矿井提升机直流电机异常振动故障分析

安徽开发矿业有限公司 贺祥洪

针对矿井提升机直流电机存在的异常抖动问题，以控制原理入手，分析了造成抖动的可能原因，对每个可能原因进行逐个验证，最终找出根本原因并予以解决，对其他矿井提升机直流电机出现同类故障有借鉴意义。

安徽某铁矿设计产能750万吨/年，3条主井提升矿石，每条主井提升矿石250万吨/年，3条主井提升机均为中信重工生产的多绳摩擦式提升机JKM4×6，电控系统、传动系统、闸控系统由ABB公司整套提供。近期，1#主井正常模式全速上行下行，减速时提升机会偶尔产生异常振动，振动次数多数在1～5次的范围内；当箕斗运行速度降低后，同样的行程提升机振动频率、频数有明显减少趋势；同样的箕斗运行条件下，提升机上提、下放过程中产生的振动出现频率与频数并无明显规律可循。针对该问题，笔者从振动产生的原理入手，深入分析故障产生的原因，提出了解决措施。

1 系统现状

3条主井提升机配套主电机均选用上海电机厂生产的直流电动机，电机型号：ZKTD315/56，额定功率2400kW、额定电流3379A、额定电压800V、额定转速48rpm，该电机为低速电机，电机转子与提升机主轴直联。传动系统采用ABB公司DCS800直流传动系统。制动系统采用ABB公司整套制动系统。

2 原因分析

ABB电控系统作为提升机的控制核心，实现提升机位置控制、速度控制和各项安全保护等。将运行指令下达给传动系统，通过传动系统实现双闭环直流调速。将施闸、敞闸指令下达给闸控系统，通过闸控系统实现提升机的工作制动和紧急制动。

DCS800直流传动系统是ABB生产的用于直流电机电枢和励磁供电控制的全数字直流调速系统，具有自己独立的计算机处理器，其性能优良、可靠性高，功率范围大，单硅输出能可达5200A。在控制上可以自由编程，既可实现速度自动调节和电枢电流调节的双闭环控制，也可实现较复杂的12脉动并联控制、12脉动串联控制和12脉动顺序控制、主从控制等。具有自己独立的脉冲输入模块，用于处理电机的轴编码器输出的脉冲信号，进行速度控制。可通过MoudleBus光纤现场总线实现和提升控制PLC系统之间的通讯。将提升控制PLC的运行控制指令传送至DCS800变流器，同时变流器的主要运行信号和故障报警信号也将传送到提升控制PLC，用于提升机运行的监控及保护。

ABB闸控系统满足各种相关国际标准及中国《煤矿安全规程》和《金属及非金属矿山安全规程》（2020）规定，系统设计为双独立回油油路。静态制动安全系数:≥3倍的最大静张力差，安全制动减速度：1.5m/s2≤a≤5m/s2。在各种载荷和提升状态下的无滑绳设计。具有恒减速和恒力矩安全制动。系统自动测试和监测重要液压阀和储能器的功能。友好的人机界面，显示系统各种重要参数，如：油压、闸气隙、弹簧疲劳、油位、油温、制动状态、故障信息等，并可方便地进行系统测试。

2.1 电气原因分析

结合现场提升机运行现状及分析运行趋势图后，对电机抖动的原因提出以下判断：（1）可能是由于主控编码器反馈到主控的脉冲量有误差；（2）传动系统速度给定存在问题；（3）由于滑绳造成滚筒受力不均匀造成提升机抖动；（4）电机本身存在问题（气隙间隙小、地脚螺栓松动等）。

由于对编码器反馈的信号是否准确及编码器电源电压本身是否波动不确定，所以决定对编码器电源模块B101.21（SD823）进行更换及对编码器接线盒至主控柜线缆进行更换，故障未解除仍有波动，测试完成后将编码器至主控柜线缆恢复，电源更换为新电源。更换旧测速电机，故障未解除。排除编码器外部线路后，考虑到可能是DP820和PE1315模块给到主控的信号不准确，随后对这两个模块故障更换及对所有的控制柜外部端子进行紧固（排除虚接），更换完毕后，动车测试故障未解除。

在排除以上原因后，考虑到可能是传动柜可控硅（晶闸管）引起的电流波动，随后用示波器对传动柜可控硅的门极触发电流波形进行检测，波形趋势正常无问题（可控硅阻值均在12～13Ω之间）。排除可控硅的原因后，对可控硅的触发板（Y1、Y2柜PIN48触发板共四个，Y1、Y2柜电路板（IOB-3））进行更换，故障未解除。更换Y1柜传动主控板（CON-4）。以上工作完成后，排除传动柜硬件原因造成的电机抖动。示波器波形图如图1所示。

图1 示波器波形图

对滑绳保护程序段（P53/C7/3）进行实时在线分析，程序监控滑绳范围在误差范围内，故排除滑绳原因。滑绳保护程序段图如图2所示。

图2 滑绳保护程序段图

使用Drivelwindow软件对提升机运行曲线进行抓捕和分析，根据曲线时域可以看出，速度给定在电机力距变化之后，编码器随后根据给出的相应速度反馈脉冲对变流器的电流进行相应的调整，说明传动本身没有问题。提升机运行曲线图如图3所示。

图3 提升机运行曲线图

对主电机电枢绕组、励磁绕组绝缘阻值进行测量，对电机定子和转子间的气隙进行测量，测量数值均在正常范围内，故排除电机本身的原因造成电流异常波动。

2.2 机械原因分析

现场测量编码器侧轴承座轴承外套与主轴同轴度数据，发现编码器侧轴承座及主轴偏斜。在打开编码器侧轴承座检查时，发现主轴上小齿轮存在松动现象，紧固之后故障未解除，说明可能的机械故障并不止此一处；考虑主轴在轴承座上的偏斜情况，合理怀疑因主轴或轴承座偏斜导致内部传动结构磨损达到一定程度，影响了传动的稳定性进而导致故障。对轴承座和主轴进行找正后，故障解除。

结语：由于编码器侧轴承座安装位置偏斜，导致轴承外套与主轴的相对位置偏斜，进而导致轴承外套及轴承内齿轮磨损超限，导致传动过程中的偶发性失效引起编码器速度信号检测迟滞。以空箕斗下放为例，当运行到减速段时电机电流开始减小，编码器检测到的速度信号始终为主轴前一阶段的速度信号，从而导致给定电流与实际速度不匹配，电流降得过多；为满足给定速度又再次快速升电流，就会产生电流波动，从而造成异常振动。在矿井提升机故障分析时，应当从原理入手，考虑电气、机械等多方面原因，才能快速判断故障原因，及时解决问题。