矿井提升机常见故障及诊断探析

矿井提升机常见故障及诊断探析
摘要：目前矿井提升机在煤炭企业得到了广泛应用，其一旦发生故障，就会严
重影响矿井的提升能力，制约煤炭企业的安全高效发展。

矿井提升机是一种大型
的旋转机械，在煤矿生产中发挥着极其重要的作用。

其特点是系统结构复杂，工
作环境恶劣，故障形式多样等。

国内外学者对矿井提升机做了大量研究，将支持
向量机、神经网络、小波变换等故障诊断方法应用于矿井提升机，并取得了较好
的效果。

为了减少提升机故障、缩短处理故障的时间，文章对故障进行了分类，
介绍了一些简单常用的处理方法。

关键词：诊断；常见故障；矿井提升机
引言
在矿山机械当中，矿井提升机是最为典型的一种机械设备。

煤矿的深部开采
中运输物资、人员上下井等均离不开矿井提升机。

由于煤矿环境恶劣，潮湿、粉
尘等均制约了矿井提升机的正常运行。

为了提高矿井提升机的故障诊断，保证其
安全顺利运行至关重要。

1矿井提升机常见故障分析
矿井提升机的常见故障可以按照提升机主控台检测到信号的类型来进行合理
的区分，大致分成以下几种故障类型：
1． 1 开关量信号故障
开关量信号故障主要包括了主回路接触不良、继电器触头接触不良等。

由于
这类信号造成提升机故障的几率较大，约占整个故障原因的 90% 以上，一般的诊
断系统无法对所有的故障信号进行诊断，所以就诊断对象提出了择优选择的方法。

1． 2 模拟量信号故障
提升机的模拟信号故障产生的概率比较少见，但这种类型的信号故障在分析
和处理都比较复杂，诊断方法也较为繁琐。

其中包括制动油的油压、油温，钢丝
绳的磨损程度等方面。

比如油压表故障、油温计不准确或者是钢丝绳磨损程度不
能准确显现等，就会造成模拟信号故障，一般需要更换相应部件。

1． 3 脉冲量信号故障
脉冲量信号和开关量信号在一定程度上来说，具有一定的相似度。

但是从工
业测控的角度来说，不仅需要了解信号的表达形式，还需要关注信号出现、形成
形式，所以从这一点来看有必要将这两种信号分开来讲。

在对矿井提升机的速度
进行检测时利用 A/D 转换来实现，为了提高检测信号的真实度，采用脉冲编码器
对其进行测量。

这样就将模拟信号很好地转换成了脉冲信号，大大简化了信号的
处理过程。

2故障信号的采集及处理
2． 1 开关量信号
开关量信号故障是引起矿井提升机故障的大多数原因。

专家系统对各类信号
的检测能力也有限，因此择优选取一项可测性强、具有明显检测特征的故障原因
进行检测。

1）择优选择被诊对象。

根据模糊数学当中结构重要度的思想，对造成某一故障的多种原因进行结构重要度计算，然后比较最终的计算结果，如果没有特殊原因，则判定结构重要度大的一方面为引发事故可能性最大的方面。

而这一方面就
是专家系统进行故障诊断的对象。

2）信号的检测及处理。

通过固态继电器实现对开关量信号的检测，此类型的
部件输入端对电流的要求比较小，而且与 CMOS、TTC 等集成电路实现兼容，输
出与输入之间通过光耦器件实现隔离，通断电时不存在接触部件，输出回路选取
的是双向晶闸管，运行起来可靠、稳定，噪声小，完全能达到系统的基本需求。

信号处理时是利用时间序列分析的思想，根据信号采集的时间及其状态，通过将
其与标准的信号序列进行比较，确定出所检测对象的工作情况。

2． 2 模拟量信号
模拟量信号采集、处理以及诊断的过程见图 1。

图 1 模拟量信号采集、处理及诊断过程
1）被诊对象。

被诊对象也就是信号源，对象内容主要有闸瓦间隙、油压、油
温等。

2）传感元件。

传感元件的主要功能是实现被诊对象产生的二次效应（压力、
温度等）到可直接进行分析、处理的数字量信号之间的转换。

一般而言，根据被
测参数的性质选取相应的传感元件，比如间隙传感器、压力传感器和温度传感器等。

3）调整信号环节。

这一环节就是将接收到的信号进行缩小或放大处理，以便
达到系统诊断的需求，便于系统对信号进行分析与处理。

4）V/F 与 A/D 转换。

这一环节主要是进行模数转换，将接收到的模拟量转换
成为数字量，然后再将其传送到计算机系统，由 CPU 对其进行分析与处理。

这一
过程可以使用 A/D 转换器件或者是V/F转换器件，将模拟信号转换成脉冲信号，
以对信号进行更深一步的分析与处理。

这两种转换形式需要结合实际情况进行选择。

5）模糊辨别。

这一环节主要是细致认真的分析、处理和模糊辨别所收集到的
信号。

以下就模糊辨别的方法进行讨论。

假设对某一诊断对象进行 n次检测，检
测的信号值分别为 x 1、x 2、…、x n，由其构成的检测模态为 {x 1，x 2，…，x n }，将其和标准的模态进行一一对比，计算出隶属度模态，之后再根据隶属度模态，
求出平均的隶属度值 l，l =1n∑ni =1x iX i。

最后再将计算出的 l 与标准的 L 进行大小比较，如果 l＞ L，则证明存在故障，立刻报警，紧急断电并停车；如果 l = L，则
表示有故障征兆，对诊断对象进行重点排查检测；如果 l ＜ L，则表示未出现故障，可以进行下一个的诊断。

6）诊断结果。

这一环节是将诊断的信息输送到计算机显示屏上，如果出现设备故障，那么上下位机会同时发出故障信号，告知工作人员信号故障。

如果产生
的故障信号会影响到提升机正常运行，那么在下位机发出报警信号时，便会保护
系统，对提升机进行故障保护。

在上位机报警结束之后，计算机屏幕会提示工作
人员是否有必要对诊断信息进行深一步的了解等内容。

3硬件设计
下图2是提升机硬件配置图。

检测到的信号经过简单的调节及处理之后传输
到下位机 CPU 中，待 CPU 对其进行滤波、去除干扰等处理之后与外部的 RAM 中
存储的标准模态进行比较，将比较的结果传送到上位机，上位机对接收到的信号
进行处理及识别，将其转换成员工可视的信息，通过人机界面展现出诊断信息，
在下位机向上位机传输诊断信息时，系统会自动发出保护与报警指令，以防止设
备故障严重最终酿成大错。

图 2 矿井提升机硬件配置方案
4软件系统
提升机故障诊断的软件系统包含信号的采集与处理、模态的计算与比较、故障、保护、报警、上下位机通信以及人机界面几部分。

根据故障导致后果的严重程度，可以将故障的类型分为两种。

1）参与制动故障：此类故障通常是对提升机的运行造成严重影响，严重威胁到工作员工的人身安全的故障。

比如说：松绳、钢丝绳过卷等。

应对这类故障的有效措施是声光报警与紧急停车同时进行，以免拖延时间导致大事故。

2）报警故障：这一类故障不会威胁到设备与人身的切身安全，只是警示人们出现故障隐患，但不会影响设备的正常运行。

比如说油压、油温等报警故障，通过声光的报警方式，对故障诊断对象需要设立监视装置，避免故障升级导致大的损失。

结语
提升机在煤矿企业开采的过程当中占有着非常重要的位置，发挥着巨大的作用。

对矿井提升机的研究在一定程度上促进着煤矿企业的安全高效发展，相关工作人员必须加强对提升机应用技术的研究学习，更好地判断分析提升机的故障，有效地提高矿井提升机的工作效率，促进煤矿企业更好的发展。

参考文献：
［1］张萍语．矿山机电设备故障诊断与检修技术分析［J］．科技创新与应用，2014（6）：132 －138．
［2］刘强宏．浅谈矿山机电设备故障诊断与检修技术［J］．科技研究，2014（18）：168 －170．。