摩擦式提升機(jī)鋼絲繩抖動(dòng)故障診斷與分析-摩擦襯墊廠家

鋼絲繩抖動(dòng)對(duì)多繩摩擦式提升機(jī)的運(yùn)行危害很大，如果不能引起足夠的重視，往往會(huì)給礦山的安全生產(chǎn)帶來(lái)隱患。針對(duì)某礦副井摩擦式提升機(jī)鋼絲繩出現(xiàn)嚴(yán)重抖動(dòng)的問(wèn)題，經(jīng)分析，把引起鋼絲繩抖動(dòng)的原因聚焦在鋼絲繩張力是否平衡、提升機(jī)電控和主軸承是否存在故障 3 個(gè)方面，并制定相應(yīng)測(cè)試方案。經(jīng)過(guò)現(xiàn)場(chǎng)測(cè)試和結(jié)果分析，最終確定了鋼絲繩抖動(dòng)的原因。

摩擦式提升機(jī)依靠摩擦力來(lái)提升重物，就其工作原理來(lái)說(shuō)，它與纏繞式提升機(jī)最大的區(qū)別在于其鋼絲繩不是纏繞在卷筒上，而是搭在摩擦輪上，在繩的兩端各懸掛一個(gè)提升容器，借助于安裝在摩擦輪上的繩槽和鋼絲繩之間的摩擦力來(lái)傳遞提升的動(dòng)力，使提升容器上下移動(dòng)，從而完成物料、人員的提升或下放。

從摩擦式提升機(jī)的運(yùn)行原理可以看出，鋼絲繩的穩(wěn)定運(yùn)行對(duì)整個(gè)提升系統(tǒng)起著關(guān)鍵性的作用，一旦鋼絲繩出現(xiàn)問(wèn)題，往往給整個(gè)提升系統(tǒng)的安全運(yùn)行帶來(lái)危害。比如當(dāng)鋼絲繩出現(xiàn)抖動(dòng)時(shí)，會(huì)直接導(dǎo)致摩擦力的不穩(wěn)，當(dāng)抖動(dòng)幅度變大或抖動(dòng)時(shí)間延長(zhǎng)時(shí)，很容易出現(xiàn)滑繩事故，損傷摩擦襯墊，而摩擦襯墊的損傷又會(huì)加劇鋼絲繩的抖動(dòng)，從而產(chǎn)生惡性循環(huán)，最終導(dǎo)致嚴(yán)重的后果。

但是目前礦山設(shè)備的管理部門(mén)對(duì)鋼絲繩抖動(dòng)問(wèn)題不夠重視，出現(xiàn)問(wèn)題后無(wú)視問(wèn)題的存在，使得設(shè)備帶病運(yùn)行，導(dǎo)致事故頻發(fā)。因此，亟待對(duì)鋼絲繩抖動(dòng)產(chǎn)生的原因進(jìn)行深入分析。

1 提升系統(tǒng)運(yùn)行情況和故障描述

某礦山副井摩擦式提升機(jī)型號(hào)為 JKMD-3.25×6(Ⅲ)E，采用低速直連直流電動(dòng)機(jī)拖動(dòng)，電動(dòng)機(jī)功率為 800 kW，轉(zhuǎn)速為 42 r/min，采用剛性罐道單罐籠配平衡錘的提升方式，使用的是同一廠家、同一型號(hào)、同一批次生產(chǎn)的鋼絲繩。

在運(yùn)行中，存在鋼絲繩抖動(dòng)的現(xiàn)象，具體表現(xiàn)為提升鋼絲繩在提升機(jī)房出繩口處有明顯的上下擺動(dòng)，無(wú)論是配重上提或下降，抖動(dòng)都會(huì)存在。

2 故障診斷方案設(shè)計(jì)

對(duì)鋼絲繩抖動(dòng)問(wèn)題進(jìn)行初步分析，判斷故障原因可能是井架變形或鋼絲繩繩槽直徑不一致。當(dāng)井架某個(gè)角的地基出現(xiàn)下沉?xí)r，會(huì)導(dǎo)致天輪軸傾斜，鋼絲繩在運(yùn)行中出現(xiàn)行程差，從而使鋼絲繩張力不平衡，致使鋼絲繩抖動(dòng)。但實(shí)際測(cè)量了天輪軸與主軸裝置的平行度后，發(fā)現(xiàn)井架并未出現(xiàn)變形，提升機(jī)主軸中心線與天輪軸中心線平行度良好，排除井架變形。對(duì)于繩槽的問(wèn)題，通過(guò)和礦方的溝通交流，確認(rèn)該礦定期對(duì)繩槽進(jìn)行車(chē)削，且實(shí)際測(cè)量結(jié)果顯示繩槽的有效直徑一致，也排除繩槽的問(wèn)題。

在提升機(jī)運(yùn)行中，偶然發(fā)現(xiàn)司機(jī)操作臺(tái)顯示屏處的系統(tǒng)速度圖有輕微的上下跳動(dòng)，但由于分辨率較差，不能顯示細(xì)節(jié)。是否為電控系統(tǒng)故障或者主軸故障，導(dǎo)致速度圖出現(xiàn)周期性跳動(dòng)？帶著這些疑問(wèn)，筆者把研究重點(diǎn)放到以下 3 個(gè)方面：一是鋼絲繩張力是否平衡，這是導(dǎo)致鋼絲繩抖動(dòng)的直接原因；二是提升機(jī)電控是否出現(xiàn)故障；三是提升機(jī)主軸承是否存在故障。針對(duì)上述 3 個(gè)方面，設(shè)計(jì)了以下測(cè)試方案。

2.1 鋼絲繩張力測(cè)試方案

鋼絲繩張力可以通過(guò)測(cè)量振動(dòng)頻率后計(jì)算得到。根據(jù)弦振動(dòng)理論，忽略垂直效應(yīng)和抗彎剛度，鋼絲繩張力

在m 和 L 保持不變的情況下，鋼絲繩張力 T 與鋼絲繩自振頻率 fn 的平方成正比。通過(guò)測(cè)振儀器和軟件分析可以得到自振頻率 fn，利用得到 根鋼絲繩的張力值，最后通過(guò)計(jì)算確定鋼絲繩張力的偏差。

2.2 提升機(jī)電控測(cè)試方案

判斷提升機(jī)運(yùn)行是否穩(wěn)定，最常使用的測(cè)試方法就是對(duì)比提升機(jī)的運(yùn)行速度和驅(qū)動(dòng)電動(dòng)機(jī)的電流。通過(guò)智能測(cè)試儀對(duì)兩項(xiàng)進(jìn)行實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)，采集提升機(jī)配重上提時(shí)的速度運(yùn)行曲線和電動(dòng)機(jī)電流曲線，分析曲線變化規(guī)律，從而判斷提升機(jī)運(yùn)行是否平穩(wěn)。

2.3 主軸承振動(dòng)測(cè)試方案

在提升機(jī)正常運(yùn)行下，利用測(cè)振儀器對(duì)電動(dòng)機(jī)和滾筒的連接主軸承進(jìn)行振動(dòng)檢測(cè)，經(jīng)過(guò)儀器自帶的軟件進(jìn)行頻譜分析后得到振動(dòng)頻譜圖，再與軸承的故障頻率進(jìn)行比對(duì)，從而判斷頻譜中是否存在軸承的故障頻率，進(jìn)而確定主軸承是否存在故障。主軸承振動(dòng)測(cè)試測(cè)點(diǎn)及方向。

在提升機(jī)正常提升時(shí)，分別在主軸承的驅(qū)動(dòng)端和非驅(qū)動(dòng)端，對(duì)主軸承的水平、垂直和軸向 3 個(gè)方向進(jìn)行振動(dòng)監(jiān)測(cè)。

3 故障診斷分析

3.1 鋼絲繩張力測(cè)試分析

鋼絲繩張力測(cè)試在 2 種工況下進(jìn)行，分別是配重在井口時(shí)和配重在井底時(shí)。測(cè)試時(shí)，提升機(jī)要保持靜止?fàn)顟B(tài)，用小錘依次敲擊鋼絲繩，并用測(cè)振儀器記錄數(shù)據(jù)。從非驅(qū)動(dòng)側(cè)到驅(qū)動(dòng)側(cè)的鋼絲繩編號(hào)為 1～6，如圖 2 所示。鋼絲繩振動(dòng)測(cè)試所。

由計(jì)算可知，當(dāng)配重在井口時(shí)，鋼絲繩張力的最大偏差為 8.3%；當(dāng)配重在井底時(shí)，鋼絲繩張力的最大偏差達(dá)到了 13.6%。井底時(shí)，鋼絲繩張力的最大偏差超過(guò)了《煤礦安全規(guī)程》第 411 條要求的“任一根提升鋼絲繩的張力同平均張力之差不得超過(guò)±10%”，表明這 6 根鋼絲繩所承受的拉力不平衡。因此，確定鋼絲繩振動(dòng)的原因是張力不平衡。

3.2 提升機(jī)電控系統(tǒng)測(cè)試分析

提升機(jī)的運(yùn)行由電控系統(tǒng)控制，使用智能測(cè)試儀采集提升機(jī)配重上提時(shí)的速度曲線和電動(dòng)機(jī)電流曲線，如圖 3、4 所示。為了分析提升機(jī)最大速度運(yùn)行時(shí)提升速度和電動(dòng)機(jī)電流的細(xì)節(jié)變化，通過(guò)處理得到局部放大圖，如圖所示。

由圖可知，提升機(jī)配重上提時(shí)，運(yùn)行速度有明顯的周期性變化，周期為 14.7/10=1.47 s，頻率為周期的倒數(shù)，通過(guò)計(jì)算得到速度變化頻率 f1=1/1.47≈0.68 Hz。

由圖可知，提升機(jī)配重上提時(shí)，電動(dòng)機(jī)電流同樣有明顯周期性變化，周期為 14.6/10=1.46 s，頻率f2=1/1.46≈0.68 Hz。

綜合上述計(jì)算，提升機(jī)運(yùn)行速度和電動(dòng)機(jī)電流出現(xiàn)同頻率周期性變化，初步判斷可能是由于提升機(jī)的控制系統(tǒng)出現(xiàn)故障，導(dǎo)致電動(dòng)機(jī)電流出現(xiàn)周期性變化，進(jìn)而引起速度的周期性變化。

3.3 主軸承座振動(dòng)結(jié)果頻譜分析

按照制定的方案，在提升機(jī)正常運(yùn)行時(shí)，對(duì)主軸承的驅(qū)動(dòng)端進(jìn)行振動(dòng)測(cè)試，其水平方向和垂直方向的振動(dòng)頻譜如圖所示。

由圖可知，振動(dòng)的主頻率中沒(méi)有軸承故障特征頻率，表明軸承運(yùn)行狀態(tài)良好，未出現(xiàn)故障。但是在水平和垂直方向的頻譜圖中，都發(fā)現(xiàn) 600 Hz 頻率及其倍頻成分，且該頻率成分的幅值最高，其對(duì)應(yīng)的是 2 倍的 SCR (全波整流可控硅故障特征頻率)。在頻譜圖中出現(xiàn)此頻率，說(shuō)明電控系統(tǒng)出現(xiàn)故障，導(dǎo)致提升機(jī)運(yùn)行速度不穩(wěn)，與前面測(cè)試的速度圖可以相互印證。

將同樣測(cè)點(diǎn)、同樣方向該頻率成分的單峰幅值與該礦主井使用的軸承 (與副井相同)相比較，結(jié)果如表2 所

由表 2 可以看出，副井垂直方向的 600 Hz 頻率成分的單峰幅值明顯比主井大很多。根據(jù)直流電動(dòng)機(jī)相關(guān)理論，出現(xiàn)該頻率成分 (600 Hz)即表明電氣故障。結(jié)合提升機(jī)運(yùn)行速度圖和電動(dòng)機(jī)電流曲線出現(xiàn)的周期性變化，共同將問(wèn)題指向了電動(dòng)機(jī)電控。通過(guò)后期聯(lián)系電控廠家，消除電控系統(tǒng)的故障、平穩(wěn)運(yùn)行后，鋼絲繩抖動(dòng)問(wèn)題得到明顯改善。