采煤机传动装置检测与故障诊断系统的设计研究

2018-09-18李超

机械管理开发 2018年9期

李超

（山西煤炭运销集团新旺煤业有限公司，山西大同 037100）

引言

随着开采工艺的不断提升，采煤机的机械结构以及电气控制水平的复杂程度也不断提升，由于设备损耗以及运行环境等因素，会出现多种不可预见性的机械或电气故障，而影响其功能实现的故障会造成较大的经济损失。由于采煤机的复杂性，故障发生后的故障判断以及定位会很困难，因此研究采煤机检测和故障诊断显得尤为重要。

1 系统总体方案

本文设计的采煤机传动装置检测与故障诊断系统主要由硬件和软件组成（如图1所示）。系统硬件主要包括采集信号功能件、转化功能件以及补偿功能件等，硬件主要作用在于采集需要检测的信号，并通过各部件的功能实现，将采集到的信号转换成计算机可以识别的数字信号。系统软件则是以LabVIEW软件为开发环境，结合改进型BP神经网络算法对系统软件进行开发，系统软件主要功能是完成采集信号的检测、存储和诊断等。

图1 系统总体方案

2 系统硬件方案

监控系统的硬件设计是系统功能得以实现的基础，也是系统功能设计思路的重要体现，更是系统能否稳定准确运行的保障。硬件主要作用在于采集需要检测的信号，并通过各部件的功能实现，将采集到的信号转换成计算机可以识别的数字信号。如图2所示，系统硬件由传感器、调理电路、数据采集卡和计算机组成。

图2 系统硬件结构

系统硬件结构设计中，核心点在于以下几个方面：一是传感器的选型及安装；二是数据采集卡的选型；三是调理电路的设计。对以上几点完成选型并安装正确后，各种信号传感器将采集到的信号通过传输线路传递到与之相连的对应调理电路输入端，然后通过USB接口，将调理电路的输出端信号转出到计算机。值得说明的是，各种传感器采集到的信号往往都是模拟信号或脉冲信号，在信号处理过程中，发挥作用的分别是调理模块将模拟信号或脉冲信号调理成采集卡可以识别的信号，之后采集卡将输入信号调理成计算机识别的信号，计算机输入信号后，后续工作则由计算机软件进行完成[3]。

2.1 传感器的型号选择与位置选定

2.1.1 传感器选型原则

1）符合检测参数与检测环境的要求。根据需要检测的参数，确定参数的检测原理，并与传感器工作原理进行对比，选用合适的传感器；另外不同传感器对工作环境具有不同的要求，例如空间位置和数据互通形式等，这也是传感器选型的条件之一。

2）传感器量程需与检测参数匹配。传感器作为检测参数的工具，量程是最基本，也是最重要的指标。针对需要测量参数的波动范围以及精度要求，选择合理的传感器量程，是保证检测数据准确的重要前提。

3）传感器灵敏度需与检测参数匹配。对于传感器灵敏度的选择并不是越灵敏越好，因为在一般情况下，越灵敏的传感器，其受其他信号干扰的情况就越容易发生，因此根据具体检测参数的精度要求，选择匹配的灵敏度传感器，是非常重要，且是必要的前提[4]。

2.1.2 传感器选型

根据检测参数范围、参数检测方式等指标，选择不同类型的传感器，根据采煤机传动装置的特点，选取的传感器如表1、表2所示。

表1 传感器性能指标参数

2.1.3 传感器安装位置

为了检测采煤机传动装置的运行参数和故障参数，需要将前面所选的不同类型的传感器安装在相应位置，以得到相应数据。对于不同的参量，测试点的位置有所不同，例如：压电传感器安装在截割部减速箱及轴承端盖和牵引部固定箱及轴承上以拾取振动信号；将温度传感器接入截割部齿轮箱油池和牵引部齿轮传动油池等，具体传感器分布如图3所示。

图3 传感器分布图

2.2 数据采集卡的选型

通过硬件结构系统图，可以看出数据采集设备在采煤机与分析PC机之间起着传递转化信号的作用，是采集信号的处理中心。传感器等采集信号装置将信号数据传递到数据采集卡，数据采集卡通过转换和译码，将其转化成PC设备识别的语言数据，从而达到系统整体功能。在本设计系统中，数据采集卡选择USB-6321数据采集卡。该数据采集卡总线为USB，接口常规，应用范围广，方便携带[5]。