0引言

中煤紅星發(fā)電有限公司位于新疆維吾爾自治區(qū)哈密市,晝夜溫差大、春季多風(fēng)而干旱、冬季寒冷而漫長。公司機(jī)組容量為2× 660 MW,年需燃煤約388.30萬t(設(shè)計煤種);輸煤系統(tǒng)采用帶式輸送機(jī),共有#1甲乙、#2甲乙、#3甲乙、#4甲乙、#5甲乙、#6甲乙十二條膠帶。由于氣候的原因,膠帶表面夏季有粘結(jié)的煤泥,冬季有凍結(jié)的粘結(jié)物,影響帶式輸送機(jī)的運行安全。

輸煤系統(tǒng)相關(guān)技術(shù)人員研究了各類帶式輸送機(jī)用的清掃技術(shù),部分已在現(xiàn)場得到推廣應(yīng)用。文獻(xiàn)[1]分別設(shè)計了一種重錘式頭部智能清掃器和彈簧式頭 部智能清掃器,應(yīng)用于礦用帶式輸送機(jī)頭部清掃中;文獻(xiàn)[2]設(shè)計了一套自動清掃裝置;文獻(xiàn)[3]設(shè)計了一種回程輸送帶清掃及物料收集的清掃裝置;文獻(xiàn)[4]設(shè)計了一種帶式輸送機(jī)回程雙向空段清掃器,實現(xiàn)正反向清掃狀態(tài)的轉(zhuǎn)換。

但現(xiàn)有膠帶清掃裝置是通過清掃用的刮刀與膠帶表面直接接觸,在膠帶運行過程中,通過刮刀與膠帶表面的相對運動和摩擦,實現(xiàn)清除膠帶表面粘結(jié)物的目的。當(dāng)膠帶存在表面缺陷或表面修補(bǔ)后形成凸起時,膠帶清掃器的刮刀反復(fù)碾壓該缺陷或修補(bǔ)凸起點,將進(jìn)一步損壞膠帶。為避免這樣的事故發(fā)生,實現(xiàn)膠帶清掃器在清除表面附著物的同時,不會進(jìn)一步損壞表面缺陷或修補(bǔ)凸起點,本文深入研究了膠帶表面修補(bǔ)凸起點激勵清掃器的振動特點,以實現(xiàn)基于清掃器振動信號識別膠帶缺陷的目的。

1膠帶清掃器組成

膠帶清掃器安裝在帶式輸送機(jī)頭部漏斗內(nèi),如圖1所示,由刮刀、刮刀架、刮刀高度微調(diào)單元、鎖緊螺母等組成,可全面清除回程皮帶面上粘附的物料,避免撒煤,確保清掃下來的物料直接落到漏斗中被帶走?，F(xiàn)場安裝如圖2所示。

2膠帶表面缺陷激勵清掃器的振動特點

在帶式輸送機(jī)運行時,膠帶表面修補(bǔ)凸起點運動到清掃器位置會與清掃刮刀發(fā)生碰撞,產(chǎn)生沖擊振動信號。

2.1 實驗平臺

如圖3所示,該平臺位于湖北孝感的凱瑞知行智能裝備有限公司研發(fā)場地。

將振動傳感器布置于刮刀主軸上,如圖4所示。實驗平臺膠帶缺陷包含金屬故障點、橡膠故障點以及組合故障點等,模擬不同故障點產(chǎn)生的不同沖擊,如圖5所示。

2.2膠帶表面缺陷激勵清掃器振動信號

設(shè)置采樣頻率10 KHz、采樣時間20 s,皮帶全長40 m,在額定運行速度2 m/s下采集時間正好采滿一圈。采集的清掃器主軸振動信號如圖6所示,可以很清晰地看到?jīng)_擊信號。

2.2.1峰值提取

峰值提取方法是一種在信號處理和數(shù)據(jù)分析中常用的技術(shù),用于檢測和識別數(shù)據(jù)中的峰值或極值點。根據(jù)實驗數(shù)據(jù)特性分析,本文峰值點的定義為大于前后兩個點的數(shù)值,并且大于設(shè)定的閾值。在滿足這些條件的情況下,將該點視為峰值點,并記錄下其位置和數(shù)值。同時,后面算法還考慮了峰值點之間的最小距離限制,確保相鄰峰值點之間的距離大于一個數(shù)值,從而避免重復(fù)計算。

峰值因子(CrestFactor)I_p是信號峰值和有效值RMS的比值,具體公式如下:

式中:X_p為信號的最高峰值;X_rms為有效值或均方根值。

峰值因子是一種重要的信號特征指標(biāo),其作用如下:

1)峰值因子可以進(jìn)一步體現(xiàn)信號的峰值與均方根之間的關(guān)系,反映信號的峰值特性,同時可以評估信號的峰值部分相對于整體的幅度大小,從而更容易了解信號特征。

2)峰值因子可以判斷信號質(zhì)量,被廣泛應(yīng)用于音頻處理、通信系統(tǒng)和振動分析等領(lǐng)域,當(dāng)發(fā)生振動引發(fā)沖擊信號時,峰值因子會明顯增大,反之信號平穩(wěn)時,峰值因子數(shù)值會很低。

3)峰值因子可以用于峰值檢測和異常檢測,通過對比峰值因子數(shù)值的前后變化,可以快速發(fā)現(xiàn)采集信號中的異常峰值,便于對信號進(jìn)行有效分析和處理。

綜上所述,峰值因子是一種重要的特征指標(biāo),在信號處理和監(jiān)測中發(fā)揮重要作用。在本實驗中使用峰值因子,可以較準(zhǔn)確地判斷出刮刀與故障點是否存在碰撞,從而觸發(fā)故障點路程計算算法。

2.2.2峭度指標(biāo)

峭度(Kurtosis)計算公式如下:

式中:Xi為對應(yīng)的數(shù)據(jù)點;X為數(shù)據(jù)的均值;N為數(shù)據(jù)點的總數(shù)(采樣數(shù)量)。

峭度指標(biāo)作用如下:

1)用來衡量采集數(shù)據(jù)的分布尖峭程度,方便更好地了解數(shù)據(jù)分布的特征,通過峭度數(shù)值可以判斷數(shù)據(jù)分布的尾部厚度和尖峭程度,從而對數(shù)據(jù)特征有更深入的了解。

2)峭度還便于進(jìn)行數(shù)據(jù)分布的比較,采集到的多組數(shù)據(jù)可以用峭度值來比較它們的形狀特征,從而分析不同組數(shù)據(jù)的特性。

一般情況下,單位時間內(nèi)發(fā)生的沖擊次數(shù)越多,峭度指標(biāo)可能會越大。峭度指標(biāo)通常用于衡量數(shù)據(jù)分布的尖銳程度和偏斜程度,而沖擊事件的發(fā)生會導(dǎo)致數(shù)據(jù)分布更為尖銳和偏斜,因此在許多情況下,單位時間內(nèi)發(fā)生的沖擊次數(shù)增多可能會導(dǎo)致峭度指標(biāo)增大。然而,具體情況仍取決于數(shù)據(jù)的特性和分布情況。

2.2.3數(shù)據(jù)分析

選取多組故障數(shù)據(jù)進(jìn)行分析,分別取無故障的數(shù)據(jù)和存在沖擊的數(shù)據(jù)如圖7所示,對其均值、峰值因子和峭度值進(jìn)行計算。

通過Matlab軟件,計算得出四組數(shù)據(jù)的均方根值、峰值因子和峭度數(shù)值,如表1所示。

根據(jù)數(shù)據(jù)分析,當(dāng)發(fā)生碰撞時,均方根值、峰值因子和峭度指標(biāo)均會增大,其中峭度指標(biāo)增加最快。綜合信號圖和表格數(shù)據(jù)分析,可以得出存在沖擊振動時,峭度作為一種重要的統(tǒng)計量,能更全面地揭示數(shù)據(jù)分布的形狀特征,檢測數(shù)據(jù)的偏態(tài),并進(jìn)行數(shù)據(jù)分布的分析和比較。相較于峰值因子,峭度值對故障的反應(yīng)更為敏感。在本文中,通過比較正常工況下和發(fā)生故障時采集到的數(shù)據(jù)的峭度值,來發(fā)現(xiàn)潛在故障。此外,峭度值還可用于判斷信號中包含的故障信號成分的程度。

3 結(jié)論

1)當(dāng)帶式輸送機(jī)膠帶表面存在凸起、翻邊等故障點時,安裝于膠帶的清掃器與故障點碰撞會產(chǎn)生沖擊振動信號。通過分析該振動信號,可有效識別膠帶表面缺陷,從而避免清掃器反復(fù)碾壓和刮碰該缺陷點,引起缺陷進(jìn)一步擴(kuò)展。

2)通過對實驗數(shù)據(jù)進(jìn)行峰值因子和峭度指標(biāo)分析,可知峭度指標(biāo)對刮刀振動變化更為敏感。膠帶出現(xiàn)故障后的峭度值遠(yuǎn)大于無故障時的峭度值。因此,在基于刮刀振動信號識別膠帶表面缺陷時選擇峭度指標(biāo)作為主要依據(jù)是合理的。

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2024年第20期第15期