1、破碎機(jī)故障診斷技術(shù)
    一臺(tái)機(jī)器在它應(yīng)達(dá)到的功能上喪失了能力稱為這臺(tái)機(jī)器發(fā)生了故障。故障包括使機(jī)器設(shè)備立刻喪失其功能的破壞性故障、降低其功能但沒(méi)有完全喪失其功能的功能性故障和人為的誤操作停車故障。故障產(chǎn)生的原因有人為誤操作、由正常磨損或疲勞使機(jī)器設(shè)備達(dá)到其自然壽命和環(huán)境影響等三方面因素。
1.1故障診斷的基本概念
    故障診斷是指在一定工作環(huán)境下查明導(dǎo)致系統(tǒng)某種功能失調(diào)的原因或性質(zhì)，判斷劣化狀態(tài)發(fā)生的部位或部件，以及預(yù)測(cè)劣化狀態(tài)的發(fā)展趨勢(shì)等。故障診斷有三個(gè)主要步驟：①檢測(cè)設(shè)備狀態(tài)的特征信號(hào)；②從所有檢測(cè)到的特征信號(hào)中提取征兆；③根據(jù)征兆和其它診斷信息來(lái)識(shí)別設(shè)備的狀態(tài)，從而完成故障診斷。系統(tǒng)軟件模塊圖如圖1所示。
1.2診斷信息的采集
    對(duì)一臺(tái)機(jī)器或一個(gè)系統(tǒng)進(jìn)行診斷時(shí)，第一步就是要探測(cè)出它的故障信息，也叫做故障探測(cè)，就是要收集到反映機(jī)器或系統(tǒng)故障的信息，即采集出機(jī)器或系統(tǒng)的故障信號(hào)，簡(jiǎn)稱信號(hào)采集。故障信號(hào)的采集主要有直接觀察法、系統(tǒng)性能的測(cè)定、零件性能的測(cè)定、振動(dòng)和噪聲監(jiān)測(cè)、磨屑的測(cè)定等多種方法。在此故障信號(hào)的采集主要通過(guò)傳感器來(lái)實(shí)現(xiàn)，傳感器的作用是把反映系統(tǒng)狀態(tài)的物理或化學(xué)變化的信息提取出來(lái)，轉(zhuǎn)變成信號(hào)傳遞到記錄裝置或數(shù)據(jù)處理設(shè)備中，供給識(shí)別或診斷系統(tǒng)的狀態(tài)之用。根據(jù)傳感器接收的物理參數(shù)不同可分為力傳感器、光學(xué)檢測(cè)傳感器、溫度測(cè)量傳感器、紅外監(jiān)測(cè)和診斷傳感器、聲音診斷傳感器和振動(dòng)診斷傳感器。由于要用計(jì)算機(jī)進(jìn)行故障診斷，因此要求傳感器輸出電流或電壓信號(hào)。
1.3故障診斷的智能化
    故障診斷的智能就是可有效地獲取、傳遞、處理、再生和利用診斷信息，從而具有對(duì)給定環(huán)境下的診斷對(duì)象進(jìn)行成功狀態(tài)識(shí)別和狀態(tài)預(yù)測(cè)的能力。智能診斷系統(tǒng)是由人（尤其是領(lǐng)域?qū)＜遥�、�?dāng)代模擬腦功能的硬件及其必要的外部設(shè)備、物理器件以及支持這些硬件的軟件所組成的系統(tǒng)。該系統(tǒng)以對(duì)診斷對(duì)象進(jìn)行狀態(tài)識(shí)別與狀態(tài)預(yù)測(cè)為目的。它具有以下特點(diǎn)。①它是一個(gè)開(kāi)放的系統(tǒng)，其智能水平處于一個(gè)動(dòng)態(tài)變化之中，且具備自我提高的潛能。②它是由計(jì)算機(jī)硬件與軟件組成的系統(tǒng)，但有不同于常規(guī)的計(jì)算機(jī)程序系統(tǒng)，不具有確定的算法和程序途徑。智能診斷系統(tǒng)是更具診斷過(guò)程的需要搜索和利用領(lǐng)域?qū)＜业闹�識(shí)及經(jīng)驗(yàn)來(lái)達(dá)到診斷的目的。③它是一個(gè)人工智能系統(tǒng)，離不開(kāi)模擬人腦功能的硬件設(shè)備及軟件。
    近年來(lái)人工神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的興起，發(fā)展了基于神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的智能診斷系統(tǒng)，將利用神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的學(xué)習(xí)功能、聯(lián)想記憶功能、分布式并行信息處理功能，解決診斷系統(tǒng)的知識(shí)表示、獲得和并行推理等問(wèn)題。
2、系統(tǒng)總體設(shè)計(jì)
2.1系統(tǒng)設(shè)計(jì)思想
    根據(jù)企業(yè)設(shè)備管理、設(shè)備綜合工程學(xué)、機(jī)器維修經(jīng)濟(jì)學(xué)等理論的思想和礦山設(shè)備故障診斷需求可知，設(shè)備故障診斷是一個(gè)系統(tǒng)工程，它包括設(shè)備狀態(tài)的評(píng)判和故障的診斷。其中故障診斷需要通過(guò)對(duì)設(shè)備進(jìn)行在線、多點(diǎn)、多狀態(tài)的檢測(cè)和綜合測(cè)評(píng)才能給出準(zhǔn)確的評(píng)測(cè)結(jié)果。以往的設(shè)備故障診斷技術(shù)主要采用專用設(shè)備對(duì)少數(shù)特定信號(hào)進(jìn)行檢測(cè)，對(duì)信號(hào)分析處理效果取決于儀器設(shè)備。這種診斷方式有很大的局限性：①診斷費(fèi)用高；②信號(hào)處理方式單一技術(shù)局限；③信號(hào)間不能建立聯(lián)系；④診斷結(jié)果不能充分利用。因此，根據(jù)虛擬儀器技術(shù)、計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)技術(shù)、故障診斷以及設(shè)備管理的新技術(shù)和理論，利用信息融合技術(shù)開(kāi)發(fā)出基于虛擬儀器的虛擬設(shè)備故障診斷網(wǎng)絡(luò)，同時(shí)整合設(shè)備在線檢測(cè)信息+對(duì)設(shè)備狀況作出綜合評(píng)判；系統(tǒng)還將全面克服目前所采用方法的不足和上述局限性。采用虛擬診斷網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行設(shè)備故障的診斷，在技術(shù)上可實(shí)現(xiàn)先進(jìn)性、完備性和可擴(kuò)展性。同時(shí)能夠大幅度降低設(shè)備管理費(fèi)用。
    破碎機(jī)和傳送機(jī)為廠礦中主要生產(chǎn)設(shè)備之一。破碎機(jī)具有破碎比大、產(chǎn)量高、耗能少、產(chǎn)品粒度均勻等特點(diǎn)，獲得廣泛應(yīng)用。但破碎機(jī)在生產(chǎn)使用中存在諸多不理想狀況：①由于原料流動(dòng)性的變化，難于達(dá)到均衡給料：②無(wú)法實(shí)時(shí)根據(jù)給料粒度及硬度的變化調(diào)整給料量：③難于及時(shí)發(fā)現(xiàn)處理機(jī)械潤(rùn)滑不良、短時(shí)過(guò)載等事故隱患；④因保護(hù)功能不完善，發(fā)生事故時(shí)經(jīng)常嚴(yán)重?fù)p壞設(shè)備；⑤操作人員難于隨時(shí)監(jiān)視破碎機(jī)給料箱料位，因此為防止事故，只能減少給礦，降低臺(tái)時(shí)處理能力。
    由于上述狀況的存在，表現(xiàn)在礦山生產(chǎn)管理中的現(xiàn)象是：①破碎機(jī)的臺(tái)時(shí)處理能力遠(yuǎn)低于設(shè)備的設(shè)計(jì)指標(biāo)：②產(chǎn)品粒度不易保證，加重后續(xù)作業(yè)負(fù)擔(dān)；③設(shè)備故障率高，備品備件消耗嚴(yán)重；④為防止事故，只能少給礦，使得單位能耗增高。因此必須對(duì)破碎機(jī)進(jìn)行故障診斷與狀態(tài)監(jiān)控。
    破碎機(jī)運(yùn)行中難免出現(xiàn)故障，若出現(xiàn)一些較小的故障可以立即排除，而出現(xiàn)嚴(yán)重的故障，也許就會(huì)導(dǎo)致設(shè)備停止工作，這無(wú)疑會(huì)給企業(yè)造成巨大損失。因此，對(duì)破碎機(jī)進(jìn)行故障診斷與狀態(tài)監(jiān)測(cè)，對(duì)于設(shè)備管理和生產(chǎn)都十分重要。因此有必要建立一個(gè)狀態(tài)監(jiān)測(cè)與故障診斷系統(tǒng)，對(duì)破碎機(jī)等進(jìn)行實(shí)時(shí)跟蹤監(jiān)測(cè)，一旦發(fā)現(xiàn)故障，立即制定修理計(jì)劃，從而減少企業(yè)的損失，提高生產(chǎn)效率和經(jīng)濟(jì)效益。
2.2監(jiān)測(cè)對(duì)象選擇與傳感器安裝
    破碎機(jī)組由于結(jié)構(gòu)復(fù)雜、故障率高、備品備件消耗量大，因此對(duì)它診斷所設(shè)置的測(cè)點(diǎn)數(shù)量也非常龐大，診斷的內(nèi)容也不盡相同。但從總體上看，它包括破碎機(jī)、振動(dòng)篩和皮帶這三個(gè)部分，其中破碎機(jī)又包括破碎機(jī)主體、潤(rùn)滑系統(tǒng)和電機(jī)。
    由于破碎機(jī)主體部分工作環(huán)境差、負(fù)荷重、工作狀態(tài)不易掌握，一旦發(fā)生故障就會(huì)造成直接和間接經(jīng)濟(jì)損失，故有必要采用信息融合技術(shù)對(duì)破碎機(jī)進(jìn)行精確的監(jiān)測(cè)和診斷，盡早發(fā)現(xiàn)隱患，及時(shí)排除，使其始終在良好的環(huán)境和狀態(tài)下工作，以防突發(fā)故障造成的損失。在破碎機(jī)主體中需要診斷的部件包括有傳動(dòng)軸、偏心套的止推軸承和排礦口等。在工作中偏心套軸承的垂直方向載荷由止推軸承承受，每次在安裝調(diào)節(jié)或工作中狀況不良時(shí)，很容易引起發(fā)熱，所以這是一個(gè)重要部位，應(yīng)進(jìn)行定期診斷：破碎機(jī)碎礦石動(dòng)力是通過(guò)傳動(dòng)軸傳遞，每根軸是由兩個(gè)滑動(dòng)軸承支承的懸臂筒支架，其工作狀態(tài)的好壞影響到動(dòng)力的傳遞，因此傳動(dòng)軸也是一個(gè)重要部位；破碎機(jī)排礦口常常會(huì)發(fā)生堵塞現(xiàn)象，使破碎后的礦石無(wú)法排出，如有故障仍繼續(xù)給礦，礦石就會(huì)囤積到破碎機(jī)的破碎腔內(nèi)，使破碎機(jī)過(guò)負(fù)荷，同時(shí)使得事后處理非常困難，既費(fèi)時(shí)又費(fèi)力，因此該部位的診斷也是必不可少的。同時(shí)要使破碎機(jī)主體部分能在正常狀態(tài)下工作，必須保證具有良好的潤(rùn)滑條件，因此對(duì)潤(rùn)滑系統(tǒng)的診斷也是不可或缺的，潤(rùn)滑系統(tǒng)的診斷又包括有過(guò)濾器、水平軸、冷卻管等部件。對(duì)破碎機(jī)的測(cè)點(diǎn)見(jiàn)表1，傳感器布置在破碎機(jī)及液壓系統(tǒng)。
2.3破碎機(jī)故障診斷軟件系統(tǒng)整體設(shè)計(jì)
    日益完善的Internet/lntranet技術(shù)和虛擬儀器結(jié)合，開(kāi)始在設(shè)備遠(yuǎn)程診斷、性能綜合評(píng)估以及設(shè)備管理等領(lǐng)域嶄露頭角。本方案將虛擬儀器技術(shù)、網(wǎng)絡(luò)技術(shù)以及檢測(cè)數(shù)據(jù)的綜合分析處理技術(shù)結(jié)合在一起，構(gòu)建虛擬診斷網(wǎng)絡(luò)，實(shí)現(xiàn)檢測(cè)、監(jiān)測(cè)、診斷、預(yù)測(cè)以及管理的綜合應(yīng)用。實(shí)現(xiàn)方式采用兩種模式。
    (I)Client/Server模式：即客戶／服務(wù)器模式。這種模式是網(wǎng)絡(luò)通信中常用的一種模式。它一般有多個(gè)客戶端采集數(shù)據(jù)，有一個(gè)服務(wù)器充當(dāng)數(shù)據(jù)庫(kù)的角色：客戶端通過(guò)通信協(xié)議把測(cè)試數(shù)據(jù)寫(xiě)入遠(yuǎn)程服務(wù)器數(shù)據(jù)庫(kù)。對(duì)于這種模式，需要編寫(xiě)“寫(xiě)”端和“讀”端的程序，主要采用DataSocket Server程序同步運(yùn)行技術(shù)。在“寫(xiě)”端，它可以顯示連接的客戶端的實(shí)際數(shù)目和顯示傳輸?shù)臄?shù)據(jù)包的數(shù)目。在“讀”“端”，它用來(lái)顯示接收到的數(shù)據(jù)包數(shù)目和數(shù)據(jù)來(lái)源。對(duì)于實(shí)時(shí)性要求較高、檢測(cè)任務(wù)繁忙的可采用這種方式。
    (2) Browser/Server模式：即瀏覽器朋艮務(wù)器模式。這種模式是為了方便用戶在Web模式下發(fā)布數(shù)據(jù)。通常用戶端只需要安裝一個(gè)瀏覽器，直接訪問(wèn)這個(gè)診斷網(wǎng)站的地址，就可以監(jiān)視遠(yuǎn)程診斷點(diǎn)的數(shù)據(jù)變化情況。這種模式的主要工作在于服務(wù)器端程序的開(kāi)發(fā)，不存在客戶端程序的開(kāi)發(fā)和維護(hù)。對(duì)于管理與狀態(tài)監(jiān)測(cè)以及非實(shí)時(shí)測(cè)控環(huán)境可采用這種方式。
    對(duì)于生產(chǎn)過(guò)程的全程多參數(shù)的監(jiān)視與測(cè)量，為了滿足測(cè)量數(shù)據(jù)多樣應(yīng)用的目的，這兩種模式都會(huì)被用到。在生產(chǎn)部門及生產(chǎn)現(xiàn)場(chǎng)主要應(yīng)用了客戶/服務(wù)器模式，其主要作用是對(duì)參數(shù)的獲取和預(yù)處理，并把測(cè)得的數(shù)據(jù)存儲(chǔ)起來(lái)：而在管理部門，則要調(diào)用數(shù)據(jù)或監(jiān)視數(shù)據(jù)的變化，這就要用到瀏覽器／服務(wù)器模式。這兩種模式都可以通過(guò)應(yīng)用DataSocket組件來(lái)編程實(shí)現(xiàn)。
    此系統(tǒng)將是一個(gè)功能齊全、結(jié)構(gòu)完善、性能指標(biāo)優(yōu)良運(yùn)行安全穩(wěn)定的大型設(shè)備管理系統(tǒng)。依據(jù)上述技術(shù)體系、應(yīng)用需求以及相關(guān)技術(shù)要求，可以確定系統(tǒng)是一個(gè)多種技術(shù)與成熟產(chǎn)品相結(jié)合的軟硬件相結(jié)合的網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)。系統(tǒng)以.NET技術(shù)為核心，充分利用已有成熟的產(chǎn)品和技術(shù)的優(yōu)勢(shì)。系統(tǒng)主要包括計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)、信號(hào)采集系統(tǒng)、網(wǎng)絡(luò)操作系統(tǒng)、數(shù)據(jù)庫(kù)系統(tǒng)、應(yīng)用服務(wù)器(WEB服務(wù)器)、虛擬儀器、設(shè)備性能評(píng)測(cè)、設(shè)備管理等部分。在設(shè)計(jì)中，對(duì)于各個(gè)組成部分，從多個(gè)不同的側(cè)面和系統(tǒng)整體的角度進(jìn)行充分考慮已確定產(chǎn)品的選擇和相應(yīng)的實(shí)現(xiàn)技術(shù)。同時(shí)，充分考慮各個(gè)不同部分相互間的影響和適應(yīng)于匹配特性，使得各部分組合在一起后能夠達(dá)到安全可靠以及性能和靈活性等多方面的兼顧。虛擬診斷網(wǎng)絡(luò)整體結(jié)構(gòu)見(jiàn)圖5。
2.4破碎機(jī)組的狀態(tài)異常監(jiān)測(cè)過(guò)程
    由于信息融合診斷過(guò)程包含了三級(jí)融合診斷，每一次信息融合過(guò)程的執(zhí)行就需要消耗大量系統(tǒng)資源，執(zhí)行次數(shù)過(guò)多就會(huì)嚴(yán)重影響機(jī)器執(zhí)行速度，甚至導(dǎo)致死機(jī)。事實(shí)上，設(shè)備很少發(fā)生故障，沒(méi)有必要進(jìn)行過(guò)多的信息融合過(guò)程，因此，除了數(shù)據(jù)層融合用于振動(dòng)信號(hào)的數(shù)據(jù)采集且必須執(zhí)行以外，其余各層可以在故障診斷過(guò)程前就先進(jìn)行異常判別，即當(dāng)發(fā)生異常狀況時(shí)再利用信息融合技術(shù)進(jìn)行故障診斷。狀態(tài)的異常判別是故障診斷的起點(diǎn)和基礎(chǔ)，它與故障診斷是兩個(gè)不可分割的過(guò)程，相對(duì)于故障診斷過(guò)程，異常判別是一個(gè)相對(duì)而言要簡(jiǎn)單得多的過(guò)程，執(zhí)行時(shí)間和消耗的機(jī)器資源也要小得多。對(duì)于從傳感器采集到的反映破碎設(shè)備運(yùn)行的狀態(tài)參數(shù)，需要通過(guò)特征提取，根據(jù)破碎設(shè)備的正常工作特性及制定的判斷標(biāo)準(zhǔn)判定其運(yùn)行狀態(tài)是屬于正常還是異常，如果狀態(tài)屬于異常，則需要采用信息融合技術(shù)進(jìn)一步診斷、找出故障原因。一般說(shuō)來(lái)，從正常到異常是一個(gè)漸變過(guò)程，它是一個(gè)連續(xù)變化量，除突發(fā)性事故之外，機(jī)器的“正常”和“異常”屬于兩個(gè)模糊集，其邊界是模糊的，因此人為規(guī)定一個(gè)明確界線，或確定一個(gè)異常閾值來(lái)判斷機(jī)器是否異常，必然會(huì)將人的主觀誤差包括判斷誤差帶入故障診斷結(jié)果中，造成故障信息的謊報(bào)和漏檢。
    引入模糊集，對(duì)于一個(gè)模糊子集A表示特征參數(shù)x的取值范圍，用隸屬函數(shù)PA(X)及其具體取值隸屬度來(lái)描述，對(duì)A的隸屬度。當(dāng)/LA(X，)=0或1時(shí)，特征參數(shù)處在嚴(yán)格的正常和異常狀態(tài)；當(dāng)PA(Xi》0.5時(shí)，開(kāi)始進(jìn)行故障檢測(cè)。
    根據(jù)選擇的特征參數(shù)和異常報(bào)警方式的不同，其隸屬函數(shù)y-A(X)選取相應(yīng)的形武。特征參數(shù)異常檢測(cè)方式可分為上限、下限和上下限同時(shí)檢測(cè)等，例如對(duì)破碎機(jī)組主體，振動(dòng)過(guò)大即為上限異常檢測(cè)方式：主油流壓力降低即為下限異常檢測(cè)方式：排礦口尺寸大小即為上下限異常檢測(cè)方式；相應(yīng)的隸屬函數(shù)/LA(X)具體可選取升半柯西函數(shù)、降半柯西函數(shù)和兩種的結(jié)果。
3、結(jié)語(yǔ)
    故障診斷的最終目的是要維持設(shè)備正常可靠的運(yùn)行，如何能使故障少發(fā)生甚至不發(fā)生是設(shè)計(jì)診斷系統(tǒng)所需要解決的重要課題之一，本文所設(shè)計(jì)的診斷系統(tǒng)能精確診斷故障的發(fā)生，但是如果能在故障的發(fā)生以前就能得到預(yù)報(bào)使之得到有效處理，制止故障的發(fā)生，則能大大提高生產(chǎn)效率，減少事故的發(fā)生。本系統(tǒng)在鞍山鋼鐵集團(tuán)齊大山礦已投入運(yùn)行，取得很好的效果。


相關(guān)礦山機(jī)械設(shè)備：
1、圓錐破碎機(jī)
2、雷蒙磨粉機(jī)
3、顎式破碎機(jī)