤矿新安装通风机在线监测中应用：1、振动加速度信号波形：振动峰峰值大小为81.6 m/ss (8.16g
13、) 峭度指标:1.81032、振动烈度信号波形：振动烈度为29.7 mm/s （最大值*0.707） 3、振动加速度信号频谱图4、振动加速度信号包络谱分析：分析结果：1、 风机轴承型号为NU324，轴承故障频率为：内圈损伤故障频率97.5Hz，外圈损伤故障频率为65Hz，滚动体损伤故障频率为60Hz。 分析图谱中未发现与轴承各故障频率相对应的成分。2、 从振动加速度时域波形可以看出风机振动剧烈，峰峰值达到80m/ss，此外，时域波形上存在杂乱毛刺，说明风机零部件存在摩擦现象；3、 振动加速度信号频谱图中没有出现明显的轴承故障频率成分，在700Hz附近存在明显的边频带现象，对振动信号进行包络解调分析，得出的调制频率为12.5Hz，与风机旋转频率750rpm相对应。4、 由于振动加速度信号振动峭度指标为1.8，小于3，所以风机振动剧烈原因不是由轴承故障引起的冲击性故障。5、 由振动波形中摩擦现象，以及故障调制频率12.5Hz，可以判断风机振动剧烈原因与叶片有关，且叶片存在摩擦现象。检修发现刚安装风机的叶片与机壳出现严重摩擦，检修后运行正常。（4）振动监测分析仪在西山煤电集团马兰矿主斜井皮带输送机在线监测应用
