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,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用的清掃技術(shù),部分已在現(xiàn)場得到推廣應(yīng)用。文獻[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頭部清掃中;文獻[2]設(shè)計了一套自動清掃裝置;文獻[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[4]設(shè)計了一種帶式輸送機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)碾壓該缺陷或修補凸起點,將進一步損壞膠帶。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,不會進一步損壞表面缺陷或修補凸起點,本文深入研究了膠帶表面修補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

在帶式輸送機運行時,膠帶表面修補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,其作用如下:

1)峰值因子可以進一步體現(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,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

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,峭度指標可能會越大。峭度指標通常用于衡量數(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均會增大,其中峭度指標增加最快。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,引起缺陷進一步擴展。

2)通過對實驗數(shù)據(jù)進行峰值因子和峭度指標分析,可知峭度指標對刮刀振動變化更為敏感。膠帶出現(xiàn)故障后的峭度值遠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作為主要依據(jù)是合理的。

[參考文獻]

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2024年第20期第15期