探索立井基于有限元分析法立井提升机主轴振动监测体系

论文导读：生产的目的。1系统组成1.1硬件选择本系统使用西门子公司的中型系列S7-300PLC用作信号采集及系统控制是为了满足控制应用要求而选择的。振动信号的采集与传输采用XZD-YB一体化振动变送器，该传感器集传感器和变送器为一体，采用高精度集成电路，输出为4-20mA电流信号，方便各种终端采样。1.2工作原理由振动
摘要：针对提升系统的电机主轴装置及天轮这些主要承载部件的动态载荷结构变化，设计了其安全运行的监测系统。该系统利用一体化振动变送器采集振动信号，针对提升机系统振动建立其力学模型，运用有限元分析法实现对煤矿立井提升系统主轴振动的检测与诊断。结果表明本监测系统通过对提升机主轴振动的实时检测与诊断，从而达到对煤矿立井提升承载部件的动态载荷状态的远程实时监测。
关键词：煤矿提升 振动监测 有限元分析法
1007-9416（2013）05-0103-02
提升机是煤矿重要设备，它能否安全稳定运行直接关系到煤矿的安全生产。然而我国的煤矿大多使用的是塔式多绳摩擦提升机，主井提升电机的主轴装置及天轮作为主要承载部件，其运行状况正常与否直接影响生产的效率和安全，关系到整个系统的稳定和安全。煤矿立井提升机主轴振动监测系统的研究，是对提升系统振动建立其力学模型，运用有限元分析法来实现对其主轴及天轮振动检测与诊断，可以分析其主轴及天轮的振动规律，对振动位置和振动类型进行诊断预测，从而找出或避免及减少其危害的方法和措施，达到安全生产的目的。
1 系统组成

1.1 硬件选择

本系统使用西门子公司的中型系列S7-300PLC用作信号采集及系统控制是为了满足控制应用要求而选择的。振动信号的采集与传输采用XZD-YB一体化振动变送器，该传感器集传感器和变送器为一体，采用高精度集成电路，输出为4-20mA电流信号，方便各种终端采样。

1.2 工作原理

由振动传感器把振动速度信号转换成跟随式的4-20mA的电流信号，再经过屏蔽电缆将电流信号传输到PLC控制柜中的PLC模拟量模块；由PLC的CPU控制A/D的采集摘自：毕业论文结论怎么写www.7ctime.com
和数据的读取，最后把采集的数据进行处理，以求得所需要的振动参数，并且通过上位机中嵌入的有限元分析程序对振动位置以及类型进行诊断及预测，以达到对安全运行状态的判断，系统将产生继电输出信号并入到煤矿立井提升电控系统的安全回路，达到在出现温度异常时及时断开安全回路，停机检修，并与煤矿信息中心进行通讯，接收中心下达的控制命令，传送中心所需的安全运行状态参数，达到实时监控的目的（如图1）。
2 有限元分析法的理论基础

2.1 提升机振动力学模型的建立

立井提升机的力学模型的建立是基于对此类大型机械系统的抽象与概括，其系统具有整体刚度和质量非均匀分布、含多个独立零部件等特点。合理的力学模型既可以方便理论计算又可以满足工程上精度的需求，对于有效分析提升机的震动起到关键的作用为把提升机整体抽象成为一个力学模型，我们把整个提升机系统进行分段，看做是由多个相关但独立的质点所组成，将整个提升系统简化成为一根无质量的、轴上集中地作用有若干个质量的多自由度系统。如图2所示，第一跨度为电动机部分，第二跨度为减速器部分，第三跨度为提升机主轴部分。由于主轴上安装有轮毂，轮毂的安装一定程度上限制了主轴的变形，因而提高了主轴的刚度，所以在计算主轴的刚度时，要考虑轮毂的安装对主轴刚度的加强作用，把轮毂与主轴作一个整体来考虑，即取轮毂的直径作为主轴的直径，用参数来描述轮毂对主轴的紧固程度，并引入联轴器的联结刚度参数来表明联接处的刚度的减少程度。

2.2 振动故障诊断的有限元分析

有限元是近似求解一般连续问题的数值方法。对与连续域问题如电场、磁场、流体力学等的应用较为普遍。本文将整个提升系统的振动抽象成一个线性的动力学模型，运用有限元的分析方法辅以计算机软件进行计算，从而达到振动故障的诊断与震源位置的判断。
3 基于有限元分析法的提升振源分析与诊断

3.1 振源因素

一般振源主要来自三方面：
（1）机器旋转部分的偏心。其特征是振动频率与偏心旋转部件的旋转频率成正比。
（2）非力偶传递力矩。它的特征是振幅与载荷成正比，频率和非力偶传递元件的相同。
（3）其他振源。其特征是振动频率与产生振源设备的转数（冲击）频率相同
为了从旋转机械的振动信号中检出激振频率，确定激振原因，一般采用频域分析，利用有限元分析算法分析计算采样的振动数据，计算得到固有频率、阻尼、应变等参数，对比下表，在编程中实现查找比较，确定振动的振源，一旦振动出现异常，我们即可根据振源诊断确定故障原论文导读：大学出版社，200

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因，便于故障的排除和后期的故障分析处理以及改进工作。

3.2 振源分析与诊断

为了从旋转机械的振动信号中检出激振频率，确定激振原因，一般采用频域分析，利用前面介绍的有限元分析算法分析计算采样的振动数据，计算得到固有频率、阻尼、应变等参数，对比表1，在编程中实现查找比较，确定振动的振源，一旦振动出现异常，我们即可根据振源诊断确定故障原因，便于故障的排除和后期的故障分析处理以及改进工作。
4 结语
煤矿立井提升机主轴及天轮振动监测系统，可以有效地对提升系统运行时的振动位置及类型进行监控和反馈，保证提升机的长期安全稳定运行。研究结果表明，这对提高煤矿的立井提升的安全生产起着极其重要的作用，节省大量的人力物力，能有效解决煤矿立井提升机主轴振动实时监测的问题，具有很大的经济效益和社会效益。
参考文献
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