CN101941624B - 一种矿井提升机运行故障检测方法 - Google Patents

Abstract

一种矿井提升机运行故障检测方法，在天轮轴或导向轮轴上沿轴向布置一个无线应力传感器，无线应力传感器采集轴上应力应变信号，并经过一个无线信号接收装置传送至工控机；工控机中的提升机运行故障检测模块通过识别应力应变信号的波峰和波谷，获得实时提升速度曲线与提升容器深度曲线，同时根据应力应变信号和提升载荷之间对应关系，对应力应变信号进行换算，获得实时提升载荷曲线；基于以上获得的三种实时曲线，结合提升机设计给定的提升速度曲线、额定载荷和深度指示计示数，判断是否存在过卷过放、打滑、卡罐、松绳、过载等现象。其优点是所需硬件设备简单，可靠性高，抗干扰能力强，实时性强，可同时检测故障种类多。

Description

一种矿井提升机运行故障检测方法

技术领域

本发明涉及一种检测提升机运行的方法，特别是一种矿井提升机运行故障检测方法。

背景技术

在立井生产的矿井中，提升机是整个矿井的咽喉设备，其运行状况直接影响矿山安全生产。然而提升机在运行中有时会发生高速过卷过放、卡罐、松绳和打滑等故障，这些故障轻者损伤钢丝绳和罐道，影响正常生产，严重时会导致断绳，造成提升容器(罐笼、箕斗)坠井等恶性事故的发生。

为检测矿井提升机卡罐和松绳故障，有一种方法是将载荷传感器安装于提升容器上，并经钢丝绳将提升载荷信号发送到井上，这种方法易受干扰影响，精度不高，且装置较复杂。为检测摩擦式提升机打滑故障，也有一种方法是将霍尔传感器或光电编码器用于测量钢丝绳速度与摩擦轮的转速，通过比较两者速度可以检测出打滑故障，这种方法需要对钢丝绳速度信号和摩擦轮转速信号进行同步采集，否则影响检测效果，并且霍尔传感器易受干扰，采集数据精度不高。以上两种方法都无法同时实现对过卷过放、卡罐、松绳、过载和打滑等多种故障的同时检测。

发明内容

本发明的目的是要提供一种矿井提升机运行故障检测方法，解决无法对高速运行的提升机进行过卷、卡罐、松绳、过载和打滑等多种故障同时进行检测的问题。

本发明的目的是这样实现的：矿井提升机运行故障检测方法包括如下步骤：

步骤一、根据矿井提升机类型，在天轮轴或导向轮轴上沿轴向布置一个无线应力传感器，并在天轮或导向轮附近布置无线信号接收装置，无线信号接收装置通过USB接口与工控机相连，工控机中含有提升机运行故障检测模块；

步骤二、启动无线应力传感器，无线应力传感器实时从天轮轴或导向轮轴上采集应力应变信号，并将采集到的应力应变信号发送至无线信号接收装置，无线信号接收装置将应力应变信号传送至工控机；

步骤三、工控机中提升机故障检测模块通过分析所接收到的应力应变信号，获得提升机的实时提升速度曲线、提升容器深度曲线和提升载荷曲线，具体方法如下：天轮轴和导向轮轴上应力应变信号均为周期信号，当轴旋转一周，其应力应变信号随时间变化曲线均存在一个波峰和一个波谷；提升机运行故障检测模块以无线应力传感器所采集轴上应力应变信号随时间变化的曲线为基础，通过识别曲线中波峰与波谷的间隔时间，实时计算轴旋转的角速度，从而获得提升速度曲线，再对提升速度进行积分获得提升容器深度曲线；此外，提升机运行故障检测模块根据应力应变信号和提升载荷之间对应关系，对应力应变信号进行换算，获得实时提升载荷曲线；

步骤四、提升机运行故障检测模块将获得的实时提升速度曲线、提升容器深度曲线、提升载荷曲线与提升机设计给定的提升速度曲线、提升机深度指示计示数、提升机额定载荷作对比，对提升机运行中是否存在过卷过放、卡罐、松绳、过载以及打滑等故障现象进行实时判断；如果提升机运行故障检测模块检测出故障，则发出报警；如果提升机运行故障检测模块未检测出故障，说明提升机运行正常，则循环执行步骤三和步骤四，直至提升机停止运行。

所述的提升机运行故障检测模块的具体工作过程如下：

a、提升机运行故障检测模块对提升机运行过程中是否存在过卷过放故障现象的判断过程如下：

(1)根据无线应力传感器灵敏度与噪声大小，定义阈值J₁＞0，一般可为提升机给定提升速度的3％至10％；

(2)计算实时提升速度曲线与提升机设计给定的提升速度曲线之间差值e₁随时间变化的曲线；

(3)如果e₁＞J₁，则提升机可能存在过卷过放；否则，说明提升机运行速度在正常范围内；

(4)根据实时提升容器深度曲线，进一步判断提升容器所在位置；如果提升容器处于井口附近，而e₁＞J₁，则可能存在过卷；如果提升容器处于井底附近，而e₁＞J₁，则可能存在过放；如果提升容器既不处于井口位置也不处于井底位置，则说明提升机运行速度存在异常。

b、提升机运行故障检测模块对提升机运行过程中是否存在卡罐、松绳故障现象的判断过程如下：

(1)根据实时提升载荷曲线计算平均提升载荷；

(2)根据无线应力传感器灵敏度与噪声大小，定义阈值J₂＞0，一般可为提升机额定载荷的3％至5％；

(3)计算某时刻提升载荷与平均提升载荷之间差值e₂，如果e₂＞J₂，则说明此时刻可能存在卡罐故障，如果e₂＜-J₂，则说明此时刻可能存在松绳故障。

c、提升机运行故障检测模块对提升机运行过程中是否存在过载故障现象的判断过程如下：

(1)根据无线应力传感器灵敏度与噪声大小，定义阈值J₃＞0，一般可为提升机额定载荷的3％至5％；

(2)计算实时提升载荷曲线与提升机额定载荷之间差值e₃，如果e₃＞J₃，则说明此时刻可能存在过载故障。

d、提升机运行故障检测模块对摩擦式提升机运行过程中是否存在打滑故障现象的判断过程如下：

(1)根据无线应力传感器灵敏度与噪声大小，定义阈值J₄，一般可为0.5m至2m之间；

(2)计算实时提升容器深度与提升机深度指示计所指示深度之间差值e₄，如果e₄＞J₄，则可能存在打滑故障。

有益效果：本发明采用一个无线应力传感器采集提升机运行时天轮轴或导向轮轴上的应力应变信号，并由此获得提升机的实时提升速度曲线、提升容器深度曲线与提升载荷曲线，从而获得关于提升机运行状态的关键信息；本发明中所述提升机运行故障检测方法只需在天轮轴或导向轮轴上布置一个无线应力传感器采集轴上应力应变信号，再通过分析处理实时提升速度曲线、提升容器深度曲线和提升载荷曲线，结合提升机设计给定的提升速度曲线、额定载荷和深度指示计示数，即可解决无法对高速运行的提升机进行过卷、卡罐、松绳、过载和打滑等多种故障同时进行检测的问题，达到本发明的目的。

优点：能对高速运行的提升机进行过卷、卡罐、松绳、过载和打滑等多种故障同时进行检测，实时性强，所需硬件设备简单，可靠性高，抗干扰能力强，可为预防提升机恶性事故提供保障，具有广泛的实用性。

附图说明

图1是本发明的故障检测方法的总流程图示意图。

图2是提升机运行故障检测模块对是否存在过卷过放故障判断流程示意图。

图3是提升机运行故障检测模块对是否存在卡罐、松绳故障判断流程示意图。

图4是提升机运行故障检测模块对是否存在过载故障判断流程示意图。

图5是提升机运行故障检测模块对是否存在打滑故障判断流程示意图。

具体实施方式

实施例1：在矿井摩擦式提升机上按如下步骤实施本发明所述的提升机运行故障检测方法：

步骤一、在摩擦式提升机导向轮轴上沿轴向布置一个无线应力传感器，采用DH5905无线应力传感器；在导向轮附近布置无线信号接收装置，采用DH5905无线信号接收器；无线信号接收装置通过USB接口与工控机相连；

步骤二、启动无线应力传感器，无线应力传感器实时从导向轮轴上采集应力应变信号，并将采集到的应力应变信号发送至无线信号接收装置，无线信号接收装置将应力应变信号传送至工控机；

步骤三、工控机中提升机故障检测模块通过分析所接收到的应力应变信号，获得提升机的实时提升速度曲线、提升容器深度曲线和提升载荷曲线，具体方法如下：提升机运行故障检测模块以无线应力传感器所采集导向轮轴上应力应变信号随时间变化的曲线为基础，通过识别曲线中波峰与波谷的间隔时间，实时计算轴旋转的角速度，从而获得提升速度曲线，再对提升速度进行积分获得提升容器深度曲线；此外，提升机运行故障检测模块根据应力应变信号和提升载荷之间对应关系，对应力应变信号进行换算，获得实时提升载荷曲线；

所述的提升机运行故障检测模块的具体工作过程如下：

a、提升机运行故障检测模块对提升机运行过程中是否存在过卷过放故障现象的判断过程如下：

(1)定义阈值J₁＝0.5m/s；

(2)计算实时提升速度曲线与提升机设计给定的提升速度曲线之间差值e₁随时间变化的曲线；

(3)如果e₁＞J₁，则提升机可能存在过卷过放；否则，说明提升机运行速度在正常范围内；

(4)根据实时提升容器深度曲线，进一步判断提升容器所在位置；如果提升容器处于井口附近，而e₁＞J₁，则可能存在过卷；如果提升容器处于井底附近，而e₁＞J₁，则可能存在过放；如果提升容器既不处于井口位置也不处于井底位置，则说明提升机运行速度存在异常。

b、提升机运行故障检测模块对提升机运行过程中是否存在卡罐、松绳故障现象的判断过程如下：

(1)根据实时提升载荷曲线计算平均提升载荷；

(2)定义阈值J₂＝100kg；

(3)计算某时刻提升载荷与平均提升载荷之间差值e₂，如果e₂＞J₂，则说明此时刻可能存在卡罐故障，如果e₂＜-J₂，则说明此时刻可能存在松绳故障。

c、提升机运行故障检测模块对提升机运行过程中是否存在过载故障现象的判断过程如下：

(1)定义阈值J₃＝100kg；

(2)计算实时提升载荷曲线与提升机额定载荷之间差值e₃，如果e₃＞J₃，则说明此时刻可能存在过载故障。

d、提升机运行故障检测模块对摩擦式提升机运行过程中是否存在打滑故障现象的判断过程如下：

(1)定义阈值J₄＝1m；

(2)计算实时提升容器深度与提升机深度指示计所指示深度之间差值e₄，如果e₄＞J₄，则可能存在打滑故障。

Claims (2)

1.一种矿井提升机运行故障检测方法，其特征是：矿井提升机运行故障检测方法包括如下步骤：

步骤一、根据矿井提升机类型，在天轮轴或导向轮轴上沿轴向布置一个无线应力传感器，并在天轮或导向轮附近布置无线信号接收装置，无线信号接收装置通过USB接口与工控机相连，工控机中含有提升机运行故障检测模块；

步骤二、启动无线应力传感器，无线应力传感器实时从天轮轴或导向轮轴上采集应力应变信号，并将采集到的应力应变信号发送至无线信号接收装置，无线信号接收装置将应力应变信号传送至工控机；

步骤三、工控机中提升机故障检测模块通过分析所接收到的应力应变信号，获得提升机的实时提升速度曲线、提升容器深度曲线和提升载荷曲线，具体方法如下：天轮轴和导向轮轴上应力应变信号均为周期信号，当轴旋转一周，其应力应变信号随时间变化曲线均存在一个波峰和一个波谷；提升机运行故障检测模块以无线应力传感器所采集轴上应力应变信号随时间变化的曲线为基础，通过识别曲线中波峰与波谷的间隔时间，实时计算轴旋转的角速度，从而获得提升速度曲线，再对提升速度进行积分获得提升容器深度曲线；此外，提升机运行故障检测模块根据应力应变信号和提升载荷之间对应关系，对应力应变信号进行换算，获得实时提升载荷曲线；

步骤四、提升机运行故障检测模块将获得的实时提升速度曲线、提升容器深度曲线、提升载荷曲线与提升机设计给定的提升速度曲线、提升机深度指示计示数、提升机额定载荷作对比，对提升机运行中是否存在过卷过放、卡罐、松绳、过载以及打滑故障现象进行实时判断；如果提升机运行故障检测模块检测出故障，则发出报警；如果提升机运行故障检测模块未检测出故障，说明提升机运行正常，则循环执行步骤三和步骤四，直至提升机停止运行。

2.根据权利要求1所述的一种矿井提升机运行故障检测方法，其特征是：所述的提升机运行故障检测模块的具体工作过程如下：

a、提升机运行故障检测模块对提升机运行过程中是否存在过卷过放故障现象的判断过程如下：

(1)根据无线应力传感器灵敏度与噪声大小，定义阈值J₁为提升机给定提升速度的3％至10％；

(2)计算实时提升速度曲线与提升机设计给定的提升速度曲线之间差值e₁随时间变化的曲线；

(3)如果e₁＞J₁，则提升机可能存在过卷过放；否则，说明提升机运行速度在正常范围内；

(4)根据实时提升容器深度曲线，进一步判断提升容器所在位置；如果提升容器处于井口附近，而e₁＞J₁，则可能存在过卷；如果提升容器处于井底附近，而e₁＞J₁，则可能存在过放；如果提升容器既不处于井口位置也不处于井底位置，则说明提升机运行速度存在异常；

b、提升机运行故障检测模块对提升机运行过程中是否存在卡罐、松绳故障现象的判断过程如下：

(1)根据实时提升载荷曲线计算平均提升载荷；

(2)根据无线应力传感器灵敏度与噪声大小，定义阈值J₂＞0，为提升机额定载荷的3％至5％；

(3)计算某时刻提升载荷与平均提升载荷之间差值e₂，如果e₂＞J₂，则说明此时刻可能存在卡罐故障，如果e₂＜-J₂，则说明此时刻可能存在松绳故障；

c、提升机运行故障检测模块对提升机运行过程中是否存在过载故障现象的判断过程如下：

(1)根据无线应力传感器灵敏度与噪声大小，定义阈值J₃为提升机额定载荷的3％至5％；

(2)计算实时提升载荷曲线与提升机额定载荷之间差值e₃，如果e₃＞J₃，则说明此时刻可能存在过载故障；

d、提升机运行故障检测模块对摩擦式提升机运行过程中是否存在打滑故障现象的判断过程如下：

(1)根据无线应力传感器灵敏度与噪声大小，定义阈值J₄，为0.5m至2m之间；

(2)计算实时提升容器深度与提升机深度指示计所指示深度之间差值e₄，如果e₄＞J₄，则可能存在打滑故障。

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