1、 中国矿业大学 2007 届本科毕业设计 第 1 页绪 论全套图纸，加153893706煤矿提升设备是煤矿机械的四大组成部分之一。它的运行状态好坏对煤矿安全生产起着重要的作用。实践表明，因提升设备故障造成生产损失的情况时有发生。因此，作为预防措施对其故障进行诊断是十分必要的。矿山提升设备的维护通常采用定期检修的方法，在日常设备维修中，人们常常根据异响或温升变化等外部因素来判断设备的故障。提升设备常见故障有多种类型，如断绳、过卷、滑动、制动失灵及轴承和齿轮磨损等。但按此安排的停机检修，有时却发现其内部零件(如轴、轴承、齿轮等)并没有达到失效的程度，于是如何准确地判断设备的故障并及时维修，就成为有
2、关人员十分关注的问题。本次毕业设计通过对提升机主轴承等进行润滑状态分析后，发现存在严重磨损现象，应该开展故障诊断和状态监测维修工作，本人进行了故障诊断和状态监测方法方面的研究，发现铁谱监测方法是有效的方法。然后选择我校研制的KTP-1型旋转式铁谱仪用于试验。对提升机主轴滑动轴承油样进行铁谱分析，提出铁谱制谱规范，特别是影响铁谱沉积状态的几个主要因素的取值范围和最佳组合，国内外一直没有正式相关规程报道，本人查阅国内外大量资料后，结合经验推荐值，进行铁谱优化组合试验，得出最佳组合值，对现场应该有一定参考意义。中国矿业大学 2007 届本科毕业设计 第 2 页1 矿井提升机的概述矿井提升设备是沿井筒
3、提升煤炭、矸石、升降人员和设备，下放材料的大型机械设备。它是矿山井下生产系统和地面工业广场相联接的枢纽，在工作中一旦发生故障，就会严重影响矿井的正常生产，甚至造成人身事故，为此，根据矿井提升设备的构造、工作原理、性能、设备选择、运转理论等方面的知识，分析提升机制造和维护使用的全过程并加强故障诊断监控管理，使其确保高效率和安全可靠的运转，有着极其重要的意义。早在公元前 1100 年左右我国就发明和使用了辘轳提水和提升重物，这就是现代提升机的始祖。但由于我国长期处于封建社会，工业技术没有得到发展，直到解放我国还不能生产提升机。解放后，我国建立了自己的提升机制造业，并且不断发展。1953 年抚顺重型
4、机器厂制造了第一台单绳缠绕式提升机；1958 年洛阳矿山机器厂（现改名为“中信重型机械公司” ）制造了第一台多绳摩擦提升机。1986 年中信重型机械公司从瑞典 ABB 公司引进了具有八十年代世界先进水平的矿井提升机全套技术（包括设计、工艺、装配、检查、计算等） ，并于 1987 年经 ABB 公司专家来厂检验认证合格。诞生了 JK-E、2JK-E 新一代单绳缠绕式提升机，JKM-C 型和 JKMD-C 型多绳摩擦式提升机。九十年代经整顿后的新型多绳摩擦式提升机 JKM-E 和 JKMD-E 已生产至今。中信重型机械公司设计制造的矿井提升机占我国矿山提升机拥有量的 87%（包括单绳、多绳提升机）
5、 ，总产量已达 4600 余台。目前我国可以成批生产各种现代化大型矿井提升机以及各种配套设备，无论从设计、制造、自动控制等各方面，我国生产的矿井提升设备都正在跨入世界先进的行列。国外矿井提升机的发展已有 170 多年历史。其中几个有代表性的时期是：1827 年出现第一台蒸汽提升机；1877 年制造了第一台单绳摩擦提升机；1905 年使用了第一台电动提升机；1938 年创造了第一台多绳摩擦提升机；1957 年发明了多绳缠绕式提升机（Blair 提升机） 。此外，提升设备的各项中国矿业大学 2007 届本科毕业设计 第 3 页具体技术都有飞速发展。世界上经济发达的一些国家，提升机的运行速度已达 2
6、025m/s，一次提升量达到 50T，电动机容量已超过 10000KW。现在矿井提升设备日新月异，正向大型化，高功率和自动控制方向发展。1.1 矿井提升设备的组成和分类1.1.1 矿井提升设备的组成：矿井提升设备的主要组成部分是：提升钢丝绳，提升机（包括机械及拖动控制） ，井架或井塔以及装卸载设备等。这些构成了矿井提升系统。矿井提升系统主要有两大类，即用以提升煤炭、矿石的主井箕斗提升系统和完成其它辅助任务的副井罐笼提升系统。中国矿业大学 2007 届本科毕业设计 第 4 页图 11 单绳缠绕式箕斗系统示意图1提升机；2天轮；3井架；4箕斗；5卸载曲轨；6地面煤仓；7提升钢丝绳；8翻车机；井底煤
7、仓；10给煤机；11装载设备工作过程：处在井底车场的重矿车，由推车机推人翻车机 8(也称翻笼)，把矿车内煤炭卸入井底煤仓，再经装载设备 11 把煤炭装入主井底的箕斗内。与此同时，已提至井口卸载位置的重箕斗，通过井架上的卸载曲轨的作用，箕斗底部的闸门开启，把煤炭卸入地面煤仓 6。处在井上、井下的两箕斗分别通过接装置与两根提升钢丝绳 7 相连接，两根提升钢丝绳 7 的另一端则中国矿业大学 2007 届本科毕业设计 第 5 页绕过安装在井架 3 上的天轮 2，以相反的方向固接在提升机卷筒 l 上。启动提升机，一根钢丝绳向卷筒上缠绕，使井底重箕斗向上运动；与此同时，另一根钢丝绳自卷筒上松放，使井口轻箕
8、斗向下运动，从而完成了提升煤炭的任务。图 12 所示是多绳摩擦式罐笼提升系统示意图结构及工作过程：多绳摩擦轮 1 安装在提升井塔上，主绳 8 搭放在摩擦轮 l 上，其两端通过连接装置分别与处于井口和井底的两个罐笼 3，7 连接，两罐笼底部通过尾绳环与尾绳 6 连接。当启动摩擦轮时，重载罐笼 3被提升到井口上车场(图示位置)，重矿车 4 被推车机推出罐笼，经翻车机5 卸载后，煤炭由胶带输送机运出。当升降人员或设备时，可在井口下车场进、出罐笼或装卸物料。 中国矿业大学 2007 届本科毕业设计 第 6 页图 12 多绳摩擦式罐笼提升系统示意图1摩擦轮；2导向轮；3、7罐笼；4矿车； 5翻车机；6尾
9、绳；8主绳；9摇台中国矿业大学 2007 届本科毕业设计 第 7 页图 1-3 斜井箕斗提升系统示意图1翻笼硐室；2装载仓； 3装载闸门；4箕斗；5井筒；6井架栈桥；7卸载曲轨； 8卸载仓；9天轮；10提升机结构及工作过程：与竖井单绳缠绕式提升系统相似，在井底车场设有翻车机 1 和井底煤仓 2，地面也设有卸载设备 7 和地面煤仓 8。当年产量和井筒倾角较小时，可采用串车提升。 1.1.2 提升机分类根据不同的出发点矿井提升设备有以下几种分类方法：(1)按用途可分：主井提升设备，提升煤炭或矿物；副井提升设备，完成辅助提升任务，主要是提升矸石、升降人员、下放材料和设备；按提升容器可分为：箕斗提升设
10、备，用于主井提升；罐笼提升设备，大型矿井用于副井提升，小型矿井也可兼作主井提升；矿车提升设备，用于斜井提升，有单、双钩提升之分；吊桶提升设备，专用于竖井井筒开凿时的提升。按提升机类型可分为：缠绕式提升设备，分为单绳和双绳（布雷尔）摩擦式提升设备，分为单绳和双绳；二者都可以用于主井或副井提升。按拖动方式可分为：交流提升设备和直流提升设备（又有电动发电机组供电与可控硅供电之分） 。按井筒的角度可分为；立井提升设备、斜井提升设备和露天矿斜坡提升设备。常用的分类方法如下：中国矿业大学 2007 届本科毕业设计 第 8 页单卷筒缠绕提升机 单绳缠绕 可分离单卷筒双卷筒多绳缠绕布雷尔式矿井提升机 塔式单绳
11、摩擦 落地式摩擦提升机 塔式多绳摩擦 落地式1.1.3 矿井提升设备的特点1. 矿井提升设备是矿山较复杂且庞大的机电设备，它不仅承担物料的提升与下放任务，同时还上下人员，在工作中一旦发生故障，不仅影响到矿井的生产，而且涉及到人员的生命安全。因此，矿井提升设备的安全性是极为重要的。我国在煤矿安全规程中对提升设备作了极严格的要求。2. 矿井提升设备是周期动作式输送设备，需要频繁地起动和停车，工作条件苛刻，其机械电气设备设计必须可靠。3. 矿井提升设备是矿山大型设备，合理的选择，正确的使用和维护具有重要的经济意义。1.2 矿井提升机的工作原理和结构矿井提升机是矿井运输中的咽喉设备，是沟通矿井上下的纽
12、带，因此它占有特殊的地位。它与压气，通风和排水设备组成矿山四大固定设备，是一套较复杂的机械电气机组。1.2.1 矿井提升机的工作原理按工作原理不同可分为两大类：即单绳缠绕式和多绳摩擦式单绳缠绕式提升机是较早出现的一种提升机，单绳缠绕式提升机的工作原理如图 1-1 所示，简单地说，就是用一根较粗的钢丝绳在卷筒上缠上和缠下来实现容器的提升和下放运动。提升机安装在地面提升机房里，钢丝绳一端固定在卷筒上，另一端绕过天轮后悬挂提升容器。图 1-1 所示为单绳缠绕式单卷筒提升机，卷筒上固定两根钢丝绳，并应使每根钢丝绳在卷筒上的缠绕方向相反。这样，当电动机经过减速器带动卷筒旋转时，两中国矿业大学 2007
13、届本科毕业设计 第 9 页根钢丝绳便经过天轮在卷筒上缠上和缠下，从而使升容器在井筒里上下运动。不难看出，单绳缠绕式提升机的一个根本特点和缺点是钢丝绳在卷筒上不断的缠上和缠下，这要求卷筒必须具备一定的缠绕表面积，以便能容纳下根据井深或提升高度所确定的钢丝绳悬挂长度。单绳缠绕式双卷筒提升机具有两个卷筒，每个卷筒上固定一根钢丝绳，并应使钢丝绳在两卷筒上的缠绕方向相反，其工作原理和特点与单卷筒提升机完全相同。多绳摩擦式提升机的工作原理与单绳缠绕式提升机不同，钢丝绳不是固定和缠绕在主导轮上，而是搭放在主导轮的摩擦衬垫上，如图 1-2 所示，提升容器悬挂在钢丝绳的两端，在容器的底部还悬挂有平衡尾绳。提升机
14、工作时，拉紧的钢丝绳必须以一定的正压力紧压在摩擦衬垫上。当主导轮由电动机通过减速器带动向某一个方向转动时，在钢丝绳和摩擦衬垫之间便发生很大的磨擦力，使钢丝绳在这种摩擦力的作用下，跟随主导轮一起运动，从而实现容器的提升和下放。不难看出，多绳摩擦式提升机的一个根本特点和优点是钢丝绳不在主导轮上缠绕，而是搭放在主导轮的的摩擦衬上，靠摩擦力进行工作。多绳摩擦式提升机和单绳缠绕式提升机比较，在规格性能、应用范围、机械结构和经济效果等方面都优越的多，就深井和大产量来说，是竖井提升的发展方向。而单绳提升机适用于提升能力较小的场合。国产单绳缠绕式提升机有JT和JK两个系列：JT系列提升机卷筒直径8001600
15、mm，主要用于井下运输提升工作；JK系列提升机卷筒直径为25m,主要用于地面井口提升工作。中信重型机械公司（原洛阳矿山机器厂）自1958年开始生产矿井提升机，并形成了大批量生产能力。设计、制造了6M和26M系列、KJ系列、XKT系列、JK和2JK、JUE和2JUE系列等单绳缠绕式提升机。1986年中信重型机械公司从瑞典ABB公司引进了具有八十年代世界先进水平的矿井提升机全套技术（包括设计、工艺、装配、检查、计算等） ，并于1987年经ABB公司专家来厂检验认证合格。诞生了JK-E、2JK-E新一代单绳缠绕式提升机。1.2.2 矿井提升机的主要组成部分和各部分的作用矿井提升机作为一个完整的机械一
16、电气机组，它的组成部分如图1.4所示。中国矿业大学 2007 届本科毕业设计 第 10 页工作机构主轴装置和主轴承制动器制动系统 减压传动装置减速器（包括微拖动减速器）机械传动系统 联轴器润滑系统润滑油站矿井提升机 斜面操纵台观测和操纵系统 深度指示器和传动装置 测速发电机装置主电动机和微拖动电动机拖动、控制和自动 电气控制系统保护系统 自动保护系统司机椅子、机座、机架辅助部分 护栏、护板、护罩导向轮装置、车槽装置（多绳摩擦绳提升机）图1.4 矿井提升机的主要组成部分下面扼要介绍一下各个部分的功能。一、工作机构工作机构主要是指主轴装置和主轴承等，它的作用是:1.缠绕和搭放提升钢丝绳；2.承受各
17、种正常负荷(包括固定静载荷和工作载荷)。并将此载荷经过轴承传给基础；3.承受在各种紧急事故情况下所造成的非常负荷，在非常负荷作用下，主轴承装置的各部分不应有残余变形；4.当更换提升水平时，能调节钢丝绳的长度(仅限于单绳缠绕式双卷筒提升机)。二、制动系统中国矿业大学 2007 届本科毕业设计 第 11 页制动系统包括制动器和液压传动装置两部分。制动器的作用是:1.在提升机停止工作时，能可靠的闸住机器。2.在减速阶段及下放重物时，参与提升机的控制。3.紧急事故情况时，能使提升机安全制动，迅速停车，避免事故的扩大。4.双筒提升机在调节钢丝绳长度时，应能闸住提升机的游动卷筒。三、机械传动系统机械传动系
18、统包括减速器和联轴器。1.减速器的作用矿井提升机主轴的转数由于受到提升速度的限制，一般在1060r/min分之间，而拖动提升机的交流电机转速通常在480960r/min的范围内，这样，除采用低速直流电动机拖动之外，一般情况下不能将主轴与电动机直接连接，中间必须经过减速器。因而减速器的作用是减速和传递的动力。JK型提升机采用圆弧齿轮减速器，其速比为11.5，20，30。型号为ZHLR-130，ZHLR-150，ZHfLR-170等。还有采用共轴减速器的，这种减速器如加工制造精度达到要求，装配得当，则齿轮受力较小，布置较为合理。现在已用了行星齿轮减速器，这种减速器体积小，重量轻，传动效率高。2.联
19、轴器是用来连接提升机的旋转部分，并传递动力。四、润滑系统润滑系统的作用是:在提升机工作的时候，不间断的向主轴、减速器轴承和啮合齿面送润滑油，以保证轴承和齿轮能良好的工作。润滑系统必须与自动保护系统和主电动机联锁：即润滑系统失灵时(如润滑油压力过高或过低、轴承温升过高等)，主电动机断电。提升机进行安全制动。启动主电动机之前，必须先开动润滑油泵，以确保机器在充分润滑的条件下工作。五、观测和操纵系统观测和操纵系统包括斜面操纵台、深度指示器和测速发电机装置。1.操纵台是司机用以操纵提升机的装置，是提升设备的控制中枢。2.深度指示器是矿井提升机中的一个主要部件，其主要用途是：1）指示井筒中提升容器的实际
20、位置；2）容器接近井口时发出减速开始讯号；3）在全提升过程的各阶段监督提升速度图的完成，起限速保护作用；4）在制动或半自动化提升中给定加速，减速阶段的速度；5）在钢丝绳因滑动或蠕动及衬垫磨损等原因而使容器位置与深度指示器位置不一致时，在停车时自动调零。3.测速发电机中国矿业大学 2007 届本科毕业设计 第 12 页测速发电机装置主要用于机器的测速和超速保护。它由减速器高速轴上的大皮带轮（其直径由提升机所配的减速器高速轴轴径而更换） ，通过三角皮带带动测速发电机轴头上的小皮带轮组成（其直径按提升主电机的转速而更换） ，为便于张紧三角皮带有螺钉可使发电机在导轨上移动，为保证安全免出人身事故还设有
21、护罩。另外测速发电机在提升运转过程中发出的电压还在斜面操纵台的电流电压表上反映钢丝绳实际速度（电压表上刻度单位是米/秒） ，供司机了解提升容器在井筒上、下的运行速度。六、拖动、控制和自动保护系统拖动和自动保护系统包括主拖动电动机和微拖动电动机、电气控制系统和自动保护系统。从以上所述可知主拖动电动机、机械传动系统、工作机构是矿井提升机的核心工作部件，其余系统为辅助系统。因此，对机械传动系统中的减速器进行监测对保证矿井提升机正常运行具有重要意义。1.3本章小结本章着重介绍了提升机的发展史，以及提升机的种类、结构和各部分的作用，为进行故障诊断奠定了基础。中国矿业大学 2007 届本科毕业设计 第 1
22、3 页2 矿井提升机的工况监测与诊断技术2.1故障诊断技术和状态监测2.1.1机械故障诊断的内容故障诊断技术是一门紧密结合生产实际的工程科学，是现代化生产发展的产物，它对设备管理的影响很大。所谓设备故障故障技术，就是在设备运行过程中或基本上不拆卸设备的情况下，了解和掌握设备的运行技术状态，确定其整体或局部正常与否，早期发现故障及其原因，判断故障的部位和程度，预测故障发展的趋势和往后技术状态变化的技术。设备故障诊断技术，与人们熟知的医学诊断技术十分相似，而且一些诊断方法和诊断的症状特征信息也十分类同。机械故障诊断的内容包括状态监测、分析诊断和故障预测3个方面，其具体实施过程可以归纳为信号采集、信
23、号处理、状态识别与诊断决策4个方面设备允许参数信号采集 信号处理 故障确定被测设备 获取检测信号 设备特征信息 对比趋势分析诊断决策图2.1 机械设备故障诊断技术机械设备在运行过程中必然会有压力、温度、振动等各种参量的变化，由此会产生各种不同的信息。根据不同的诊断需要，选择能表征机械设备工作状态的不同信号，如振动、压力、温度等是十分必要的，这些信号一般是通过使用不同的传感器来获取的。中国矿业大学 2007 届本科毕业设计 第 14 页信号处理是将采集到的信号进行分类处理、加工，获得能表征其特征的过程，也称为特征参量提取过程。状态识别是将经过处理后获得的设备特征参数与规定的允许参数或判别参数进行
24、比较，以确定设备所处的状态是否存在故障以及故障的类型和性质等，为此应正确制定相应的判别准则和诊断策略。诊断决策是根据对设备状态的判断，来决定应采取的对策与措施，同时应根据当前的信号，预测设备状态可能变化的趋势，进行趋势分析。2.1.2机械故障诊断的发展历程对设备的故障诊断，实际上自有工业生产以来就已存在。早期人们依据对设备的触摸，对声音、振动等状态特征的感受，凭借工匠的经验，判断某些故障的存在，并提出修复的措施。故障诊断作为一门学科，则是在2O世纪6O年代以后才发展起来的。最早开展故障诊断技术研究的是美国，日本、英国、瑞典、挪威、丹麦等国紧随其后。美国1961年开始执行阿波罗计划以后出现了一系
25、列的设备故障，1967年在美国宇航局(NASA)倡导下，由美国海军研究室(ONR)主持美国机械故障预防小组(MFPG)积极从事故障诊断技术的研究和开发，并成功地运用于航天、航空、军事等行业的机械设备中；英国在6O年代末7O年代初，以R.A.Coilacott为首的英国机械保健中心(UK Mechanical Health Monitoring Center)开始诊断技术的开发研究；日本钢铁、化工、铁路等民用工业部门的诊断技术方面发展很快，并具有较高的水平；丹麦在机械振动监测诊断和声发射检测仪器方面具有较高水平。1971年，Beard在博士论文中提出通过系统的自组织使系统闭环稳定。通过比较观测器
26、的输出得到系统故障信息的新思想，标志着基于解析冗余的故障诊断技术的诞生。几十年的理论研究和实际应用表明，故障诊断技术为提高系统的可靠性和安全性开辟了一条新的途径，并在技术进步和市场拓展的双重驱动下得到了迅速的发展，产生了巨大的经济效益和社会效益，已成为各国研究的一个热点。我国在机械故障诊断技术方面的研究和应用相对较晚，2O世纪8O年代才开始着手组建故障诊断的研究机构，其发展也经历了从简易诊断到精密诊断、从一般诊断到智能诊断、从单机诊断到网络诊断的过程，发展速度越来越快。与发达国家相比，我国虽然在理论上跟踪较紧，但总体而言，在机械设备诊断的可靠性等方面仍有一定差距。经过近4O年的发展，作为新兴的
27、综合性的边缘学科，机械故障诊断技术在理论上已初步形成了比较完整的学科体系，就其技术手段而言，已逐步形成以振动诊断、油样分析、温度监测和无损检测伤为主，一些新技术中国矿业大学 2007 届本科毕业设计 第 15 页或方法不断兴起和发展的局面。计算机硬件技术的发展以及软件技术的日新月异，极大地促进了信号分析与处理技术的发展，从而更进一步推动了机械故障诊断和监测技术向着科学化和实用化的方向发展。2.1.3机械故障产生的原因分析机械故障是指设备在运行中，由于不可避免的或意外的原因而使其性能降低，甚至根本不能工作，但就其产生故障的客观原因有以下几个方面：1.先天性的原因：设计不当；材料有先天性缺陷如裂纹
28、、气孔、砂眼等；零件加工、装配质量不符合设计要求等。2.使用方面的原因：工作环境不良。在超载的条件下运行。3.操作方面的原因：操作不当或失误；没有按规定进行保养。4.检修方面的原因：检修措施不当；检修质量不良，没有为有效润滑创造条件。5.意外的原因：如井下顶板冒顶引起设备损坏等。6.暂时还无法完全改变的自然规律如正常的磨损、老化等。设备诊断技术按要求、对象不同，可分成简易诊断和精密诊断两个层次。（1）简易诊断技术 对设备的技术状况简便而迅速地作出概括评价，相当于对人体进行健康检查，普遍有效地用于大量设备的检测。（2）精密诊断技术 对经过简易诊断判定为异常的设备，作为进一步的细致诊断，确定就采取
29、的措施，以解决设备存在的问题，相当于医生对病人的深入诊断。设备的诊断技术不仅被人们应用于设备的使用、维修阶段，而且已按设备一生管理的要求，在每个阶段都应用于设备的诊断技术，以实现设备寿命周期费用达到最经济、最有效的目标。实践证明，设备诊断技术在具体的实施中将会取得十分明显的经济效益，这种经济效益主要表现在可以减少事故，降低维修费用。2.1.4设备状态监测设备状态监测，是用人工或专用的仪器、工具，按照规定的监测点进行间断或连续的监测，掌握设备异常的征兆和劣化程度。状态监测与故障诊断既有联系又有区别，有时往往把状态监测称为简易诊断，因为两者的含义和功能是十分相近的。状态监测通常是通过测定设备的一个
30、或几个单一的特征参数（如振动、温度等），检查其状态是否正常，若参数值将要达到某个限定值时，就应判定安排停机修理。为了达到这个目的，在对设中国矿业大学 2007 届本科毕业设计 第 16 页备进行定期或连续监测时，必须及时掌握并记录故障发展的趋势，对使用寿命进行预测、预报，实现状态监测的要求，做好故障趋势分析。设备状态监测按其监测的对象和状态量来划分，可分为两个方面的监测：（1）机器设备的运行状态监测 指监测设备的运行状态。例如：根据设备的振动、温度、油压、油质劣化、泄漏等情况，对泵类、压缩机、机床等设备进行监测。（2）生产过程式的状态监测 指监测由几个工艺参数所构成的生产过程的状态。例如：监测
31、产品质量、流量、成份、温度或工艺参数量的变化等情况。上述两个方面的状态监测是相互关联的。例如：生产过程发生了异常，或会导致设备的故障，或会发现设备的异常。反过来，往往由于设备运行状态发生异常，就会出现生产过程的异常变化。设备状态监测 按监测手段来划分，可分为主观型状态监测和客观型状态监测两类：（1）主观型状态监测 由监测人员利用自身的感受器官去进行监测，其准确程度主要是取决于执行人员的经验和能力。如目前推行较为普及的日常点检工作，就属于此类情况。（2）客观型状态监测 由监测人员采用各种测量工具仪器和精密诊断仪器及专用监测系统等装置进行的一种监测方法。由于当前现代化装备水平的设备在数量上不断增加
32、，促使客观型状态监测的比重将愈来愈大。同时一些具有现代化生产水来的系统装备，借助于电子计算机控制，来达到对生产过程或设备运行状态的自动监测，这对减少故障停机损失，开展状态预知维修，提高设备寿命周期费用效率，达到了较好的效果。2.1.5监测和诊断的主要方法1.振动监测 在机械设备的监测和诊断中，振动监测是普遍常用的监测方法。振动是一切回转运动和往复运动机械中最普遍的现象。产生机械振动的原因有很多，归纳起来有以下几方面原因：1）零部件加工或装配中的偏心、轴弯曲，旋转体的材质分布不匀，使设备运转时产生惯性力；2）往复杆件，在往复运动时产生惯性力；3）支承零件以及传动机构零件的磨损、损坏，会使机构及机
33、件随之产生振动；中国矿业大学 2007 届本科毕业设计 第 17 页4）设备基座以及动力系统的激励。在振动分析中，通常使用传感器把机械能转换成电能，使传感受器产生电信号并与机械振动成函数关系。振动测量的传感器，一般常用的有位移型传感器、速度型传感器和加速度型传感器三种类型，根据测量参数的不同可选用不同的结构型式。2.温度测量温度是表示物体冷热程度的物理量，也是物质分子运动能量大小的反映和标志。物体在生产或运行过程中许多物理现象和化学作用的结果，大多可归结到温度这个状态量上来，所以在设备中的机械机件和电气元器件，常常会引起温度变化而产生“热故障”。因此，通过温度监测来查出早期设备的故障是十分有效
34、和必要的。例如，机件中由于不正确的工作位置、或过载运行、或轴承的磨损运转、或润滑不良等原因，会产生异常热量。又如电气系统中由于机件间摩擦磨损导致绝缘层破坏，负载过大，电阻值变化，电缆接头老化、松动、接触不良等，都会使系统内局部区域产生异常升温。过去对一般设备有时采取手摸测温，其温度范围至多不超过50度左右。随着工业生产的飞跃发展和设备的不断更新换代，有的设备在生产过程中温度高达几千度以上，有的设备要求在运转中迅速而准确地测出温度，因此必须靠科学的检测手段来适应生产的需要。温度监测按测温方式的不同，一般可分为两大类：（1）温度监测 这类监测所用的仪器，大部分要求仪器的测温元件需要与被测体间有良好
35、的热接触，通过热传导和热对流使物体与仪器探头接触区域达到热平衡时，实现温度测量。属此类仪器有：液体膨胀式温度计、固体膨胀式温度计、压力表式温度计、电阻温度计和热电偶温度计等。（2）非接触式温度监测 该种监测仪器在测量时，测量元件与被测对象无需接触，是通过接收物体热辐射能量来实现测温的目的。属于这种原理的测量装置如：光学高温计、辐射高温计、红外没温仪和红外热像仪等。3.裂纹检测在机械构件或零部件的材质中，缺陷是难以避免的，但最危险的是出现裂纹缺陷。这种缺陷产生的原因很多，有的是热加工引起的、有的是焊接不良造成的。也有的是经过长期运行后所产生的疲劳裂纹、蠕变裂纹。如果运行的机作上裂纹产生扩展，就会
36、对设备安全和生产安全造成很大威中国矿业大学 2007 届本科毕业设计 第 18 页胁甚至严重后果。下面介绍一些裂纹的检测技术和方法(1)表面检测裂纹技术1）渗透染色法 利用渗透液来探测裂纹，是一种常用的简易手段。探测时，先清理机件表面，随后将渗透液均匀喷洒在被检查的表面上，然后再将洗清洗液喷洒在整个表面，再擦去表面的混合液，由于渗透液的渗透能力较强易渗留入空隙和裂纹中而不能被除数擦去，最后用显像液喷洒在整个表面上，残留渗透液的孔隙和裂纹地方因两种液体的作用而明显的颜色，以此查出机件的表面缺陷。2）荧光渗透法 此法是否普通渗透液中加入荧光剂，用同样的方式检查机件的孔隙和裂纹，在紫外线的照射下，在
37、荧光渗透液渗入的裂纹、孔隙处显出强烈的黄绿肥色光辉，就能检出裂纹的所在。3）磁粉法 该法是利用磁粉的细粒，在进入由裂纹而引起的漏磁场时，就会被吸住留下。由于漏磁场比裂纹宽，故积聚的磁粉可用肉眼容易看出，以判断裂纹的存在。4）涡流检测法 此法是利用涡流裂纹探测器，当探测器通上交流电时，同时产生磁通和涡流。当探测器接触裂纹时，迫使涡流绕过裂纹而减弱了探测器线圈绕组内的电感量而取得电压上的变化，即在仪器刻度盘上显示出相应数值或发出报警声。(2)射线探测法 在设备诊断中，常用易于穿透物质的X、 射线，来检测物体材料内部的结构或缺陷。它的作用原理类似于人体光健康检查。(3)超声波探测法 此法是利用发射的
38、高频超声波（MHz）,从探头射入到被检物体中，倘若内部有缺陷，则一部分入射的超声波在缺陷处被反射或衰减，然后经探头接收后再放大，由显示的波形来确定缺陷的部位及大小。(4)声发射检测法当设备的某些部位的缺陷在外力或内应力作用下发生扩展时，由于能量释放会产生声波，并向四周传播，安放在被测表面上的传感器接收到这种信号，经放大和数据处理，来确定声源的位置，并判断缺陷的严重程度。在对锈蚀和裂纹十分敏感的许多设备中，这种方法得到广泛应用。.磨损监测磨损状态是机件故障失效的又一种常见形式。由于机器在正常传动中，需要传递转速、扭矩和功率，这就会在机件间有相对运动的接触部位产生不可避免的磨损。这种磨损造成故障在
39、机械设备中所占比重较大，同时事中国矿业大学 2007 届本科毕业设计 第 19 页故带来的经济损失也较严重。由于运动件之间的表面接触和摩擦、磨损的连续进行，使大量的磨损颗粒进入润滑系统，对于不同的磨损阶段不仅会在磨损颗粒数量上存在差异，同时还会产生磨粒的不同特征。对于磨损状态、磨损机理和磨损颗粒形态等监测和研究，目前应用油液分析技术已被认为是一种简便可行的有效方法。油液分析常用的有如下三种方法：（1）油样光谱分析 利用油液中所含元素的原子发出辐射能，进行光谱分析来确定其含量。并可采用原子发射光谱测定法或原子吸收光谱测定法，一般能测小于10 m磨屑。（2）油样光谱分析法 铁谱技术是国外20世纪7
40、0年代以发明的一种新的机械磨损测试方法，主要是研究新的分离油液中机械磨损碎屑和其它微粒材质的测试技术。目前它是磨损监测中应用最为广泛的一种润滑油样分析方法，油样铁谱分析能提供磨损残渣的数量、粒度、形态和成分四种参数。铁谱法一般适宜于检测磨屑粒度介于1050 m范围。常用的铁谱分析仪有分析式铁谱分析仪和直读式铁谱分析仪两种型式。（3）磁塞检查法 磁塞检查法的工作原理，是用带磁性的塞头插入润滑系统中的管道内，收集润油中的磨粒残渣，用肉眼直接观察残渣的大水、数量和形状，来判断机器零件的磨损状态。这是一种简便而有效的方法，通常适用于磨粒残渣的尺寸大于50 m的情况。5.泄漏检测在设备运行中，泄漏的危害
41、是极大的。泄漏包括气态、液态和粉尘状态的介质，从设备的裂缝、孔眼和空隙中逸出或进入。泄漏造成的危害有工质损失、产品流失、能源浪费、工况恶化、环境污染、设备加速损坏等，是企业中力图防止的现象。特别是对于蒸气系统、空压系统、输油系统和一些压力输送系统，防止泄漏是个重要问题。泄漏检测的方法很多，例如皂液检漏法、声学法、压力-真空衰减测试法和触媒燃烧器等2.2矿井提升机故障诊断技术2.2.1概述由于矿井提升设备的重要性，要求对提升设备进行故障诊断，以保证矿井的正常生产。多年来国内外对提升的安全问题都极为重视，在如何避免事故的发生、减轻事故的影响方面开展了大量的工作，已取得了一些理中国矿业大学 2007
42、 届本科毕业设计 第 20 页论成果，但面对的不同的环境条件，还需要进一步的完善。主要涉及以下几方面：（1）制订合理的法规、标准，以使其在设计、使用、维护时加以遵照执行，避免事故发生。（2）通过合理有效的定期维护，以使提升机正常运行，避免事故的发生。（3）研制提升机的运行状态监测装置，通过对提升机运行状态参数的实时监测，及时发现故障并进行维修，而且还能在一些故障出现时起到后备保护作用。上述三方面的内容来说，在第一、第二两方面我国开展的工作较多，与国外的差距也较小，如我国的煤矿安全规程每隔几年就要进行修订，这与煤炭行业的科技发展水平是相适应的。在检修方面，无论是在检修制度的制订，还是在现场检修的
43、执行方面都是比较严格的；但是，在相关技术人员的培训、检测的手段和设备等方面显有欠缺。在提升机运行状态监测监护装置的研制和应用研究方面，我国起步较晚，与国外的差距更大。国外最有代表性的成果是ABB公司、GHH公司和SIMAG公司的提升机监测和控制。国内开发和研制的提升机状态监测或后备保护装置已有十几种，大多数产品都是为煤炭系统所提出的八项后备保护而开发的，所采用的主机多为单片机或单板机，传感信号大部分是取自提升机原系统的继电器或控制接点，目前仅有中国矿业大学、洛阳矿山机械工程设计院的装置采用了工业控制机，北京煤科总院所研制的可编程提升机控制系统也具有部分状态监测功能。尽管国内外在提升机的安全方面
44、已取得了一些成果，对提升机的安全运行也起到了一定的作用，但由于煤矿生产的复杂性和环境的恶劣性以及研究过程中的局限性，有些监护措施或装置未能达以预期的效果，煤炭生产矿井中仍有不少事故发生。当然，事故发生的原因是多方面的，其主要原因有：（1） 司机操作失误且无提示措施；（2） 现有的装置可靠性和系统性护功能差；（3） 对诱发事故的初期状态无有效的预测、预报措施和手段；(4) 对已发生的事帮的过程无记录，无法寻事故产生的基本原因进行科学的分析，因此导致了某些事故重复出现；另外，从提升机发生故障所涉及的控制回路看，大多与速度控制回路和制动系统有关。2.2.2矿井提升机常见故障分析中国矿业大学 2007
45、 届本科毕业设计 第 21 页1.提机部常见故障对于提升机进行安全监护，我们首先了解矿井提升机运行的安全状况以及影响提升机安全运行的因素。为此，通过资料的查询、现场调研和现场测试，以及对多起事故的分析，表2.1给出了较多的事故统计表2.1 矿井提升机常见故障统计结果缠绕式提升事故性质立井箕斗 立井罐笼 斜井箕斗 斜井串车断绳（坠箕斗或缺罐笼） 17 5 6 16过卷墩罐 5 8 4 9制动失效 2 2 1 1注：过卷墩罐只统计了造成设备损坏或人员伤亡的事故。2.故障原因分析（1） 断绳事故原因分析缠绕式提升机断绳坠箕斗事故来自于三个方面：钢丝绳强度低、松绳和过卷。其中，因钢丝绳强度低所引起的断
46、绳坠箕斗事故占的比例小（占箕斗提升断绳的5%左右），而且诱发事的三个基本事件在静态时可以检查，也是使用矿井规定检查的内容，因此可以通过加强管理和检查而避免。而松绳和过卷引起的断绳事故，一方面因为所占比例较大（占箕斗提升断绳事故的90%以上，特别是松绳和过卷引起的断绳事故最多，占箕斗提升断绳的60%）。另一方面，由于它的基本事件大多与动态特性有关，还有一些是事故无法预见的，因此应作为监护的重点。理论分析表明，只要对松绳进行监测，并在松绳量小于一定数值时制动住提升系统，便可以避免因松绳引起的断绳事故。至于过卷引起的断绳事故，多是在容器过卷后卡在井口设施上，而提升机又未能制动，使钢丝绳拉断。就发生过
47、卷的原因来说，是过速、过卷保护失效和制动失效，因此，对运行速度、提升高度的制动系统进行监测，采取可靠的过卷、过速保护措施，是解决此类事故的最好方法。缠绕式提升机断绳坠罐笼事故与断绳坠箕斗事故的不同之处在于两个方面，一是产行松绳的原因；地是断绳不一定坠罐，只有在防坠器失效时，断绳才会坠罐。其解决方法与上述方法相同（2） 制动失效分析制动器是矿井提升机普遍采用的一种机械制动装置，它是矿井提升系统正常减速停车及在各种提升故障情况下实施紧急制动停车的最终手段，中国矿业大学 2007 届本科毕业设计 第 22 页是保证提升机安全运行的重要安全装置。制动力矩及制动器调整是否合理，直接影响提升机的安全运行。
48、制动失效有三个方面表现，一是制动力矩大，造成张力大所引起的滑动。二是制动不住。之所以将超载和制动初速大作为制动不住的基本事件，是因为在调研中发现，在超载时，经常出现提升中途停车，再次开车时，司机又将方向开反，变成重物下放；当司机发现时，提升机速度已较大，此时实施制动便出现制动不住事故。至于制动力矩小引起的制动不住原因，是多方面造成的。三是制动力矩大引起斜井提升松绳，这主要是由于其提升机械机制动减速度过大于容器及载荷的自然减速度所至。 3.减速机结构及故障机理（1）减速机结构减速机由机体装置、高速轴装置、中间轴装置和主轴装置等部件组成。机体装置用以支承齿轮和轴，构成闭式润滑系统，并能使减速器在负载下运转时将齿轮和轴上的作用力传给基础。机体的下部还贮存整个机器润滑系统所需的润滑油，减速器各轴承和啮合齿面由集中润滑系统供油、进行强迫润滑。各类减速机的结构各有不同。机械运转部件包括转轴，轴承、以及齿轮。因此，对其进行振动故障监测较为复杂。（2）减速机故障及振动机理通过统计分析大量的大型减速机的事故资料，对各种运行事故发生原因及机理、预防措施进行了系统的研究。从中发现常见的主要故障类型有四类：轴不平衡、轴不对中、滚动轴承故障、齿轮故障。其中主要部件滚动轴承和齿轮的失效百分比占
