煤炭清洁加工设备预知维护系统设计.pdf

第 4 3卷 第 5期 2 0 1 7年 5月 工矿 自 动化 I ndu s t r y a nd M i ne Au t oma t i o n Vo 1 ． 4 3 NO ． 5 M a y 2 O 1 7 文章 编 号 1 6 7 1 2 5 1 X 2 0 1 7 0 5 0 0 0 9 0 4 DO I 1 0 ． 1 3 2 7 2 ／ j ． i s s n ． 1 6 7 1 2 5 1 x ． 2 0 1 7 ． 0 5 ． 0 0 3 任明月， 李栋 ， 孟 国营． 煤炭清洁加工设备预知维护系统设计[ J ] ． 工矿 自动化 ， 2 0 1 7 ， 4 3 5 9 - 1 2 ． 煤炭清洁加工设备预知维护系统设计 任 明 月 ， 李 栋 ， 孟 国营 中 国矿 业 大学 北京 机 电与信 息工 程学 院 ， 北 京1 0 0 0 8 3 摘要 分析 了几种主要 的煤炭清洁加工设备常见故障及其产生原 因， 针对 当前煤炭清洁加工设备的维护 模式无法准确有效地识别设备早期故障和潜在故障威胁 的问题 ， 设计 了煤炭 清洁加工设备预知 维护 系统。 该 系统 主要 由 日常 维护基 本信 息 管理功 能模 块 、 设 备 工 况 实 时监 测功 能模 块 、 故 障模 拟 功 能模 块 、 预 知 维护 决策 功 能模 块 组成 ， 4个模 块相 辅相 成 ， 协调 作 用 ， 可以对 当前 设备 运行 情 况进 行 评价 ， 并对 故 障 的发展 趋 势 进 行 预测 ， 从 而 实现 了设 备 的预 知维 护及健 康诊 断。 关键词 煤 炭 清洁加 工 ； 绿 色清洁 ；预 知维 护 ；健康 诊 断 ；故 障模拟 中 图分 类 号 TD 9 4 8 文 献标 志码 A 网络 出版时 间 2 0 1 7 0 4 2 5 1 7 3 6 网络 出版地 址 h t t p ／ ／ k n s ． c n k i ． n e t ／ k c ms ／ d e t a i l ／ 3 2 ． 1 6 2 7 ． TP ． 2 0 1 7 0 4 2 5 ． 1 7 3 6 ． 0 0 3 ． h t ml De s i g n o f p r e d i c t i v e ma i nt e na nc e s y s t e m o f c o a l c l e a ni n g a nd p r o c e s s i n g e q u i p me nt s REN M i ng yu e，LI Don g， M ENG Guo y i ng S c h o o l o f Me c h a n i c a l El e c t r o n i c a n d I n f o r ma t i o n En g i n e e r i n g ，Ch i n a Un i v e r s i t y o f Mi n i n g a n d Te c h n o l o g y Be i j i n g ，Be i j i n g 1 0 0 0 8 3 ，Ch i n a Ab s t r a c t Co mm o n f a u l t s a nd i t s c a us e s o f s e v e r a l ma i n c o a l c l e a n i ng a nd p r o c e s s i n g e qu i p m e n t s w e r e a na l y z e d．I n v i e w o f p r ob l e m t h a t ma i n t e n a nc e mo de o f c ur r e n t c o a l c l e a ni n g a nd p r oc e s s i n g e q ui p m e nt c a nn o t a c c u r a t e l y a nd e f f e c t i v e l y i d e n t i f y e a r l y f a ul t a nd po t e nt i a l t hr e a t ，a pr e di c t i v e m a i n t e n a nc e s ys t e m o f c o a l c l e a ni ng a n d p r oc e s s i n g e qu i pme n t s wa s de s i gne d． The s y s t e m i s ma i nl y c ompo s e d o f f u nc t i o n mo du l e o f ba s i c i nf o r ma t i o n ma n a ge m e nt ，f u nc t i on m o du l e o f r e a l t i me mo ni t o r i n g o f e q u i pme nt c o nd i t i o n， 收稿 日期 2 0 1 6 1 1 0 7 ； 修 回 日期 2 0 1 7 0 1 2 3 ； 责任编辑 张强 。 基 金项目 国家 自然科学基金项 目 U1 3 6 1 1 2 7 。 作者 简介 任 明月 1 9 9 2 一 ， 女 ， 山东济宁人 ， 硕士研究生 ， 研究方 向为测试计量技术及仪器 ， E ma i l t b p 1 3 0 4 0 2 0 1 3 s t u d e n t ． c u mt b ． e d u ． c n 。 [3] [4] [ 5] [6] [7] [8] 张步 勤． 薄 煤 层 综 采 自动 化 关 键 技 术及 应 用 研 究 I- D ] ． 北京 中国矿业大学 北京 ， 2 0 1 5 ． 王金 华 ， 黄乐 亭 ， 李首滨 ， 等． 综采 工作 面智 能化 技术 与装 备 的 发 展 [ J ] ． 煤 炭 学 报 ， 2 0 1 4 ， 3 9 8 1 4 1 8 1 4 23 ． 王国法 ， 朱军 ， 张 良， 等． 液 压支架 电液 控制 系统 的分 析 和展 望f J ] ． 煤矿开采 ， 2 0 0 0 ， 3 9 2 5 - 8 ． 雷恩 定 ， 粟 中兵． 浅 谈 综 采智 能 化 工作 面推 广 应 用 I- J ] ． 内蒙古煤炭经济 ， 2 0 1 6 1 7 2 3 2 4 ． 陶显 ， 林福严 ， 张 晓青 ， 等． 液 压支 架 电液控制 系统 跟 机 自动化技术研究 [ J ] ． 煤炭 科学技术 ， 2 0 1 2 ， 4 0 1 2 84 87 ． 伍小杰 ， 于月森 ， 彭 利 明， 等． 液压支 架 电液控 技术 的 现状及展望 [ J ] ． 煤 炭科 学技术 ， 2 0 0 9 ， 3 7 1 2 5 2 9 ． [9] [ 1 O ] [ 1 1 ] [ 1 2 - 1 r 1 3 ] 1- 1 4 ] 1- 1 5 ] 胡波 ． 液压支架智能控 制系统 研究 I- D ] ． 太原 太原理 工 大 学 ， 2 0 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m e nt s ． Ke y wo r ds c o al c l e a ni ng a nd p r o c e s s i ng；gr e e n c l e a n；p r e di c t i v e m a i nt e na n c e s i m u l a t i on 0 引 言 高灰分 、 高硫分、 高矸的低质量煤在燃烧使用时 势必会带来燃烧不充分、 热能转换效率低、 环境污染 和资源浪费等问题 ， 因此 ， 煤炭 的绿色清洁对于减少 煤 炭使 用过 程 中污 染物 的排放 具有 重要 作 用 。煤炭 的洗 选加 工是 实 现煤炭 清 洁 的重 要 途径 ， 但是 ， 目前 在我 国煤 炭生 产过 程 中对煤 炭 的洗选 加 工重 视程 度 和普 及程 度不 高 ， 根 据 中 国煤 炭 工 业 协 会 统 计 数 据 显示 ， 2 0 1 3 年 中 国 煤 炭 行 业 原 煤 人 选 率 仅 为 5 9 ． 8 ％ ， 而根 据 国务 院 2 0 1 3年 公 布 的 大 气 污 染 防 治行动计划 提出的目标 ， 到 2 0 1 7 年 ， 原煤人选率将 达 到 7 0 以上 。由此可 见 ， 煤 炭 的清 洁加 工 已势 在 必 行 。 目前 ， 煤 炭清 洁加 工设 备 多采用 流 水线作 业 ， 且 工作 环 境恶 劣 。随 着设 备 的连 续 运 行 ， 设 备 故 障在 所难免 ， 带 来安 全 隐患 。由于流水 线 式 的工作 方式 ， 中间任 何 一个 环节 出现 故 障 都 会 造 成设 备 的停 运 ， 很 可 能使 整条 生产 线 瘫 痪 ， 直 接 造 成 难 以估 计 的经 济损 失 。 煤矿 企业 针对 重点 设备 采用 的维 修 制度 多是 事 后维修或是定 期维修。这些维护模式 不具有针 对 性 ， 费时 费力且 影 响生产 ， 而 且某 些 细微 的早期 故 障 在复 杂 的 现 场 环 境 下 难 以 及 时 察 觉 。因 此 ， 建 立 一 套 完整 的设 备故 障 预知 维 护 体 系 ， 对 出现 的 故 障 或潜在故障早发现、 早诊断、 早预防 ， 对于设备安全 高效 运行 具 有重要 意 义 。 为 此 ， 笔 者 在分 析 选 煤 厂 主要 设 备 常 见故 障 的 基 础上 ， 设 计 了煤 炭 清 洁 加 工 设 备 预 知 维 护 系 统 。 该系统可以对当前设备运行情况进行评价 ， 并可对 故障的发展趋势进行预测 ， 从而实现了设备 的预知 维护 。 1 选 煤厂 主 要设备 及 常见故 障 选煤厂主要的大型设备包括振动筛、 斜轮分选 机 、 带 式输 送机 和泵 。这些 设 备 在 长 时 间 连续 运行 之后 ， 难免出现故障， 现将选煤厂的主要大型设备概 况 及 常见故 障 总结 如下 。 1 ． 1振 动 筛 振动筛是选煤 厂实现原煤筛分的重要设备 ， 它 的 主要 作 用是 实 现 原煤 的分 级 、 洗 涤 、 脱 水 及 脱 介 。 按振动筛的运动轨迹可将振动筛分为直线振动筛、 椭圆振动筛、 圆振动筛和特殊轨迹振动筛。 由于 长 时 间 的强 烈振 动 运 行 ， 振 动筛 在 工 作 过 程 中受 到激 振力 和物 料 的冲击 力较 大 ， 所 以 ， 连续 运 行 后难 免 出现各 种故 障 。振动 筛在 使用 过程 中 出现 的常见 故 障及故 障原 因见 表 1 [ 5 】 。 表 1 振动筛常见故 障及故 障原 因 故障 故 障原 因 故障 故障原因 没有使用专用轴承 管壁梁太薄 轴 承 径向游隙不 够 横梁 梁外 围缺乏保护 发热 缺油 、 少油或油太 多 断裂 机械疲劳 煤泥进入轴 承内部 启停车不规范 齿轮故障 筛分 筛面倾角需调整 声音 筛体 安装松 动 效 果 差 蓑 运 动 方 向 异 常 胶 带 松 动 弹簧故障 1 ． 2斜 轮 分 选 机 斜 轮 分选 机 是 重 介 质煤 矸 分 离 的 主要 设 备 ， 由 分选槽 、 转轮 盖、 提升轮架 、 提升轮、 提升 轮转动装 置、 排料轮、 支座组成 。它的优点是分选精确度高、 分选物料的粒度范围宽、 处理能力强、 所需悬浮液的 循 环量 少 、 悬 浮 液 的 性 质 比较 稳 定 。斜 轮 分 选 机 在 使用过程中出现的常见故障及故障原因见表 2 。 表 2 斜轮分选机 常见故 障及 故障原冈 故障 故 障原 因 故障 故障原 因 主轴沉降 机械疲劳 霎 减速器 矸 石沉积 断裂 主轴轴承配合 问题 故障 润滑问题 连续 运行 1 ． 3带式 输送机 带 式输 送机 是实 现煤 和矸 石连 续运 输 的重要 设 2 0 1 7年第 5期 任 明月等 煤炭清洁加工设备预知维护 系统设计 1 1 备， 其主要结构包括驱动滚筒 、 改 向滚筒、 胶带 、 驱动 装置 及 张紧装 置 。 带式输送机在运行过程 中会受到各种物料 的冲 击 ， 同时其连续运行时间较长 ， 在使用过程中出现的 常见故障及故障原因见表 3 [ 。 表 3 带式输送机常见故 障及故 障原 因 故障 故障原 因 故障 故障原因 胶 带 物 料 装 载 不 均 匀 断 带 嚣 续 运 行 跑 偏 安 装 角 度 倾 斜 磊 力 不 足 ． 轴 承 损 坏 霎 心 1 ． 4 泵 选煤厂配备泵主要用于介质 的调配和煤炭 的洗 涤环节 ， 泵主要 由泵体 、 泵盖 、 叶轮、 挡水圈等组成 。 泵在使 用 过程 中出现 的常见 故 障及 故 障 原 因见 表 4 l 1 1 _ ] 。 表 4 泵常 见故 障及故 障原因 故障 故 障原 因 故障 故障原 因 转子 故障 转子不平衡 转子不对 中 转子弯曲 安装松动 联轴器 装配精度差 故障 润滑不当 电动机 电动机 故障 底座松动 2 煤炭 清洁 加 工设 备预 知维 护 系统设 计 煤炭清洁加工设备预知维护系统 简称 4 M 系 统 主要包括 4个功能模块 日常维护基本信息管理 功能模块 、 设备工况实时监测功能模块 、 故障模拟功 能模 块 、 预知 维护 决 策 功 能 模 块 。 以上 4个 功 能 模 块 的数据 库分 别对 应 日常维 护 基 本 信 息 数 据库 、 实 时工况数据库、 设备故障模型数据库 和预知维护决 策模型数据库 。4 M 系统基本结构如图 1 所示l_ 1 。 故 障 模 型 数 据 库 预知维护决策模型数据库 麓 婪 H M 系 统 H 信 星 善 錾 纛 } 信息 懂 实时工况 数据库 图 1 4 M 系统基本结构 日 常 维 护 基 太 信 息 数 据 库 4 M 系统 基 本 工 作 流程 [ 1 日常 维 护 基 本 信 息 数据库 中可以存储设备的原始设计信息、 历史维修 维护信息及所有相关的有用特征信息 ； 设备工况实 时监测功能模块采集到的设备状态实时信息数据存 储在实时工况数据库 内； 对设备 的典型故障进行模 拟分析得到的故障数据存储在设备故障模型数据库 中 ， 然 后 与实 时监测 到 的特征 参量 进行 比对 ， 并 将 比 对 的结果存入预知维护决策模型数据库 ， 用于判断 设备可能存在的故障、 故障诱 因、 劣化程度 和趋势 ， 进 而 提 出相应 的维 护 建 议 ， 以实 现 在 设 备发 生 功 能 故障之前有计划地对设备进行合理维护 ； 预知维护 建议 存 储在 日常维 护 基本 信 息数 据 库 中 ， 用 于指 导 相关 维 修人 员进 行 下 一 阶 段 的维 修 工 作 ； 设 备 工 况 实 时监 控 中心 的技术 人员 可 以根据 实 时更新 的 日常 维护基本信息数据库里的信息有针对性地重点监视 部分测点信号。 2 ． 1 日常维护基 本信 息 管理 功 能模 块 日常维 护基本 信 息管 理功 能模 块主要 包 括 2个 部分 的内容 设备基本信息和 日常维护维修台帐 ， 如 图 2所示 。设 备 基本信 息 包括设 备 名称 、 设备 型号 、 产品说明书、 设计参数 、 设计简图、 厂家信息、 启用时 间等 ； 设备 日常维护维修 台帐包括设备 日常维护台 帐、 历史维护维修信息和由预知维护维修决策系统 提出的下阶段维护维修建议 内容 。 日常维护基 息管理功能 设备基本信息管理l l设备日常维护维修台账管理 设备名称 设备型号 产 品说明书 设计参数 设计简 图 厂家信息 启用时间 设备 日常 维护台账 维护对象 维护内容 历史维护 维修信息 [ 故障时间 故障部位 故障特征 故障等级 发展趋 势 已解决 问题 遗 留问题 I 下 阶 段维 护l l 丝 丝 壅 丛 1 ．．．．．．．．．．．．．．．．J 【 ． ． ． ． ． ． ． ． ． 一 建议维护时 间 建议维护对象 建议维护 内容 图 2 设备 日常维护基本 信息管理功能模块 2 ． 2设备 工 况 实时监 测功 能模 块 现在针对煤矿设备建立在线的实时监测系统已 经 比较容 易实 现 ， 因此 ， 可 以通过 在线 实 时监测 功能 模 块得 到设 备 工况 的相 关 参 数 ， 主 要 的 方式 为在 设 备 的关 键位 置 安装相 应 的传感 器 来采 集所 需类 型 的 信号 ， 并将采集的信号传送到上位机进行数据 的处 理 、 存储和分析 ， 为后续进行故障的识别提供数据来 源 。常见的监测信号包括振动信号、 温度和噪声等。 振动筛振动信号采集如图 3 所示 。 2 ． 3故 障模 拟 功 能模 块 故障模型数据库包括典型故障模型数据库和历 工矿 自动 化 2 0 1 7年 第 4 3卷 振 动 筛振 动 1 号米 集 模 割数据 库 故 障模 数据 库是 引‘ 对各种 常 j [ 障进 行 建帧 ． 果 用 数 学模 或 计 算 机 仿 真 的 方 法 ． 设备模 ， 人 为添 I ， 故 障并 得 到 反 映 故 障 特 的信 号指 标 。 史故 障幔 ， 数据 库 址 埘 没备 运 f 过 氍 『 I 1 所 Ⅲ脱过 的 仔 丁 故障 类 咀的故 障进 行建 模 ， 需 长期 对 没 街 『 ． 况 临测数 据 的积 累 。 汁 机 r l I 建 ● 的振 动 筛 维模 型 如 4所爪 ， 往 此 础 可 以 埘陔模 添 J J I f 人 为的 翅 敞 障 ， 例 如 裂纹 等损 伤 。 限 元软件 『 { f 对振 动筛 构 添加 裂 纹 后 的 格 效 如 5所 j l 振 动 筛 维 帧 型 裂纹 M 设 2 ． ～l 预 知 维 护 决 策 功 能 模 块 获 圾 啪 ’ l if e 测 数 据 的 魑础 l ， 结 合 故 障模 型 数 信息 ， 怏 述找 列 反映 没 备 期 故 障 信息 的数 成 为 莆巾之 。预 知维 护决 策功 能模 块 常 的预 测 方法 主要 包括 资料 分析 法 、 定性 分析 法 、 时lh J 序 列 分 析 颅测法 、 1 人 1 聚 火系预测 法 、 数学 模 型分 析法 和组 合分析 法 。 3 结 语 煤炭的洗选力 【 i 丁是煤炭清洁的重要手段 。 选煤 厂作 为煤 炭洗 选加 的 主要 环 节， 它 的 稳 定 运行 对 】 煤 炭清 洁具 有 重 要 意 义。 ⋯于 现场 环境 恶 劣 ． I 不问断 1 作 ， 煤 炭 清 』 J I J I 设 备 住 K时 M 连续 运 行之 后难 免 ⋯现一 系列 的 故 障 ， 传 统 的 维 护模 式 难 以 住故 障发 的 早期 及 时准 确 发现并将 消 灭在萌 芽状 态 ， 往 往 故 障 已 发 生 并且 已酿 成 了较 大后 果时 才被 发现 ， 很 有 可 能 造 成 更 大 的损 失 。煤 炭 清 } i i J J [ 1 [ 设备 颁 知维 护 系 统 可 以 有效 解 决 这 一 问 题 ， 它 通过 4个 功 能模 块 协 同 I 作 ． 能够 准确 识别 当前 故障 并对潜 故障 威 胁 进 行 预测 ， 可 以提 前 对 设 备 进 行针 对一 较 强 的预 知 维 护 ． 对 于 没 矫的安 伞 高 效 运 行具订 要 意 义 。 参 考 文 献 梁敦什．2 o l 1 q - 煤炭 经济 运行 分析 硬走铸 预测 E J ] ． 巾国矿业 ，2 O 1 2 ， 2 1 2 1 3 一 l ，1 ． 中国煤炭运 销协会 ．2 O l 3 q - 8月煤 炭 I f『 场运行 分析 及走 势 预 测 [ J ] ．煤 炭 经 济 研 究 ．2 O 1 3 ． 3 3 1 0 25 2 6． 李 中兀． 低碳经济视们 煤炭消沾 高投 利川研 究[ J ] ． 【 I 1 两煤炭钎 干部学院学报 ， 2 o l 4 ， 2 7 1 2 一 d ． 帖 秀 ． 跳汰洗选设箭常 见敞 障及 处州 疗法[ J ] ． 1 J I p 火 大学 学 报 自然 科 ≯ 版 ．2 o 0 8， 2 4 1 5 6 5 8 ． 学 尼． 振 动 筛常 见敞障 的分 析与 处 L J J ． 巾 同机 械 ，2 1 4 d 3 3 3 4 ． 齐友华． 选煤厂振动筛设衙常 见敝障 渗断 和敞障处 厅法[ _1 lj ． 内蒙古煤炭经 济 ． 2 0 l 1 8 l 2 l 2 6 ． 赵栋梁． I ． Z X d斜轮 币 介质分 选机 常 故障 及改进 [ J ] ．矿 I I I 机械 ，2 1 1 ， 9 3 1 3 5 1 3 j ． 郭建’ 匕 ． I X Z l 斜 轮 介分选机 存 煤 成 r E ． 矿 选煤J ‘ 的应川 [ J ] ． 选煤技 术 ， 2 O 1 3 3 1 l l 1 _ 高斌 一 煤 矿 带式 输送 机 常 见故障 乏 处州 法 [ J ] ． 煤矿现代化 ， 2 O l 6 2 l 2 1 l 2 6 ． 丈， 孙恺 ． 带式 输送 机 常 见故障 及处删措 施 [ J ] ． 机 电 l 技 术 ，2 o l 5 7 2 l 8 2 2 O ． 末 1 J 胶 ．煤 矿 多 级 离 心 式 排 水 泉 的 敞 障 分 析 瞍 处 理 [ J ] ． 巾小食业管理 与科技 旬刊 。 2 o 】 1 2 6 l 3 3 l 3 1 ． 吴正 1 ． 父于离心 泵常 敞障的解析 和改进[ J ] ． 观代 制造技 术 备 ，2 O l l 2 5 9 6 0 ． 李伟 ， l『尧涌 ． 汪爱 明， 等． 大型 矿山 机电设 备远 程健 康诊 断系统 的研究进 腱[ J ] ． 煤 炭上 科 ， 2 【 l ，t ， 1 6 5 l 39 ～ 1 ， 1 2． 程晓涵． 甚于投影 寻踪 的矿 川设 备预向 I 维{ 』 ’ 方法 及应 用研 究[ I ] ． 北 京 中闻矿业大学 北京 ． 2 0 1 2 l 1 2 3 ． ] ] ] ] ] ] ] ] ] ] ] ] ] ] 2 3 4 5 6 7 8 9 M [r L r L r L r L r L r L r r L r L r L r L r L r L