礦用主通風(fēng)機(jī)高壓電動機(jī)機(jī)械故障診斷方法研究.pdf

1、本文是“十一五”國家科技支撐計(jì)劃項(xiàng)目“礦井通風(fēng)及供電系統(tǒng)安全狀態(tài)監(jiān)測及故障診斷預(yù)警系統(tǒng)的研究”(No:2007BAK29B05)中子課題的延續(xù)，是針對目前我國礦井主通風(fēng)機(jī)高壓電動機(jī)機(jī)械故障頻發(fā)、現(xiàn)役故障診斷系統(tǒng)功能不完善、準(zhǔn)確度不高等問題提出的。
　　礦井主通風(fēng)機(jī)是保障煤礦安全生產(chǎn)的關(guān)鍵設(shè)備之一，其通過不間斷地向井下各巷道及采、掘工作面提供大量新鮮空氣，從而減少了瓦斯、粉塵等有害氣體的聚集，改善了井下工作環(huán)境，確保了井下工作人員的

2、人身安全。而主通風(fēng)機(jī)高壓電動機(jī)由于長期不間斷運(yùn)行，且運(yùn)行環(huán)境惡劣，易發(fā)生機(jī)械故障。如不能及時發(fā)現(xiàn)并排除故障，將會嚴(yán)重威脅井下工作人員的人身安全。鑒于主通風(fēng)機(jī)高壓電動機(jī)的重要地位，為確保煤礦安全生產(chǎn)，《煤礦安全規(guī)程》規(guī)定礦井必須安裝兩臺主通風(fēng)機(jī)，其中一臺作為備用，以方便對其進(jìn)行交替檢修。定期維修作為一種過剩維修方式可大大降低主通風(fēng)機(jī)高壓電動機(jī)的故障率，但同時也增加了煤礦的生產(chǎn)成本，降低了生產(chǎn)效率。對礦井主通風(fēng)機(jī)高壓電動機(jī)運(yùn)行狀態(tài)進(jìn)行實(shí)時監(jiān)

3、測及可靠評估，將有效降低設(shè)備的維修成本，并可防止突發(fā)事故的發(fā)生，對煤礦安全生產(chǎn)有著重要的現(xiàn)實(shí)意義和較高的實(shí)用價值。
　　本文對主通風(fēng)機(jī)高壓電動機(jī)轉(zhuǎn)子斷條和軸承故障兩種機(jī)械故障機(jī)理進(jìn)行了深入的分析，研究了信號分析技術(shù)和智能診斷技術(shù)在故障診斷中的作用，并通過大量故障模擬試驗(yàn)，總結(jié)故障特征數(shù)據(jù)，旨在提出一種高可靠性、高診斷精度的機(jī)械故障診斷方法，為主通風(fēng)機(jī)高壓電動機(jī)機(jī)械故障診斷系統(tǒng)的開發(fā)提供理論支撐。本文的主要研究內(nèi)容如下:
　　

4、結(jié)合現(xiàn)場維修經(jīng)驗(yàn)及相關(guān)文獻(xiàn)資料，研究了主通風(fēng)機(jī)高壓電動機(jī)轉(zhuǎn)子斷條和軸承故障兩種機(jī)械故障理，建立了故障空間，確定了能有效反映其機(jī)械狀態(tài)的目標(biāo)參量，為故障診斷系統(tǒng)的建立奠定了理論基礎(chǔ)。
　　結(jié)合轉(zhuǎn)子斷條故障的機(jī)理，確定了基于Hilbert變換和支持向量機(jī)的轉(zhuǎn)子斷條故障診斷方法。其中，Hilbert變換用于提取電機(jī)定子電流信號中的故障特征量，而支持向量機(jī)則用于對故障特征向量進(jìn)行模式識別。本文對這一故障診斷方法進(jìn)行了詳細(xì)的理論推導(dǎo)及仿真分

5、析，給出了建立支持向量機(jī)分類器的一般步驟，為高壓電動機(jī)轉(zhuǎn)子故障狀態(tài)的確定提供了判別方法。另外，本文設(shè)計(jì)了實(shí)現(xiàn)這一方法的LabVIEW和MATLAB程序，
　　在軸承故障機(jī)理分析的基礎(chǔ)上，確定了基于局部均值分解和支持向量機(jī)的軸承故障診斷方法。其中，局部均值分解用于提取電機(jī)振動加速度信號中的故障特征量，而支持向量機(jī)則同樣用于對故障特征向量的分類識別。本文對局部均值分解的原理進(jìn)行了詳細(xì)的理論推導(dǎo)及仿真分析，并簡單介紹了支持向量機(jī)多分類器

6、的建立方法，為高壓電動機(jī)軸承故障類型的確定提供了識別方法。最后，本文也設(shè)計(jì)了實(shí)現(xiàn)這一軸承故障診斷方法的MATLAB程序。
　　結(jié)合工業(yè)現(xiàn)場的運(yùn)行環(huán)境，分別設(shè)計(jì)了故障監(jiān)測系統(tǒng)的軟、硬件結(jié)構(gòu)。配置了各種狀態(tài)參量的硬件采集電路，包括電壓、電流、加速度、轉(zhuǎn)速傳感器，以及相應(yīng)的數(shù)據(jù)采集卡。選擇工控機(jī)作為監(jiān)測系統(tǒng)的上位機(jī)。以硬件設(shè)備為基礎(chǔ)，開發(fā)了相應(yīng)的故障監(jiān)測軟件系統(tǒng)，包括信號采集及預(yù)處理程序、LabVIEW對MATLAB腳本文件的調(diào)用、數(shù)據(jù)

7、庫管理程序，以及人機(jī)交互界面。在實(shí)驗(yàn)室搭建故障監(jiān)測試驗(yàn)平臺，對建立的電動機(jī)故障監(jiān)測系統(tǒng)的軟、硬件進(jìn)行聯(lián)機(jī)調(diào)試，并優(yōu)化上位機(jī)軟件。調(diào)試結(jié)果表明，故障監(jiān)測系統(tǒng)參數(shù)監(jiān)測實(shí)時準(zhǔn)確，各項(xiàng)指標(biāo)均滿足設(shè)計(jì)要求。
　　依據(jù)電動機(jī)發(fā)生機(jī)械故障的原因，結(jié)合生產(chǎn)制造工藝，分別制作存在轉(zhuǎn)子斷條和軸承故障的試驗(yàn)電機(jī)。采用已搭建的故障監(jiān)測系統(tǒng)對試驗(yàn)電機(jī)的狀態(tài)參數(shù)進(jìn)行采集和存儲。應(yīng)用上述故障診斷方法分別對轉(zhuǎn)子斷條故障時的定子電流信號和軸承故障時的振動加速度信號