摘　要：針對提升係統的電（diàn）機主軸裝置（zhì）及天（tiān）輪這些主要承載部（bù）件的動態載荷結構（gòu）變化，設計了其安全運行的監測係統。該係統（tǒng）利用一體化振動變送器（qì）采集振動信號，針對提（tí）升機係統振動建立其力學模（mó）型，運用有限元（yuán）分析法實現對煤礦立井提升係統主軸振動的檢（jiǎn）測與診斷。結（jié）果表明本監測係統通過對提升機主軸振動的實時檢測與診斷（duàn），從而達到對煤礦立井提升承載部件的（de）動態（tài）載荷狀（zhuàng）態的（de）遠程實時監測。

　　關鍵詞：煤礦提升；振動監測；有限元分析法

　　提升機是煤礦重（chóng）要設備，它能否安全穩定運（yùn）行直接關係到煤礦的安全生產。然而我國的煤礦大多使（shǐ）用的是（shì）塔式多繩摩擦提升機，主井提升電機（jī）的主軸裝（zhuāng）置及（jí）天輪作為主要承載部件，其運行狀況正常與否直接影響生產的效率和安全（quán），關係到整個係統的穩定和安全。煤（méi）礦立井提升機主軸振動監測係統的研究，是對提（tí）升係統振（zhèn）動建立其力學模型，運用有限元分析法來實現對其主軸及天輪振動檢測與診斷，可以分析其（qí）主軸及天輪（lún）的振動規律（lǜ），對振動位置和振動類型進行診斷預測，從而找出或避免及減少其危（wēi）害的方法和措施，達到安全生產的目的。
　　1　係統組成
　　1.1硬件選擇
　　本係統使用西門子公司的中（zhōng）型係列S7-300PLC用作信號采集及係統控（kòng）製是為了滿足控製應用要求而選擇的。振動信號的采（cǎi）集與傳輸采用XZD-YB一體化振動變送器，該（gāi）傳感器集傳感器（qì）和變送器為一體，采用高精度集成（chéng）電（diàn）路，輸出（chū）為4-20mA電流信號，方便各種終端采樣。
　　1.2工作原（yuán）理
　　由振動傳感器把振動速度信號轉換成跟（gēn）隨式的4-20mA的電流信號，再經過屏蔽電纜將（jiāng）電流信號傳輸到PLC控製櫃中的PLC模擬量模塊；由PLC的CPU控製A/D的采集和數據的讀取，Z後把采集的數據進（jìn）行處理，以（yǐ）求得所需要的振動參數，並且通過上（shàng）位機中嵌入的有限元分析程序（xù）對振動位置（zhì）以及類（lèi）型進行診斷及預測，以達到對安全運行（háng）狀態的判斷，係（xì）統將產生繼電輸出信號並入到煤礦立井提升電控係統的安全回路，達到在出現溫度異常時及時斷開安全（quán）回路（lù），停機檢修，並（bìng）與煤礦信息（xī）中心進行（háng）通（tōng）訊，接收中心下達的控製命令，傳送中（zhōng）心所需的安（ān）全運行狀態參數，達到實時監控的目的（如圖1）。

　　2　有限元分析法的理論基礎
　　2.1提升（shēng）機振動力學模型的（de）建立
　　立井提升機的力學模型（xíng）的建立是基於對此類大型機械（xiè）係統的抽象（xiàng）與（yǔ）概括，其係（xì）統具有整體剛度（dù）和質量非均勻分布、含（hán）多個獨（dú）立零部件等特點。合理的力學模型既可以方便理（lǐ）論計算又可以滿足（zú）工程上精度的需求，對於有效分析提升機的震動起到關鍵的作用為把（bǎ）提升（shēng）機（jī）整體（tǐ）抽（chōu）象成為一個力學模型，我們把（bǎ）整（zhěng）個提升機係統進行分段，看做是由多個相關但獨立（lì）的質點所組成，將整個提升係統簡化成為一根無（wú）質量的、軸上集中地作用有若幹個質（zhì）量的多自由度係統。如圖2所示，跨度為電動機部分，第二跨度為減速器部分，第三跨度為提升機主軸（zhóu）部（bù）分。由於主軸上安裝有輪轂，輪轂的安裝一定（dìng）程度上限製了主（zhǔ）軸的（de）變形，因而（ér）提高了主軸的剛度，所以在計算主軸的（de）剛度（dù）時，要考慮輪轂的安（ān）裝對主軸（zhóu）剛度的加強作用，把輪轂與主軸作一個整體來考慮，即取輪轂的直徑作為主軸的（de）直徑，用參數來描述輪轂對主軸的緊固程度，並引入聯軸器的聯結剛度參（cān）數來表明聯接處的（de）剛度的減少程度。

　　2.2振動故障診斷（duàn）的有限元分析
　　有限元是近似求解一般連續問題的數值方法。對與連續域（yù）問題如電場、磁（cí）場、流體力學等的應用較（jiào）為普遍。本文將整個提升係統的振動抽象成一個線性的動（dòng）力學模型，運用有限元（yuán）的分析方法（fǎ）輔以計算機軟件進行計算，從（cóng）而達到振動故障的診斷與震源位（wèi）置的判斷。
　　3　基於有限元（yuán）分析法的提升振源分析（xī）與診斷（duàn）
　　3.1振源因（yīn）素
　　一般振源主要來自三方麵：
　　（1）機（jī）器旋轉部分的偏心。其特征是振動頻（pín）率與偏心旋轉（zhuǎn）部件的旋轉頻率成正比。
　　（2）非力偶傳遞力矩。它的特征是振幅與載荷成正比，頻（pín）率和非力偶傳遞元件的相同。
　　（3）其他振源。其特征是振動頻率與（yǔ）產生振源（yuán）設備的轉數（衝擊）頻率相同。
　　為了從旋轉機械的振動信號中檢出（chū）激（jī）振頻率，確定（dìng）激振原（yuán）因，一般采（cǎi）用頻域分析，利用有限元分析算法分析（xī）計算采樣的（de）振（zhèn）動數（shù）據，計算得到固有頻率（lǜ）、阻尼、應變（biàn）等參數，對比下表，在編程中（zhōng）實現查找（zhǎo）比較，確定振動的振（zhèn）源，一旦振動出現異常，我們即可根據振源診斷確定故障原因，便於故障的（de）排除和後期的故障（zhàng）分析處理以及（jí）改進工作。
　　3.2振源分析與診斷
　　為了從旋轉機（jī）械的振動信號中檢出激振頻率，確定激振原因，一般采用頻域分（fèn）析，利用前麵介紹的（de）有限（xiàn）元分析算法（fǎ）分（fèn）析計算采樣的（de）振動數據，計算得到固有頻率、阻尼、應變等參數，對比表1，在編程中實現查找比較，確定振動的振源，一旦振動出現異常，我們即可根據振源診斷確定故障原因，便於故障的排除和後期的故障分析處理以及改進工作。

　　4　結語
　　煤礦立井提升機主軸及天輪振動監測係統，可以有效地對提升係統運行時的振動位置及類型進行監控和反饋，保證提升機的長期安全穩定運行。研究（jiū）結果表明（míng），這對提（tí）高煤礦的立井提升的安全生（shēng）產起（qǐ）著極其重（chóng）要的作用，節省大量的人力物力，能有效解決煤礦立井（jǐng）提升機（jī）主軸振（zhèn）動實時監測的問題，具有很大的經濟效益和社會（huì）效益。
　　參考文獻
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來源（yuán）：《數字技術與應用》2013年5期