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礦用帶式輸送機的常見故障及其診斷系統開發

時間:2020-07-07 來源:中國礦業大學 本文字數:3471字
作者:宋新擴 單位:中國礦業大學
  摘 要
  
  帶式輸送機在我國國民生產中扮演著極其重要的角色,其廣泛的應用于礦山、港口、鋼鐵等行業。煤礦的應用尤其典型,但由于煤礦井下的惡劣環境,導致帶式輸送機經常出現意想不到的故障,從而影響設備的正常運行,嚴重可能影響礦山的安全。本文綜合分析了皮帶機的特點及危險因素,以及皮帶機安全實現的四種方法,及風險評價原則、方法、程序過程等。并對現有故障進行了分類,建立故障樹,通過分析研究得到故障處理措施。基于多帶式輸送機故障的分析,系統的介紹了基于故障診斷的專家系統,包括其特點、構建、知識庫、推理及搜索策略等,并利用專家系統原理建立了帶式輸送機故障診斷專家系統。并詳細闡述了其知識庫的建立、知識庫儲存、推理機制建立及解釋機制的原理等內容。為帶式輸送機的穩定應用及故障處理提供了參考。


礦用帶式輸送機的常見故障及其診斷系統開發
 
  
  關鍵詞:  帶式輸送機;安全評價;故障診斷;故障樹;專家系統。
  
  Abstract
  
  Belt conveyor plays an extremely important role in China's national production.It is widely used in mines, ports, steel and other industries. The application of coal mine is particularly typical, but because of the harsh environment in coal mine, belt conveyor often has unexpected faults, which affects the normal operation of equipment, and may seriously affect the safety of the mine. The characteristics and risk factors of belt conveyor are analyzed comprehensively. Four methods of safety realization of belt conveyor, and the principles, methods and procedures of risk assessment are also discussed. The existing fault is classified, and the fault tree is established. The fault handling measures are obtained through analysis and research.
  
  Based on the fault analysis of multi-belt conveyor, this paper systematically introduces the expert system based on fault diagnosis, including its characteristics,construction, knowledge base, reasoning and search strategy, and establishes an expert system for fault diagnosis of belt conveyor by using the principle of expert system.The establishment of knowledge base, the storage of knowledge base, the establishment of thrust mechanism and the principle of explanation mechanism are elaborated in detail. It provides reference for stable application and fault handling of belt conveyor.
  
  Keywords:    Belt conveyor; Safety evaluation; Fault diagnosis; Fault tree; Expert system。
  
  1、緒論
 
  
  1、 Introduction。
  
  1.1、背景和意義(Background and Significance。)。

  
  帶式輸送機又叫皮帶機,是一種較大的作業裝備,其在國民生產中主要用于物料等的連續性、長距離、大運量傳遞,圖1-1所示為一種典型帶式輸送機。皮帶機的核心工作原理為采用驅動裝置驅動傳遞滾筒與膠帶接觸,進而產生所需要的驅動摩擦力,使得皮帶可以不停的運行,進而可以將物料進行長距離移動。伴隨著生產技術的快速發展,帶式輸送機各部分的機械化、自動化水平也跟隨著不斷的提升。因其高效、低阻、少消耗、可靠安全等諸多優勢,慢慢取代了傳統的人力運輸以及車輛運輸這樣的運輸形式,變成了工業領域散裝貨物的主要生產設備。在煤碳、港口、油田、化工等行業,皮帶機逐漸向著長距離、大運量、大寬度、高速、環保及自動化等方面發展。
  
  
  
  多年以來,在保證我國經濟快速,減少能源對外部依賴,維護我國能源及國家安全方面,煤炭起到了至關重要的作用,具有極其重要的戰略核心價值。據統計我國一共有大概560000平方公里的煤礦資源,是全球煤炭資源儲量最豐富的國家之一。
  
  2018年在國內的一次性能源中煤炭占比約為60%,所是說煤炭是我國至關重要的基礎能源。伴隨著生產技術的發展,新型開采作業技術以及大型開采設備在煤炭開采中的使用,大大提升了國內煤礦的機械化開采水平,很多國有企業煤礦的開采機械化水平已超過90%,綜合采掘的機械化水平超過80%。然而與煤炭開采現代化、機械化的發展方向不同步的是無論井下或選煤廠,其運輸設備的發展速度都顯得比較落后,皮帶機作為煤礦開采設備中至關重要的一環,其占據著煤炭開采后運輸的關鍵環節,然而當前其他生產設備自動化程度的不斷提升,同時也對皮帶機及相關裝備提出了更高層次的要求,所以皮帶機運行的正常與否直接關系著煤礦開采企業的經濟利益。雖然近年以來,國內煤炭開采設備生產企業對運輸設備逐漸開展了升級優化,然而整體收益不夠明顯。煤礦企業的高效率、高安全性運行逐漸受到開采設備可靠性的制約。隨著煤礦規模化開采,長距離帶式輸送機裝機量的逐漸增多,皮帶機使用的工況也越發復雜惡劣,從而致使皮帶機的故障率升高、開機率逐漸降低,對物料運輸系統乃至整個生產系統都產生了惡劣影響。如果皮帶機在運行中一但出現問題,不僅查找故障艱難,而且即使找到問題所在,在現場開展設備修理的作業難度也非常大,從而直接增加設備的修理時長,造成了巨大的人、財、物支出,根本上限制了煤礦企業的高效生產。
  
  
  
  受到生產環境的不利因素,帶式輸送機常見在港口、礦井等極其復雜的環境下工作,圖1-2所示為港口帶式輸送機。極其復雜地外部不利環境因素,加上復雜的系統內部因素極易引起單個部件甚至整個設備出現問題。然而故障一但出現,直接會影響生產運行,而且還極可能出現特別重大的安全事故,更有甚者還會對生產人員的本身造成安全危害。據估計,我國自19世紀八十年代來,僅因皮帶機故障而導致的火災事故便造成了超過200多人的傷亡[1]。并且皮帶機是一種多學科的復雜的、大型的、成線形分布的機電一體化系統,各個子系統的故障及類型不甚繁舉,且出現問題多不易檢查及維修。為有效提升皮帶機的使用可靠性、安全性,減小故障率,就要求對故障出現的原因、種類等進行系統的分析,對帶式輸送機的進行動力學分析,進而開展安全性評價,從運行特性入手進行全面的故障分析,最終建立帶式輸送機故障診斷專家系統,從而提高帶式輸送機的高效、經濟運行水平。
  
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  1.2  帶式輸送機故障診斷國內外研究現狀及存在問題.
  1.3  主要研究內容
  
  2  輸送機安全及其評價研究
  
  2.1  輸送機特點及其危險因素.
  2.2  輸送機安全方案
  2.3  安全評價分析.
  2.4  本章小結
  
  3  帶式輸送機故障分析.
  
  3.1  故障分析.
  3.2  帶式輸送機故障樹分析.
  3.3  本章小結
  
  4   基于故障樹的輸送機故障診斷專家系統
  
  4.1  基于故障樹的故障診斷專家系統概述
  4.2  輸送機故障診斷專家系統設計
  4.3  本章小結
  
  5  故障診斷操作終端構建及示范.
  

  5.1  專家系統開發工具的選擇
  5.2  專家系統登陸模塊與主界面構建.
  5.3  輸送機知識庫管理模塊構建.
  5.4  輸送機參數模塊構建及示范
  5.5  輸送機故障診斷模塊構建及示范
  5.6  故障診斷應用示范
  5.7  本章小結

  6、結論

  本文通過調查大量文獻,對帶式輸送機的國內外現狀及存在的問題進行了分析,得出了當前帶式輸送機的運行存在諸多問題,雖然已有各種各樣的故障分析,以及故障診斷系統,然而其實際效果卻并不理想。所以開展系統性的故障分析有著重要的意義。首先從皮帶機的特點入手對危險因素進行了分析,并詳細介紹了皮帶機安全的四種方面,得到了風險評價原則、方法及程序過程。其次對帶式輸送機系統的故障類型、特點進行了詳細分析,借鑒故障樹分析方法,建立了帶式輸送機的故障樹及處理措施。基于以上分析研究建立了帶式輸送機故障診斷專家系統,并對各個部分進行了詳細介紹。綜上,本文的主要成果為:

  (1)對皮帶機在正常運轉的過程中可能出現的危險源進行了深入的研究,不僅如此,還分別研究了其本身以及環境和生產管理這三個方面對該機器維持正常運轉的影響,另外還重點研究了安全保護裝置對于其系統安全性所起到的作用的大小,針對研究結果采取一定的措施來提高皮帶機的系統安全性,最后對其進行評價。

  (2)對其評價的基礎是對該系統的組成和特點有一個比較準確的了解和把握,然后對造成該系統故障的原因進行分析,建立一個故障樹,針對產生故障的基本原因提出預防措施。

  (3)基于故障樹分析法闡述了帶式輸送機故障診斷專家系統的特點以及其構建,進行了帶式輸送機故障診斷的知識庫建立及知識表示、故障推理及解釋方法在系統運行中的實現過程。

  (4)通過Visual C++和SQL Server2008組合的方式來完成對專家系統的構建,分析了帶式輸送機故障診斷專家系統的輸送機參數、故障診斷、知識庫管理等模塊的實現。通過實際故障驗證了帶式輸送機故障診斷系統的有效性。

  參考文獻

  原文出處:宋新擴. 帶式輸送機故障分析及其診斷系統設計研究[D].中國礦業大學,2019.
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