煤矿带式输送机智能故障诊断方法的研究VIP

1煤矿带式输送机智能故障诊断方法的研究摘要煤矿井下带式输送机是煤矿生产的关键设备，肩负着原煤运输的重要责任。随着生产规模的不断扩大和技术的发展，带式输送机正朝着长距离、大运量、大功率、高速度、大倾角以及多电动机驱动的方向发展，然而对带式输送机控制，大多数以开环控制策略为主，只是通过固定的程序控制起动、运行和停车，无法对控制过程进行优化，使带式输送机的控制达不到较为满意的性能指标和精度要求。 本文针对淮北某矿某煤矿主井原煤运输系统，结合对带式输送机驱动和控制技术的现状与发展趋势的分析，研究带式输送机控制的关键问题:理想的起动加速度和速度曲线、多电动机驱动时的功率平衡和带式输送机综合保护。在煤炭行业，带式输送机已经成为主要的生产运输设备。为了满足企业的生产需要和扩大规模等问题，带式输送机在驱动电机的选择上都会留有较大的冗余度。由于煤矿开采的不均衡性，输送机的运量不能保持稳定，导致带式输送机运量不足，经常处于“大马拉小车”的状态。带式输送机一般都是以固定速度运行，所以带式输送机驱动电机做功效率就会降低，耗费大量电能，增加企业的生产成本。降低带式输送机的生产电耗已经成为企业迫切需要解决的问题，引起了许多工程技术人员的关注。 本文以淮北某矿的带式输送系统为主要研究对象，利用集控系统数据库中的大量监测数据，通过数据挖掘对带式输送机的运行数据进行分析研究，提出有效的煤矿带式输送机故障诊断和预测方法，并将结果用于指导生成设备巡检计划，研究并设计基于数据挖掘的带式输送机的故障诊断系统。学习研究几种典型带式输送机故障的故障机理，总结相关故障的特征参数；研究数据挖掘理论中对知识具有较强约简能力的粗糙集理论以及能够快速对知识进行分类的决策树算法，在粗糙集属性约简算法以及决策树分类算法的基础上，构建一种基于近似精度的决策树分类诊断模型。在 MATLAB 中搭建模型，并通过实例分析，验证诊断模型的准确性。以 VS2010 为设计平台和 SQL SERVER 数据库管理工具开发基于数据挖掘技术的煤矿带式输送机故障诊断系统。2关键词：煤矿；带式输送机；故障诊断；方法；研究3AbstractCoal mine belt conveyor is the key equipment of coal production, shoulder the important responsibility for the transport of coal. With the continuous expansion of production scale and the development of technology, belt conveyor is moving in the long distance, large volume, high power, high speed, large angle and multi-motor drive the direction of development, but the belt conveyor control, Most of the open-loop control strategy, only through a fixed program to control the start, run and stop, can not optimize the control process, so that the belt conveyor control less satisfactory performance and accuracy requirements. Based on the analysis of the present situation and development trend of belt conveyor drive and control technology, this paper studies the key problems of belt conveyor control: the ideal starting acceleration and velocity curve are discussed in this paper. Motor power balance and belt conveyor integrated protection. In the coal industry, belt conveyors have become the main production and transportation equipment. In order to meet the needs of enterprises and expand the scale of production and other issues, belt conveyor in the choice of motor drive will have a greater redundancy. Due to the imbalance of coal mining, the transport capacity of the conveyor can not be kept stable, resulting in insufficient belt conveyor capacity, often in the “big horse car“ state. Belt conveyors are generally run at a fixed speed, so the belt conveyor drive motor efficiency will be reduced, consuming a lot of power, increase the cost of production. Reducing the production power consumption of belt conveyors has become an urgent problem for enterprises, which has attracted the attention of many engineering and technical personnel.In this paper, the belt conveyor system of a mine in Huaibei is the main research object, and the operation data of the belt conveyor are analyzed and analyzed by using data mining in the database of the centralized control system. An effective coal mine belt conveyor failure is put forward Diagnosis and prediction methods, and the results used to guide the generation of equipment inspection program, research and design based on data mining belt conveyor fault diagnosis system. This paper studies the 4fault mechanism of several typical belt conveyors, summarizes the characteristic parameters of the relevant faults, studies the rough set theory with strong ability to reduce the knowledge in the data mining theory, and the decision tree algorithm which can quickly classify the knowledge, Based on the rough set attribute reduction algorithm and the decision tree classification algorithm, a decision tree classification diagnosis model based on approximation precision is constructed. Set up the model in MATLAB, and through case analysis, verify the accuracy of the diagnostic model. Using VS2010 as the design platform and SQL SERVER database management tool to develop based on data mining technology of coal mine belt conveyor fault diagnosis system.Key words: coal mine; belt conveyor; fault diagnosis; method;5目录目录 .4第一章 绪论 .81.1 研究背景及意义 .81.2 国内外研究现状 .91.3 研究内容 .13第二章 煤矿带式输送机故障特征参数的选取和预处理 .142.1 带式输送机常见故障类型与表征 .142.2 故障的特征参数 .192.3 确定系统所需的参数数据 .212.4 数据样本 .22第三 煤矿带式输送机故障诊断和预测规则挖掘技术的研究 .253.1 基于遗传算法故障诊断方法 .273.2 基于信息融合故障诊断方法 .273.3 基于模糊逻辑故障诊断方法 .283.4 粗糙集理论 .28第四章 煤矿带式输送机故障诊断和预测规则的产生 .294.1 性能评价 .294.2ID3 算法 .304.3 实验结果分析 .324.4 ID3 算法的优点 .3264.5 ID3 算法的优化 .33第五章 系统设计与实现 .335.1 传动装置的总体方案设计 .345.1.1 传送方案的拟定 .345.1.2 电动机选择 .355.1.3 计算传动装置的运动参数和动力参数 .365.2 传动零部件的设计及计算 .375.2.1 带传动主要参数设计及计算 .385.2.2 齿轮传动计算 .405.2.3 低速轴的齿轮计算 .445.2.4 轴的设计计算 .485.3 滚动轴承的选择及计算 .565.3.1轴轴承计算 .575.3.2 轴的计算 .585.3.4轴轴承计算 .595.4 键联接的选择及校核计算 .605.5 高速轴的疲劳强度校核 .625.6 主要尺寸及数据 .65第六章 结论和展望 .666.1 结论 .666.2 展望 .687参考文献 .69致谢 .718第一章 绪论1.1 研究背景及意义带式输送机作为一种连续输送设备，主要用于碎散物料、成件物品的输送，与其他运输设备(如提升类 )相比，具有输送距离长、运量大、连续输送等的特点，易于实现自动化和集中化控制，被广泛应用在煤炭、冶金、电厂、化工、矿山、港口等领域。在煤炭等行业，随着矿山生产规模的不断扩大，带式输送机已经成为矿山企业的主要运输工具。自上世纪九十年代以来，经过科研攻关和引进、消化吸收国外先进技术，我国煤矿带式输送机向长运距、高带速、大运量、大功率方向的发展取得了长足的进步，带式输送机已成为主要的高效连续运输设备。与此同时，带式输送机的控制模式及最佳能耗问题也口益突出，其能耗效率的研究和节能措施的探讨已经引起许多工程技术人员的关注。 安全问题一向存在于人类解决生产生活的过程当中，安全问题随着科技与经济的迅速发展愈来愈得到人们的注重。带式输送机在人类生产生活中发挥着越来越重要的作用，广泛用于矿山、车站码头、仓库货场、化工、建材等场所，进行散装物料的运输，是连续输送机械中效率最高、使用最广的机械。随着技术的发展输送机的种类变得更加繁多，技术构成愈加复杂，产品功能不断得到了完善。但由于设计安装及运行管理的原因，经常会出现一些常见故障，如输送带跑偏、打滑;溜槽断面设计不合理引发物料堵塞;因加料不均产生超载、撒料的现象进而损坏电机与减速器等;输送带因物料中含有废钢铁件、木棍等异物发生撕裂; 落料差过大致使输送带、托辊毁坏。这些故障若能实时正确的被处理，才能确保平稳安全地运转，不然将发生输送带、机架等损坏事故，轻则致使长期停产，重则引发重大经济损失及人员伤亡。因此有关带式输送机的安全问题应引起重视。 带式输送机是由闭环的承载输送带、托辊、驱动装置、拉紧装置、改向滚筒及其机架构成的复杂机电系统。其中以电动机为核心的驱动装置提供输送带运行需要的牵引力，拉紧装置提供给输送带必要的拉紧力，改向滚筒给输送带导向，托辊的作用是支撑输送带及其上面的物料并减小输送带的挠度。当驱动9装置开始起动后，通过滚筒与输送带的摩擦作用，将牵引力传递给输送带，输送带的运动需要克服各种运行阻力，尽管在起动过程中可以控制驱动装置的起动速度(加速度)，但并不能将运动直接传递到整个输送带上，而是在输送带的粘弹性性质和阻力作用下，逐渐地将牵引力和速度传播到整个输送带上。因此大型带式输送机必须有足够的起动时间，使起动加速度保持在允许范围内。线路越长、带速越高、运量越大，起动时间就越长，否则输送带初张力就会下降，丧失输送带与驱动滚筒保持正常传动所需的张力比，造成输送带在驱动滚筒上打滑而不能起动，甚至造成断带、烧坏电动机等事故的发生。在煤矿生产中，采煤作业时，采煤量大小与井下地质环境有密切的关系。也就是说，带式输送机输送煤炭有极大的不均衡性。这样以来，煤矿生产作业的口、班产量之间的波动是随着采煤面的地质变化的。运煤输送机的机械及电气选型配套是按照煤矿生产的最大可能加一定的冗余系数确定的，因此带式输送机配置的电动机一般均有 20%，45% 的富余量，加上带式输送机经常处于轻载、空载状态，所以导致电动机效率处于 50%以下的工作状态，这就出现了“大马拉小车”的现象，造成相当一部分电能的耗费。 本文根据煤矿企业煤炭生产的实际情况，拟探索带式输送机电气节能的新方法，即改变带式输送机传统运行方式，通过输送带运量大小的情况来调节带式输送机的带速，在正常运行下实现带式输送机的效率最大化。煤矿的生产环境比较恶劣，带式输送机系统又比较复杂，尽管采用了各种措施和方法来提高带式输送机的安全性和可靠性，但是输送机总会出现一些故障，而且这些故障又大多有着因果关系，因此必须对这些故障进行相应的研究，将输送机的故障发生率降到最低，防止故障进一步扩大。我国煤炭资源丰富，劳动力廉价，本应在国际市场竞争中占有优势，但由于技术、管理、体制等原因，大部分煤矿的效率低下。本