电牵引采煤机在线监测与故障诊断系统研究
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（ ． ｏｅｅｏ ｃ ａｉ ｎｉｅｒ ｇ Ｘ’ ｎｖｒｔ ｏ ＳｉｎｅａｄＴ ｃ ｎｌ ｙ Ｘ ’ ０ ４ Ｃ ｉａ １ Ｃ ｌｇ ｆ ｌ Ｍｅｈｎｃ Ｅ ｇ ｅｉ ， ｉｎＵ ｉｅ ｉ ｆ ｃｅｃ ｎ ｅｈ ｏ ｇ ， ｉｎ７ ０ ５ ， ｈ ； ｌ ａ ｎ ｎ ａ ｓｙ ｏ ａ １ ｎ
障形 式 包 括 转 子 类 故 障 （ 础 松 动 、不 平 衡 、 基
法 ，混沌 分析 与分形 几何 法等 数学诊 断 方法 ，以
及模 糊 逻辑 、专家 系统 以及神 经 网络等人 工 智 能 诊 断方 法 ，实 现采煤 机故 障诊 断 和预测 维护 。
功 能 。面对煤 矿井下 恶劣 工作 环境 ，以及 采煤 机
长历 程 、变工 况和强 噪声 干扰 的特点 ，采煤 机 械
－
－
ｔ
驱动轮
－
ｔ 行走箱 机壳） （
－
ｔ
ｌ滑靴 ｉ ｆ ｌ
工 况监 测与故 障诊 断还有 待深 入研究 。
图 Ｉ 电牵引采煤机故障成因分析
Ｆｉ．１ Ｃａ ｅ ａ ａ ｙ ｉ ｎ ｆｕｌ ｏ ｌｃ ｒｃ ｈ ｕ ａ ｅ ｇ ｕｓ ｎ ｌ ｓｓ ｏ ａ ｔ ｆｅｅ ｔｉ ａ ｌ ｇ ｃ ａ ｈ ａ ｅ ｏ ｌｓ ｅ ｒ ｒ
～一 一黼 一一 一 ～ 一 一
根 据 现 场 的 实 际情 况 ，将 温 度 、压 力 、噪
声 、振动等多种信息作为采煤机故障诊断的信息
源 ，可 以采用 油液分 析技术 、噪声监 测技 术 、红 外测 温技 术 、声发射 技术 以及无 损探 伤 技术 ，并
考虑 不 同信号 的特点 ，采 用基 于贝 叶斯决 策判 据
公 司 ＭＧ ０ ／ ２ ０一ＷＤ 电牵 引 采 煤 机 整 机 分 布 ９０２ １
冷 却与供 水系统
壹
ｔ 牵引电机
行星传动机 构无机 离 合器
－
电气控制 故障
引 部
－
ｔ 牵引部减速器
齿轮销 轨式无链牵
Ｉ 牵引驱动机构
液压 制动器
－
ｔ 牵引制动机构
Ｉ 花键轴
产 品差距 较大 。 因此 ，研 究煤 矿机 械在线 监 测与 故 障诊断 技术 ，提 升我 国采煤 机械设 备故 障诊 断 水 平 ，对 保 障大型 采煤设 备 运行 的可靠性 和 安全
性 有非 常重 要 的意义 。
在读博士研究生 ，主要研究 方 向为煤矿 机械及 其 自
动化 。
２． ’ｎ Ｈｅ ｖ ｕ ｐ ｅ ａ ｕ ａ ｔｒｎ ｏ ｐ Ｃｏ．，Ｌｔ Ｘｉ ａ ｙ Ｅｑ ｉ ｍ ｎｔＭ ｎ ｆ ｃｕ ｉｇ Ｇｒ ｕ ａ ｄ．，Ｘｉ ｎ ７１ ４８，Ｃｈ ｎ ’ ００ ａ ｉ ａ；
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千万 吨级 矿井 （ 天 ） 达 到 ６ 露 ０处 ，生 产 能力 ８
亿 吨／ 。市 场 对 采 煤 机 的需 求 猛 增 ，高 电 压 、 年 大功 率 、大采高 、高 可靠性 的采 煤机 将成 为 主要
的采 煤设 备 ，但 设备 的可靠 性有 待提 高 。对 采 煤
术 、故 障诊断技 术 和预测 性维 护技术 对保 障煤 矿 安全 生产 的重要 性 ，各类 固定设 备 的监测 与诊 断
Ｒｅ ｅ ｒ ｈ ｎ ｏ ｌｎ ｏ ｔ ｒ ｎ ｎｄ ｆ ｕ ｔｄ ａ ｎｏ ｉ ｙ ｔ ｍ ｏ ｓ ａ ｃ ｏ ｎ ｉ ｅ ｍ ｎｉｏ ｉ ｇ ａ ａ ｌ ｉ ｇ ｓｓｓ ｓｅ ｆ ｒ ｅｅ ｔ ｉ ａ ａ ｅ ｃ ａ ｈｅ ｒ ｒ ｌ ｃ ｒｃ ｈ ｕｌ ｇ ｏ ｌｓ ａ ｅ
３ ．西安煤矿机械有限公司 ，陕西
摘
要 ：针对 目前我 国煤矿机械在线监测与故 障诊断方面存在 的问题 ，以电牵引采煤机 为研究对
象 ，对采煤机 故障原 因进行 了分析 ，提 出了采煤机在线监测与故障诊断系统的方案 。该方案 对采煤机
故障动态机理 、故 障信号特征提取 、多信息 融合安 全评价 及智 能故 障诊断 技术等关 键技 术进行 了研
２ １ Ｏ５ ０ ２Ｎ ．
重 型 机 械
・ １・ ４
电牵 引采 煤 机 在 线 监测 与故 障诊 断 系统研 究
王 增 强 ，车 万里。 一 ，权 振 林 ，张 旭 辉 ，马 宏 伟
（ ．西安科技 大学机械工程学 院 ，陕西 １ 西安 ７０ ５ ２ １０４； ．西安重工装 备制造集 团公 司 ，陕西 西安 ７０３ ） １０ ２ 西安 ７０ ４ ； １０ ８
轴承
各类 传 感 器 ３ ６个 ，对 采煤 机 电 、液 、传 动 、温
度 、角度 等状 态进行 监控 。但从 总体 上看 ，国产 电牵 引采 煤机 的工况 监测 范 围不 全 面 ，监测 参数
部
－
行 走
－
ｔ 齿轨轮组辟 自
轴承
－
Ｉ 惰轮乡， Ｈ自 牟
支 撑 轴 承
比较 少 ，大多 数仅提 供简单 的电气 系统 故 障诊 断
・
４ ・ ２
重 型 机 械
２ ｌ ． ０ ２ＮＯ５
１ 国 内外 采 煤 机 械 的故 障诊 断技 术
采煤机 监测 和诊 断系统需 要处 理 时变 、非线 性运 行特 征 、复杂宽 幅度变 化工 况 ，以及恶 劣矿
纹等 内部缺 陷 和设 计 不 当等 因素 导 致 的 断裂 等 。 上述故 障形 式在采 煤机 运行 中会不 同程 度 的影 响 其 运行 性 能 ，表现 为 润 滑 油 或设 备 温 度 、压 力 、 电机 电流 、机械 振动 等物理 量 的异常变 化 。
究 ，为采煤机故障定位 、定 量分 析和安全 运行评价 等奠定理论基础 。
关 键 词 ：采 煤 机 ； 线 监 测 ；模 式 识 别 ；故 障 诊 断 在
中图分类号 ：Ｔ ２ ７ Ｐ７
文献标识码 ：Ａ
文章 编号 ：１０ —１６ （０ ２ ５— ０ １— ４ ０ １ ９ Ｘ ２ １ ）０ ０４ ０
异 常状 态 或 故 障状 态 做 出 诊 断 ，预 防或 消 除 故 障 ，保证 采煤 机发 挥最大 的工 作能 力 ，对 提 高产 品竞 争力 具有 非常 重要 的意义 。 目前 ，我 国大部
分煤 矿企 业 已经 认 识 到 煤 矿 机 电设 备 的 监 测 技
近年来 展 规 划 》 指 出¨ ：到 ２ １ Ｊ ０５年 ，
２ 电牵引采煤机故 障成 因分析
电牵引采 煤机故 障按 照故 障发生 部位 可分 为
机 械零 部件 、电气 系统 、液压 系统 和润滑 系统 等
四种，如图 １ 所示。液压 、冷却和润滑部分的故
障可 以根据管 路压 力进行 监测 。机械 故 障涉及 的
部 件 多 、传 动链长 ，且 机械状 态检测 困难 ，是 采 煤 机故 障诊 断最难 的部分 。
技术 应用 日益 增多 。但是 对采 煤机 运行状 况 监测
和故 障诊 断水 平还 停 留在 较低 水平 ，与 国外 同类
收稿 日期 ：２ １ ０ ０２— ７—１ ；修 订 日期 ：２ １ ０ ２ ０ ０ ２— ７— ８ 作者 简 介 ： 王增 强 （ ９ ３一） １６ ，男 ，陕 西大 荔 人 。西 安 科 技 大 学
Ａｂ ｔａ ｔ Ａｉ ｄ ａ ｈ ｒ ｂｅ ｘ ｓｉｇ ｉ ｎ ｉ ｅｍｏ ｉ ｒｎ ｎ ａ ｌ ｄ ａ ｎ ｓｓｆｒｃ ａ ｎ ｃ ｉ ｅｙ，ｔ ｅ ｓ ｒ ｃ ： ｍｅ ｔ ｅｐ ｏ ｌｍｓｅ ｉｔ ｏ ｌ ｎｔｉ ｇ ａ ｄ ｆｕ ｔ ｉｇ ｏ ｉ ｏ ｌｍｉｅ ｍａ ｈ ｎ ｒ ｈ ｔ ｎ ｎ ｎ ｏ ｏ ｆｉ ｒ ｆａ ｌｃ ｒ ａ ｌ ｇ ｏ ｌ ｈ ａｅ ｓａ ａｙ ｅ ，ａ ｄ ａｓ ｈ ｍｅ ｏ ｎ ｉｅ ｍｏ ｉ ｒｎ ｎ ａ ｌ ｄ ａ ｎ ｓｓｆ ｒ ａｌ ｅ ｏ ｎ ｅ ｅ ｔ ｃ ｈ ｕ ａ ｅ ｃ ａ ｅ ｒｒｉ ｎ ｌｚ ｄ ｎ ｃ ｅ ｆ ｌ ｎ ｔｉ ｇ ａ ｄ ｆ ｕｔ ｉｇ ｏ ｉ ｏ ｕ ｉ ｓ ｏ ｎ ｏ
漪式 离合器及 扭矩轴 保护装 置
截 割 部
井环 境干扰 等 问题 ，因此采 煤机 故障诊 断 系统 的
研发 难度增 大 。丰富 的工况 监测 与故 障诊 断系统
能够 有效地 提 升采煤 机 、特 别是综 采工 作 面 的生 产效 率 Ｊ 国外 厂 商 的设 备 制 造 水 平 和 生 产 自 。 动化 水平 高 ，再 加上 研究 和应用起 步早 ，因此其
Ｋ ｅ ｏ ｄｓ： ｃ ａ ｈ ａ ｅ ；ｏ ｌｎｅ ｍｏ ｉｏ ｎｇ；ｐａｔｒ ｅ ｏ ｎ ｔ ｎ；ｆｕｌ ｄ ａ ｎｏ ｉ ｙｗ ｒ ｏ ｌｓ ｅ ｒ ｒ ｎ ｉ ｎ ｔｒ ｉ ｔｅ ｎ ｒ ｃ ｇ ｉｉ ｏ ａ ｔ ｉ ｇ ｓｓ
Ｕ Ｈ 舌 Ｉ Ｊ
机机 械状 态进行 监测 ，及 时 、正确地 对机 械各 种
以及基 于 线 性 与 非 线 性 判 别 函数 的 模 式 识 别 方 法 、基 于概率 统计 的时序 模型 诊断 法 、小 波 分析
通 过分 析 ，将 采煤 机机械 故 障主要 部位 和零 部件分 为两类 ：运 动部 位和关 键壳 体 ，运 动部 件 指传 动齿轮 、传动 轴 、轴承及 扭矩 轴等 ，壳体 指 截割部 减速 箱 （ 臂 ） 摇 、牵 引箱 和 行走 箱 等 。故
工况 监测 范 围 比较全 面 ，故 障诊 断水平 也相 对较 高 。如美 国 、英 国 、德 国和 日本 的采煤 机都 是 通
机械故 障
破碎装置
液压 故障
－
过具 有 自检功 能的机 载计算 机 ，实现工 况数 据 和 故 障信息 的采集 、处 理 、存储 、传 输 和显示 。 国内科 研单 位和 厂家在 采煤 机故 障诊 断方 面 也 已经 做 出 了很 多 努 力 Ｊ 。西 安 煤 矿 机 械 有 限
ｔ ｅ ｅｅ ｔｉ ａ ｌ ｇ ｏ ｌｓ ｅ ｒ ｒ Ｔｈｅ ｋｅ ｅ ｈ ｌ ｇｅ ｆｔ ｅ ｃ ａ ｈ ａ ｅ ｒ ｅ ｅ ｒｈｅ ｈ ｌｃｒｃ ｈ ｕ ａ ｅｃ ａ ｈ ａ ｅ ． ｙ ｔｃ ｎｏｏ ｉｓ ｏ ｈ ｏ ｌ ｓ ｅ ｒ ｒｗｅ ｅ ｒ ｓ ａ ｃ ｄ， ｓ ｈ ａ ａ ｔｄ — ｕｃ ｓ ｆｕｌ ｙ ｎａ ｃ ｅ ｏｕｔｏ ｃ ｎｉｍ ，ｆ ｕｔｓｇ ａ ｅ ｔ ｅ ｅ ｔａ ｔｏ ｍｉ ｖ ｌ ｉｎ ｍｅ ｈａ ｓ ａ ｌ ｉｎ ｌｆａｕｒ ｘ ｒ ｃｉｎ，ｓ ｆ ｔ ｖ ｌ ｔ ｎ ｂ ｓ ｄ ｏ ｕｔ・ｎ ｏｍ ａｉｎ ｆ ｉｎ ａｅｙ ｅ ａｕａｉ ａ ｅ ｎ ｍ ｌｉｉｆ ｒ ｔ ｕｓｏ ｏ ｏ
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障形 式 包 括 转 子 类 故 障 （ 础 松 动 、不 平 衡 、 基
法 ，混沌 分析 与分形 几何 法等 数学诊 断 方法 ，以
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功 能 。面对煤 矿井下 恶劣 工作 环境 ，以及 采煤 机
长历 程 、变工 况和强 噪声 干扰 的特点 ，采煤 机 械
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－
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驱动轮
－
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工 况监 测与故 障诊 断还有 待深 入研究 。
图 Ｉ 电牵引采煤机故障成因分析
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根 据 现 场 的 实 际情 况 ，将 温 度 、压 力 、噪
声 、振动等多种信息作为采煤机故障诊断的信息
源 ，可 以采用 油液分 析技术 、噪声监 测技 术 、红 外测 温技 术 、声发射 技术 以及无 损探 伤 技术 ，并
考虑 不 同信号 的特点 ，采 用基 于贝 叶斯决 策判 据
公 司 ＭＧ ０ ／ ２ ０一ＷＤ 电牵 引 采 煤 机 整 机 分 布 ９０２ １
冷 却与供 水系统
壹
ｔ 牵引电机
行星传动机 构无机 离 合器
－
电气控制 故障
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－
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齿轮销 轨式无链牵
Ｉ 牵引驱动机构
液压 制动器
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Ｉ 花键轴
产 品差距 较大 。 因此 ，研 究煤 矿机 械在线 监 测与 故 障诊断 技术 ，提 升我 国采煤 机械设 备故 障诊 断 水 平 ，对 保 障大型 采煤设 备 运行 的可靠性 和 安全
性 有非 常重 要 的意义 。
在读博士研究生 ，主要研究 方 向为煤矿 机械及 其 自
动化 。
２． ’ｎ Ｈｅ ｖ ｕ ｐ ｅ ａ ｕ ａ ｔｒｎ ｏ ｐ Ｃｏ．，Ｌｔ Ｘｉ ａ ｙ Ｅｑ ｉ ｍ ｎｔＭ ｎ ｆ ｃｕ ｉｇ Ｇｒ ｕ ａ ｄ．，Ｘｉ ｎ ７１ ４８，Ｃｈ ｎ ’ ００ ａ ｉ ａ；
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亿 吨／ 。市 场 对 采 煤 机 的需 求 猛 增 ，高 电 压 、 年 大功 率 、大采高 、高 可靠性 的采 煤机 将成 为 主要
的采 煤设 备 ，但 设备 的可靠 性有 待提 高 。对 采 煤
术 、故 障诊断技 术 和预测 性维 护技术 对保 障煤 矿 安全 生产 的重要 性 ，各类 固定设 备 的监测 与诊 断
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３ ．西安煤矿机械有限公司 ，陕西
摘
要 ：针对 目前我 国煤矿机械在线监测与故 障诊断方面存在 的问题 ，以电牵引采煤机 为研究对
象 ，对采煤机 故障原 因进行 了分析 ，提 出了采煤机在线监测与故障诊断系统的方案 。该方案 对采煤机
故障动态机理 、故 障信号特征提取 、多信息 融合安 全评价 及智 能故 障诊断 技术等关 键技 术进行 了研
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重 型 机 械
・ １・ ４
电牵 引采 煤 机 在 线 监测 与故 障诊 断 系统研 究
王 增 强 ，车 万里。 一 ，权 振 林 ，张 旭 辉 ，马 宏 伟
（ ．西安科技 大学机械工程学 院 ，陕西 １ 西安 ７０ ５ ２ １０４； ．西安重工装 备制造集 团公 司 ，陕西 西安 ７０３ ） １０ ２ 西安 ７０ ４ ； １０ ８
轴承
各类 传 感 器 ３ ６个 ，对 采煤 机 电 、液 、传 动 、温
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４ ・ ２
重 型 机 械
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１ 国 内外 采 煤 机 械 的故 障诊 断技 术
采煤机 监测 和诊 断系统需 要处 理 时变 、非线 性运 行特 征 、复杂宽 幅度变 化工 况 ，以及恶 劣矿
纹等 内部缺 陷 和设 计 不 当等 因素 导 致 的 断裂 等 。 上述故 障形 式在采 煤机 运行 中会不 同程 度 的影 响 其 运行 性 能 ，表现 为 润 滑 油 或设 备 温 度 、压 力 、 电机 电流 、机械 振动 等物理 量 的异常变 化 。
究 ，为采煤机故障定位 、定 量分 析和安全 运行评价 等奠定理论基础 。
关 键 词 ：采 煤 机 ； 线 监 测 ；模 式 识 别 ；故 障 诊 断 在
中图分类号 ：Ｔ ２ ７ Ｐ７
文献标识码 ：Ａ
文章 编号 ：１０ —１６ （０ ２ ５— ０ １— ４ ０ １ ９ Ｘ ２ １ ）０ ０４ ０
异 常状 态 或 故 障状 态 做 出 诊 断 ，预 防或 消 除 故 障 ，保证 采煤 机发 挥最大 的工 作能 力 ，对 提 高产 品竞 争力 具有 非常 重要 的意义 。 目前 ，我 国大部
分煤 矿企 业 已经 认 识 到 煤 矿 机 电设 备 的 监 测 技
近年来 展 规 划 》 指 出¨ ：到 ２ １ Ｊ ０５年 ，
２ 电牵引采煤机故 障成 因分析
电牵引采 煤机故 障按 照故 障发生 部位 可分 为
机 械零 部件 、电气 系统 、液压 系统 和润滑 系统 等
四种，如图 １ 所示。液压 、冷却和润滑部分的故
障可 以根据管 路压 力进行 监测 。机械 故 障涉及 的
部 件 多 、传 动链长 ，且 机械状 态检测 困难 ，是 采 煤 机故 障诊 断最难 的部分 。
技术 应用 日益 增多 。但是 对采 煤机 运行状 况 监测
和故 障诊 断水 平还 停 留在 较低 水平 ，与 国外 同类
收稿 日期 ：２ １ ０ ０２— ７—１ ；修 订 日期 ：２ １ ０ ２ ０ ０ ２— ７— ８ 作者 简 介 ： 王增 强 （ ９ ３一） １６ ，男 ，陕 西大 荔 人 。西 安 科 技 大 学
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漪式 离合器及 扭矩轴 保护装 置
截 割 部
井环 境干扰 等 问题 ，因此采 煤机 故障诊 断 系统 的
研发 难度增 大 。丰富 的工况 监测 与故 障诊 断系统
能够 有效地 提 升采煤 机 、特 别是综 采工 作 面 的生 产效 率 Ｊ 国外 厂 商 的设 备 制 造 水 平 和 生 产 自 。 动化 水平 高 ，再 加上 研究 和应用起 步早 ，因此其
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Ｕ Ｈ 舌 Ｉ Ｊ
机机 械状 态进行 监测 ，及 时 、正确地 对机 械各 种
以及基 于 线 性 与 非 线 性 判 别 函数 的 模 式 识 别 方 法 、基 于概率 统计 的时序 模型 诊断 法 、小 波 分析
通 过分 析 ，将 采煤 机机械 故 障主要 部位 和零 部件分 为两类 ：运 动部 位和关 键壳 体 ，运 动部 件 指传 动齿轮 、传动 轴 、轴承及 扭矩 轴等 ，壳体 指 截割部 减速 箱 （ 臂 ） 摇 、牵 引箱 和 行走 箱 等 。故
工况 监测 范 围 比较全 面 ，故 障诊 断水平 也相 对较 高 。如美 国 、英 国 、德 国和 日本 的采煤 机都 是 通
机械故 障
破碎装置
液压 故障
－
过具 有 自检功 能的机 载计算 机 ，实现工 况数 据 和 故 障信息 的采集 、处 理 、存储 、传 输 和显示 。 国内科 研单 位和 厂家在 采煤 机故 障诊 断方 面 也 已经 做 出 了很 多 努 力 Ｊ 。西 安 煤 矿 机 械 有 限
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