CN203965033U - 一种悬臂式掘进机主轴振动运行状态监测装置 - Google Patents
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Abstract
本实用新型涉及一种悬臂式掘进机主轴振动运行状态监测装置，属于矿山机械装备自动化领域。本实用新型截割臂上至少设有一个振动传感器，振动传感器通过通信线与控制系统输入端连接，控制系统包括：数据采集模块、交换机、ARM微处理器，数据采集模块通过交换机与ARM微处理器连接，控制系统输出端通过通信线与远程客户端连接。本实用新型有效地发现掘进机运行过程中的早期故障，避免了故障的进一步扩大，为维护人员合理安排检修工作赢得主动和时间，进而更好地实现掘进机的安全高效生产目标。
Description
技术领域：
本实用新型涉及一种悬臂式掘进机主轴振动运行状态监测装置，属于矿山机械装备自动化领域。
背景技术：
悬臂式掘进机，又称部分断面掘进机，广泛应用于矿山井下巷道掘进、交通和水下隧道以及其它工程的洞道开掘工作。掘进机作为一种大型专用设备，属于典型的机、电、液一体化大型复杂旋转对象，自身价值昂贵，一旦进入巷道掘进，无法在巷道内解体检查。掘进机主轴动力部分是掘进机的心脏，包括截割头、截割臂、截割减速机、截割电机和主轴等单元。任何一套单独设备出现故障后如果得不到及时的发现和处理，都将不同程度地影响整机的掘进性能，同时也会大大增加运行和维护工作的成本。因此开展掘进机的主轴工作性能在线监测与早期故障诊断工作很有必要。
国外最早从事掘进机相关的远程监控和诊断工作的探索始于上世纪80年代末期。德国的Altas-Copco-Eickhoff公司最早涉及该领域。研制了带有远程监测与保护功能一体化的监控装置，并在相关机型上加以使用。随后，英国、美国、奥地利、日本等均研制出类似的可实现远程监测和自动控制功能的产品。近年来，国内几大掘进机制造方通过引进、消化、吸收和自主研发，不断缩小与国外先进产品间的差距，目前已初步实现远程监控自动化功能（即三遥：遥测、遥信、遥控），但其远程诊断（遥诊）功能尚未得到较好的实现。与掘进机状态监控与故障诊断相关的装置研制工作大都停留在方案论证、实验仿真建模阶段，历经现场调试考验和具有市场化成熟应用的掘进机主轴工作性能在线监测与故障诊断系统及其装置鲜见报道。
开展掘进机的主轴工作性能在线监测与远程诊断工作的主要特点与难点体现如下：
（1） 主轴处工作环境比较危险，不便靠近，不便采用便携式检测仪进行信号的采集。
（2） 主轴轴承上承受了巨大的径向和轴向载荷，低速重载特性给监诊工作带来了难度。
（3） 主机庞大，动力部件众多，振源各异，振动信号的频域宽广，各部件的固有频率和相应的故障特征频率可能会产生相互重叠，给频域特征的识别带来较大的困难。
（4） 由于煤层介质的不均，载荷随之波动，转速也随之波动，导致监测信号随机波动也不可避免，增加了故障特征信号的提取和分离难度。
利用振动信号对故障进行诊断是一种行之有效的方法。机械部件在运动过程中的振动及其特征信息是反映该系统状态及其变化规律的主要信号，通过采集这些信号并加以处理，从而判别机械故障的原因、部位。
实用新型内容：
本实用新型的目的在于提供一种能够对掘进机主轴运行状态的早期故障给予预警，及时避免故障的进一步恶化，保障整机的安全稳定运行的一种悬臂式掘进机主轴振动运行状态监测装置。
技术解决方案
本实用新型包括：截割臂，其特征在于，截割臂上的主轴由轴承座固定，所述主轴两端分别设有振动传感器，轴承座靠近主轴位置处设有四个振动传感器，所述振动传感器分别通过通信线与控制系统输入端连接。
本实用新型优点：
本实用新型由于在主轴两端及轴承座靠近主轴位置处分别安装了振动传感器，振动传感器用于数据采集，为兼顾振动、机械方面因素监测的基本需要，能对设备振动状态做出全面描述，选择设备核心关键部件和容易产生劣化现象的易损点（旋转机械安装到轴承座）安装，对于低频段振动需测量水平和垂直两个方向的振动。通过多次振动监测试验表明：由于掘进机的振动源主要来自截割时的载荷，掘进机位于机体部分的振幅较小，截割头部分和悬臂处的振动剧烈，振幅较大，且呈现出较强的周期性规律。因此，振动传感器的安装位置尽量靠近截割头和悬臂所在处，及时将主轴早期故障给予预警，方便准确。
附图说明：
图1为本实用新型掘进机状态监测装置框图。
图2为本实用新型的振动传感器安装位置示意图。
具体实施方式：
实施例1
见图1、图2所示。悬臂式掘进机主轴振动运行状态监测装置包括振动传感器1、控制系统、通信线5、远程客户端6四部分组成，截割臂上的主轴7贯穿于电机8与截割臂9中间，主轴7由轴承座固定，主轴7两端分别设有振动传感器1，截割臂9的轴承座靠近主轴7位置处设有四个振动传感器1，振动传感器1通过通信线5与控制系统中的数据采集模块2输入端连接，控制系统包括：数据采集模块2、交换机3、ARM微处理器4，数据采集模块2通过交换机3与ARM微处理器4连接，控制系统中ARM微处理器4输出端通过通信线5与远程客户端6连接。
振动传感器1用于数据采集。安装原则：兼顾振动、机械方面因素监测的基本需要，能对设备振动状态做出全面描述，选择设备核心关键部件和容易产生劣化现象的易损点（旋转机械安装到轴承座）安装，对于低频段振动需测量水平和垂直两个方向的振动。通过多次振动监测试验表明：由于掘进机的振动源主要来自截割时的载荷，掘进机位于机体部分的振幅较小，截割头部分和悬臂处的振动剧烈，振幅较大，且呈现出较强的周期性规律。因此，振动传感器的安装位置尽量靠近截割头和悬臂所在处，具体安装示意图见附图2。振动传感器的选型需考虑掘进机工作环境的防爆要求，选择本质安全型内装集成电路放大器的振动传感器。
振动传感器1输入震动信号至控制系统，通过数据采集模块2内部的A/D转换器转换成数字信号，传送给交换机3。交换机3对信息进行收集、整理和存储，ARM微处理器4筛选能够准确反映旋转机械健康状态的特征参数，对交换机3采集的信息进行分析，从监测指标中提取出故障特征，诊断设备状态和运行趋势。ARM微处理器4通过通信线5与远程客户端6连接，远程客户端6实时显示主轴7工作运行状态。
控制系统包括：数据采集模块2、交换机3、ARM微处理器4。
数据采集模块2包括4个输入通控制系统道，用以收集传感器的振动信号，并通过内部的A/D转换器转换成数字信号，传送给交换机3。
交换机3是设备信息的收集、整理和存储，包括运行数据、常规监测数据（点检数据、定期试验数据、性能测试记录等）；状态监测数据（状态监测设备测得的数据，传感器是关键）；设备历史数据（安装记录、故障记录数据、检修记录）。数据存储主要负责对采集数据进行入库管理。数据库采用集中、统一的数据库，把以后在维护工作量降到最低；从满足系统需要和性价比考虑。使用大型关系型数据库Microsoft Windows SQL SERVER2008数据库。
ARM微处理器4是建立设备的状态分析模型，筛选可以准确反映旋转机械健康状态的特征参数。对采集的信息进行分析，从监测指标中提取出故障特征，诊断设备状态和运行趋势。
所述的控制系统安装在掘进机的中部。
远程客户端6实时显示掘进机主轴7振动运行状态，安装在掘进机外部。控制系统中的
（ARM）微处理器4通过通信线5与远程客户端6连接，远程客户端6是指能够实时显示掘进机主轴振动运行状态的设备。
通过上述过程，最终完成悬臂式掘进机主轴振动运行状态监测。
Claims (1)
1.一种悬臂式掘进机主轴振动运行状态监测装置，包括：截割臂，其特征在于，截割臂上的主轴由轴承座固定，所述主轴两端分别设有振动传感器，轴承座靠近主轴位置处设有四个振动传感器，所述振动传感器分别通过通信线与控制系统输入端连接。
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