CN113311769A - 一种立式矿井提升设备的监测维护系统及其方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开一种立式矿井提升设备的监测维护系统及其方法，涉及矿井设备技术领域，该方法包括，以平稳运行状态下的振动信号与力信号设置阈值，通过将实时采集的数据与阈值对比，得出罐笼抖动时罐笼所处罐道的位置，及罐耳所受冲击载荷次数，信号强度可指示抖动剧烈程度，以此评估罐道罐耳状态并制定预测性维护方案，本发明实施例实现了罐笼与罐道状态的实时监测，并提供预测性维护计划，避免了重大安全隐患，也大大节约了罐笼、罐道系统检修及维护的成本。
Description
技术领域
本发明属于矿井设备技术领域，具体涉及一种立式矿井提升设备的监测维护系统及其方法。
背景技术
立井提升系统在煤矿、冶金等行业广泛应用，是井式开采作业过程中不可或缺的设备。其中罐笼、罐道均为立井提升系统中的关键设备，通过启动提升机控制钢丝绳运动，使罐笼沿罐道提升或下放，从而实现装载运输人员、设备、材料的作用。保证罐笼的安全运行是保证安全生产的重要课题，而罐道是影响罐笼运行安全的重要方面。目前矿井多采用刚性罐道，会出现拼接错位、局部或整体变形等典型故障。此外罐耳作为罐笼与罐道间直接接触部件，其状态好坏也将直接影响罐笼整体运行状态。近年来，随着矿井深度提升，罐笼运行速度也趋于向高速发展，更加剧了安全风险。
提升系统运行过程中，细微的摆动将引起罐耳与罐道的冲击载荷，一方面可能造成罐耳内应力变化引起的材料特性改变，另一方面罐耳对罐道的冲击也可能造成罐道的局部甚至整体变形。当前对于立井刚性罐道、罐耳等罐笼高速运行关键部件多采用定期检修维护的方式，罐道检测多为人员目测，要完成全罐道检修耗时耗力；罐耳仅检测其表面状态及磨损情况，对于可能因冲击力导致的材料特性变化无法监测。防微杜渐，一些重大安全事故往往是由多个多次小的瑕疵累积引起的，如果能在立井提升系统正常运行时就洞察可能出现的瑕疵，从而采取预防性的应对措施，将对保证安全生产、降低运营成本大有裨益，因此，我们提出一种立式矿井提升设备的监测维护系统及其方法。
发明内容
针对现有技术的不足，本发明的目的在于提供一种立式矿井提升设备的监测维护系统及其方法。，以解决上述背景技术中提出的问题。
本发明的目的可以通过以下技术方案实现：一种立式矿井提升设备的监测维护系统，包括信号采集模块、无线信号发射模块、无线信号接收模块、上位机模块和定位模块，所述信号采集模块包括力传感器单元和振动传感器单元，所述振动传感器单元设置在罐笼上，所述力传感器单元设置在所述罐耳上，所述无线信号发射模块设置在所述罐笼上，所述无线信号接收模块设置在上位机模块内，所述上位机模块内设有信号处理单元、数据分析单元以及存储单元，所述定位模块设置在罐笼上，所述定位模块用于采集罐笼相对罐道的位置；
所述振动传感器单元用于采集罐笼振动信号；
所述力传感器用于采集各罐耳承受来自罐笼运行产生的冲击信号；
所述无线信号发射模块和无线信号接收模块作用于振动传感器单元和力传感器单元的信号传输。
作为本发明进一步的方案，还包括报警单元，所述报警单元包括报警器，所述报警器设置在罐笼上。
一种立式矿井提升设备的监测维护方法，包括以下步骤：
S1、采集振动传感器单元采集的振动信号和力传感器采集的力信号；
S2、将上述步骤中采集的采集的通过信号处理单元进行处理；
S3、将上述步骤中处理后获取的数据与参考阈值进行比对；
S4、将比对的结果中出现异常的数据自动生成维护计划。
作为本发明进一步的方案，所述步骤S2中信号处理方法包括将采集的振动信号和力信号均依次通过滤波、放大处理和频谱分析。
作为本发明进一步的方案，所述步骤S3中的参考阈值获取方法如下：采集罐笼静止状态下内部人员运动产生的振动以及力信号处理后的数据作为参考阈值。
作为本发明进一步的方案，所述步骤S4中维护计划导出格式为EXCEL，所述维护计划中包含问题的的严重度、监测时间以及对应的罐道的位置。
本发明的有益效果：本发明将对采集的振动信号进行频谱分析得到频谱能量，再与预先设置的能量阈值进行比对；将采集的力信号与预先设置的阈值进行比对，若任一信号超出阈值则提示存在风险，记录此时罐笼所在高度作为维修依据；
各罐耳受超出阈值冲击力的次数将被统计，当次数达到一定数值后，提示将更换该罐耳；相应的，罐道受罐耳强力冲击的次数和位置也被统计，提示应何时对何区域进行预防性维护；实现了罐笼与罐道状态的实时监测，并提供监测的设备数据制定预测性维护计划，避免了重大安全隐患，也大大节约了罐笼、罐道系统检修及维护的成本。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
图1是本发明的整体结构示意图；
图2是本发明的左视图；
图3是本发明的支撑杆的结构示意图；
具体实施方式
下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其它实施例，都属于本发明保护的范围。
请参阅图1，本发明实施例中，一种立式矿井提升设备的监测维护系统。，包括振动传感器1，力传感器2，力传感器2的个数根据实际罐耳个数确定，无线信号发射器3，上位机5，无线接收器内置于上位机5上。所述振动传感器1与无线信号发射器3连接，用于将振动信号传输并发送，所述力传感器2与无线信号发射器3连接，用于将力信号传输并发送，上位机5通过无线接收器4接收远程信号，通过内置的信号分析处理系统处理数据。
图2是本发明实施例中力传感器采集信号的工作关系示意图，力传感器包括信号放大电路、AD转换电路、以及无线发射器。信号放大电路连接检测模块和AD转换电路，也就是说，信号放大电路一端与惠斯通电桥电路相连，另一端连接AD转换电路，从而能够将检测的电压信号放大处理后传输至AD转换电路，无线发射器将所采集信号发射，供上位机接收。
图3是本发明实施例提供的一种立井提升系统罐笼罐道实时监测维护方法的流程图。本实施例适用于立井提升系统正常工作情况下的状态监测，实施例中罐笼上设置有振动传感器，各罐耳上设置有力传感器，上述传感器均随罐笼一起运动，可完成整个运行过程中数据的实时采集。该方法由现场上位机来执行，具体步骤如下：
S1、采集振动传感器单元采集的振动信号和力传感器采集的力信号，通过无线信号发射模块将信号传输给上位机。
S2、将上述步骤中采集的采集的通过信号处理单元进行处理；对所述振动信号进行滤波、放大处理，并进行频谱分析。考虑到罐笼内人员本身的运动会产生振动，但相比于碰撞产生的频率，其频率很低；由于罐道上设置有导向导轨，正常运行过程中罐耳沿导轨直线运动，其产生的振动信号具有相对稳定的频谱特征；当罐笼运行时产生轻微颠簸抖动时，碰撞将产生随机的高幅值振动信号，通过频谱特征分析，可捕捉到这些信号。
S3、将上述步骤中处理后获取的数据与参考阈值进行比对；采集罐笼静止状态下内部人员运动产生的振动以及力信号处理后的数据作为参考阈值，即对人员晃动产生的低频次振动信号作滤波处理；其次可通过频谱分析，对平稳运行时的振动信号进行时域频域变换，得到其频谱能量，将其作为平稳状态下的能量阈值；提升系统运行时，实时分析振动信号频谱特征，监测能量值。
S4、将比对的结果中出现异常的数据自动生成维护计划，首先每当捕捉到信号的能量值高于能量阈值时，则说明罐笼经历了抖动颠簸现象，根据时间关系对比获取此时罐笼所在位置，或者通过定位模块提供的定位坐标进行标记异常坐标值，由此监测到罐道上的高风险区域，维护时作为重点区域处理。其中，每当监测到罐耳所受应力高于阈值时，提示罐耳受到挤压或碰撞，可对此类力信号进行统计并分级，记录相应的强度等级。根据罐耳受到高强度冲击的次数和强度，综合制定罐耳预测性维护计划。将数据处理后自动生成对应的EXCEL格式，具体包含问题的的严重度、监测时间以及对应的罐道的位置等信息，从而无需人工进行统计，提高了维修保养的效率。
在本发明的描述中，需要理解的是，术语“上”、“下”、“左”、“右”等指示方位或者位置关系为为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的设备或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造或操作，因此不能理解为对本发明的限制。
此外。术语“第一”、“第二”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。在本发明的描述中，“若干”的含义是两个或两个以上，除非另有明确具体的限定。
对于本领域技术人员而言，可以理解在不脱离本发明的原理和精神的情况下可以对这些实施例进行多种变化、修改、替换和变型。因此，从任意一处来说，都应将实施例看作是指导性的，而且是非限制性的，本发明的范围由所附权利要求而不是上述说明限定，本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内，所有的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。
Claims (6)
1.一种立式矿井提升设备的监测维护系统，其特征在于，包括信号采集模块、无线信号发射模块、无线信号接收模块、上位机模块和定位模块，所述信号采集模块包括力传感器单元和振动传感器单元，所述振动传感器单元设置在罐笼上，所述力传感器单元设置在所述罐耳上，所述无线信号发射模块设置在所述罐笼上，所述无线信号接收模块设置在上位机模块内，所述上位机模块内设有信号处理单元、数据分析单元以及存储单元，所述定位模块设置在罐笼上，所述定位模块用于采集罐笼相对罐道的位置；
所述振动传感器单元用于采集罐笼振动信号；
所述力传感器用于采集各罐耳承受来自罐笼运行产生的冲击信号；
所述无线信号发射模块和无线信号接收模块作用于振动传感器单元和力传感器单元的信号传输。
2.根据权利要求1所述的一种立式矿井提升设备的监测维护系统，其特征在于，还包括报警单元，所述报警单元包括报警器，所述报警器设置在罐笼上。
3.一种用于权利要求1所述的立式矿井提升设备的监测维护系统的检测维护方法，其特征在于，包括以下步骤：
S1、采集振动传感器单元采集的振动信号和力传感器采集的力信号；
S2、将上述步骤中采集的采集的通过信号处理单元进行处理；
S3、将上述步骤中处理后获取的数据与参考阈值进行比对；
S4、将比对的结果中出现异常的数据自动生成维护计划。
4.根据权利要求1所述的一种立式矿井提升设备的监测维护方法，其特征在于，所述步骤S2中信号处理方法包括将采集的振动信号和力信号均依次通过滤波、放大处理和频谱分析。
5.根据权利要求1所述的一种立式矿井提升设备的监测维护方法，其特征在于，所述步骤S3中的参考阈值获取方法如下：采集罐笼静止状态下内部人员运动产生的振动以及力信号处理后的数据作为参考阈值。
6.根据权利要求1所述的一种立式矿井提升设备的监测维护方法，其特征在于，所述步骤S4中维护计划导出格式为EXCEL，所述维护计划中包含问题的的严重度、监测时间以及对应的罐道的位置。
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