一种皮带采样头故障监测装置和故障预警的诊断方法与流程

本发明涉及一种皮带采样头故障监测装置和故障预警的诊断方法，属于电设备故障监测技术领域。

背景技术：

煤炭是大宗散装不均一性商品，煤炭商品以质计价，想要准确鉴别煤炭产品质量，就需要对煤炭产品进行采样、制样与化验。在煤炭分析过程中的采样、制样与化验三个环节中，采样是最重要的一环，从一批物料中取一部分进行试验，用获得的试验结果代表整批物料的质量，这个过程就称为采样。

传统的人工采样受采样工具、主观因素等影响，得出的试验结果偏差较大。人工采样带来的误差，占煤质分析误差的80％左右，在这样的背景下，采样机应运而生，并得到广泛应用。

采样机又叫取样机，是为了从一批物料中获得一个试验结果所采用的一种装置，采样机相较于传统手工采样偏差小、代表性强，不仅减轻了劳动强度，降低了成本，还提高了产品质量检验的准确性。

皮带采样机作为煤炭采样机中应用最为广泛的自动取样装置，其主要由皮带采样头、给料皮带机、密封式环锤破碎机、缩分器、自动分样机、弃料返回系统和控制系统组成。皮带采样机按设定的时间从皮带上做全断面刮扫，采取的子样通过溜槽进入初级送料皮带机除铁，同时把样品均匀送入破碎机粉碎，子样通过次级皮带缩分器分成留样和弃料，留样被自动收集在储料罐中，弃料被斗式提升机返回到皮带。

皮带采样头作为皮带采样机重要的部件之一，当采样机采样时，采样头按照固定的时间间隔旋转一周，将煤样刮扫至下侧接样溜槽，完成采样。采样头的工作性能和可靠性直接关系到整个采样装置的性能和可靠性，但由于采样头的工作环境较差，煤流中常常夹杂着一些塑料、木屑甚至金属碎屑等杂质，易造成采样头故障，如由于煤流载荷过大，煤质较粘，造成采样头陷在煤流中卡死，引起设备故障；采样头主轴使用过程中断裂；联轴器损坏，造成采样头无法运行，给生产和安全带来了重大影响。

技术实现要素：

针对上述现有技术存在的问题，本发明提供一种皮带采样头故障监测装置和故障预警的诊断方法，该装置能够实时监测采样头的运行状态，有效消除采样头卡死、主轴断裂、联轴器损坏，确保采样机的运行可靠性和稳定性；该方法能够对皮带采样头运行时的数据进行记录、分析和计算，及时发现采样头在实际的输送机载荷运行中，是否超过设定的预警阈值，当任何一个指标超出预警阈值时，监控管理模块则发出采样头故障预警信息，预警信息传送至上一级的设备，提醒相关人员作出相应响应。

为了实现上述目的，本发明提供一种皮带采样头故障监测装置，包括采样头检测模块、主轴检测模块、减速机检测模块、电机检测模块、载荷检测模块和监控管理模块，所述的监控管理模块分别与采样头检测模块、主轴检测模块、减速机检测模块、电机检测模块和载荷检测模块连接；

所述的采样头检测模块用于实时采集采样头旋转的位置数据，并将采集到的位置数据信号实时发送至监控管理模块；

所述的主轴检测模块用于实时采集采样头主轴的振动数据，并将采集到的振动数据信号实时发送至监控管理模块；

所述的减速机检测模块用于实时采集采样头减速机的振动数据，并将采集到的振动数据信号实时发送至监控管理模块；

所述的电机检测模块用于实时采集采样头电机的电流数据，并将采集到的电流数据信号实时传送至监控管理模块；

所述的载荷检测模块用于实时采集皮带输送机的载荷数据，并将采集到的载荷数据信号实时传送至监控管理模块；

所述的监控管理模块用于接收采样头旋转的位置数据信号、采样头主轴的振动数据信号、采样头减速机的振动数据信号、采样头电机的电流数据信号和皮带输送机的载荷数据信号，并对接收到的数据信号进行分析，实时监控采样头的运行状态，及时对采样头的故障信息进行预警，并将预警信息发送至上一级设备。

进一步地，所述采样头检测模块采用角度传感器，利用高性能智能集成磁敏感元件，将机械转动或角位移转化为电信号输出；所述主轴检测模块和减速机检测模块采用单轴加速度传感器，其频响范围为0.1～2000hz，量程范围为0～±100g；所述电机检测模块采用穿孔式电流变送器，其量程范围为0～150a；所述的载荷检测模块采用单托辊秤架，内置称重传感器和重量变送器；所述监控管理模块采用内嵌触摸屏plc一体机，具有开关量输入和模拟量输入和lan接口，支持以太网、rs485/232总线和无线通信。

本发明通过将采样头位置检测模块、主轴检测模块、减速机检测模块、电机检测模块和载荷检测模块均分别与监控管理模块进行连接，监控管理模块对以上各模块发送的采样头旋转的位置数据信号、采样头主轴的振动数据信号、采样头减速机的振动数据信号、采样头电机的电流数据信号和皮带输送机的载荷数据信号进行接收和分析，实时监控采样头的运行状态，及时对采样头的故障信息进行预警，并将预警信息发送至上一级设备，对于采样头卡死、主轴断裂、联轴器损坏等故障能够及时发现并发出预警，确保了采样机的运行可靠性和稳定性，有效地保障了物料输送生产的安全性。

本发明还提供了一种皮带采样头故障预警的诊断方法，包括如下步骤：

s1.按输送机所输送的最大载荷将载荷区间分成s等份，即w1、w2…ws；

s2.皮带采样头装置安装调试完成后，第1次运行，记录此时输送机上的载荷重量wc，若wc数值落在wa载荷区间内，其中，wa表示s等份载荷区间中的某个载荷区间；记录下第一条记录wa(1)[q1，f1，t1，i1]，运行次数ja由初始值0增加1，即ja为1，其中q1为采样头第1次运行终止的位置角度，f1为采样头第1次运行期间主轴振动平均频率，t1为采样头第1次运行期间减速机振动平均频率，i1为采样头第1次运行期间电机平均电流；

s3.当皮带采样头第2次运行时，记录此时输送机上新的载荷重量wc；

若wc数值落在wa载荷区间内，则记录下第二条记录wa(2)[q2，f2，t2，i2]，运行次数ja为2，其中q2为采样头第2次运行终止的位置角度，f2为采样头第2次运行期间主轴振动平均频率，t2为采样头第2次运行期间减速机振动平均频率，i2为采样头第2次运行期间电机平均电流；

若wc数值没有落在wa称重区间内，而是落在wb称重区间内，其中，wb表示s等份载荷区间中的某个载荷区间，则记录第二条记录wb(1)[q1，f1，t1，i1]，称量次数jb由初始值0增加1，即jb为1，其中q1为采样头第2次运行终止的位置角度，f1为采样头第2次运行期间主轴振动平均频率，t1为采样头第2次运行期间减速机振动平均频率，i1为采样头第2次运行期间电机平均电流；

s4.当皮带采样头第m次运行时，记录此时输送机上新的载荷重量wc，若wc数值落在wd载荷区间内，wd属于w1、w2…ws的中的某个载荷区间，记录此时的qd,，fd，td，id，其中qd为采样头第m次运行终止的位置角度，fd为采样头第m次运行期间主轴振动平均频率，td为采样头第m次运行期间减速机振动平均频率，id为采样头第m次运行期间电机平均电流；

若wd的记录运行次数jd为0，则表示这是一条新的记录，则记录这条新的记录qd，fd，td，id，即wd(1)[q1，f1，t1，i1]，运行次数jd由初始值0增加1，即jd为1；

若wd的记录运行次数jd数量大于0并且小于k，k为系统可设定的数值，则记录下这条新的记录qd,，fd，td，id，即wd(i)[qi，fi，ti，ii]，i为新记录的序号，运行次数jd每次增加1；

若wd的记录运行次数jd数量大于k，则进一步计算wd中的q、f、t、i的平均值，即qk＝(q1+q2+…+qk)/k，fk＝(f1+f2+…+fk)/k，tk＝(t1+t2+…+tk)/k，ik＝(i1+i2+…+ik)/k，进一步计算，若(|qd-qk|)/qk<pq，则进一步计算，若(|fd-fk|)/fk<pf，则进一步计算，若(|td-tk|)/tk<pt，则进一步计算，若(|id-ik|)/ik<pi，则返回s4继续下一次运行，其中pq为采样头位置预警阈值，pf为采样头主轴振动预警阈值，pt为采样头减速机振动预警阈值，pi为采样头电机预警阈值，上述若有一个条件不满足，则发出采样头故障预警信息，预警信息采用无线或有线方式传送至上一级的设备，以便提示相关人员和部门采取检修措施；

s5.当采样头装置继续运行时，返回步骤s4；每当装置重新安装调试或人工复位后，返回步骤s1。

本故障预警的诊断方法通过对皮带采样头运行时的数据的记录、分析和计算，能够及时的发现采样头在实际的输送机载荷运行中，是否超过采样头位置预警阈值、采样头主轴振动预警阈值、采样头减速机振动预警阈值和采样头电机预警阈值，当任何一个指标超出预警阈值时，监控管理模块则发出采样头故障预警信息，预警信息采用无线或有线方式传送至上一级的设备，及时提醒相关人员作出相应的响应，为现场分析、故障判别、数据管理、趋势分析提供了依据，实现了实时进行数据分析，显示设备在线运行状态，提供趋势图、报警和启/停机数据，有利于维护人员对设备进行预测性维护、改善方案等，为管理人员对设备故障、寿命评估提供了帮助。

附图说明

图1是本发明的结构示意图。

图2是本发明的监测装置原理框图。

图中：1、采样头检测模块，2、主轴检测模块，3、减速机检测模块，4、电机检测模块，5、载荷检测模块，6、监控管理模块，7、采样头，8、皮带输送机。

具体实施方式

下面结合附图对本发明作进一步说明。

如图1和图2所示，一种皮带采样头故障监测装置，包括采样头检测模块1、主轴检测模块2、减速机检测模块3、电机检测模块4、载荷检测模块5和监控管理模块6，所述的监控管理模块6分别与采样头检测模块1、主轴检测模块2、减速机检测模块3、电机检测模块4和载荷检测模块5连接；

所述的采样头检测模块1用于实时采集采样头7旋转的位置数据，并将采集到的位置数据信号实时发送至监控管理模块6；

所述的主轴检测模块2用于实时采集采样头主轴的振动数据，并将采集到的振动数据信号实时发送至监控管理模块6；

所述的减速机检测模块3用于实时采集采样头减速机的振动数据，并将采集到的振动数据信号实时发送至监控管理模块6；

所述的电机检测模块4用于实时采集采样头电机的电流数据，并将采集到的电流数据信号实时传送至监控管理模块6；

所述的载荷检测模块5用于实时采集皮带输送机8的载荷数据，并将采集到的载荷数据信号实时传送至监控管理模块6；

所述的监控管理模块6用于接收采样头7旋转的位置数据信号、采样头主轴的振动数据信号、采样头减速机的振动数据信号、采样头电机的电流数据信号和皮带输送机8的载荷数据信号，并对接收到的数据信号进行分析，实时监控采样头7的运行状态，及时对采样头7的故障信息进行预警，并将预警信息发送至上一级设备。

进一步地，所述采样头检测模块1采用角度传感器，利用高性能智能集成磁敏感元件，将机械转动或角位移转化为电信号输出；所述主轴检测模块2和减速机检测模块3采用单轴加速度传感器，其频响范围为0.1～2000hz，量程范围为0～±100g；所述电机检测模块4采用穿孔式电流变送器，其量程范围为0～150a；所述的载荷检测模块5采用单托辊秤架，内置称重传感器和重量变送器；所述监控管理模块6采用内嵌触摸屏plc一体机，具有开关量输入和模拟量输入和lan接口，支持以太网、rs485/232总线和无线通信。

本发明还提供了一种皮带采样头故障预警的诊断方法，包括如下步骤：

s1.按皮带输送机8所输送的最大载荷将载荷区间分成s等份，即w1、w2…ws；

s2.皮带采样头装置安装调试完成后，第1次运行，记录此时皮带输送机8上的载荷重量wc，若wc数值落在wa载荷区间内，其中，wa表示s等份载荷区间中的某个载荷区间；记录下第一条记录wa(1)[q1，f1，t1，i1]，运行次数ja由初始值0增加1，即ja为1，其中q1为采样头第1次运行终止的位置角度，f1为采样头第1次运行期间主轴振动平均频率，t1为采样头第1次运行期间减速机振动平均频率，i1为采样头第1次运行期间电机平均电流；

s3.当皮带采样头第2次运行时，记录此时皮带输送机8上新的载荷重量wc；

若wc数值落在wa载荷区间内，则记录下第二条记录wa(2)[q2，f2，t2，i2]，运行次数ja为2，其中q2为采样头第2次运行终止的位置角度，f2为采样头第2次运行期间主轴振动平均频率，t2为采样头第2次运行期间减速机振动平均频率，i2为采样头第2次运行期间电机平均电流；

若wc数值没有落在wa称重区间内，而是落在wb称重区间内，其中，wb表示s等份载荷区间中的某个载荷区间，则记录第二条记录wb(1)[q1，f1，t1，i1]，称量次数jb由初始值0增加1，即jb为1，其中q1为采样头第2次运行终止的位置角度，f1为采样头第2次运行期间主轴振动平均频率，t1为采样头第2次运行期间减速机振动平均频率，i1为采样头第2次运行期间电机平均电流；

s4.当皮带采样头第m次运行时，记录此时皮带输送机8上新的载荷重量wc，若wc数值落在wd载荷区间内，wd属于w1、w2…ws的中的某个载荷区间，记录此时的qd,，fd，td，id，其中qd为采样头第m次运行终止的位置角度，fd为采样头第m次运行期间主轴振动平均频率，td为采样头第m次运行期间减速机振动平均频率，id为采样头第m次运行期间电机平均电流；

若wd的记录运行次数jd为0，则表示这是一条新的记录，则记录这条新的记录qd，fd，td，id，即wd(1)[q1，f1，t1，i1]，运行次数jd由初始值0增加1，即jd为1；

若wd的记录运行次数jd数量大于0并且小于k，k为系统可设定的数值，则记录下这条新的记录qd,，fd，td，id，即wd(i)[qi，fi，ti，ii]，i为新记录的序号，运行次数jd每次增加1；

若wd的记录运行次数jd数量大于k，则进一步计算wd中的q、f、t、i的平均值，即qk＝(q1+q2+…+qk)/k，fk＝(f1+f2+…+fk)/k，tk＝(t1+t2+…+tk)/k，ik＝(i1+i2+…+ik)/k，进一步计算，若(|qd-qk|)/qk<pq，则进一步计算，若(|fd-fk|)/fk<pf，则进一步计算，若(|td-tk|)/tk<pt，则进一步计算，若(|id-ik|)/ik<pi，则返回s4继续下一次运行，其中pq为采样头位置预警阈值，pf为采样头主轴振动预警阈值，pt为采样头减速机振动预警阈值，pi为采样头电机预警阈值，上述若有一个条件不满足，则发出采样头故障预警信息，预警信息采用无线或有线方式传送至上一级的设备，以便提示相关人员和部门采取检修措施；

s5.当采样头装置继续运行时，返回步骤s4；每当装置重新安装调试或人工复位后，返回步骤s1。

实施例：

s1.按输送机所输送的最大载荷1000kg/m将载荷区间分成10等份，即w1、w2…w10，其中w1为0～100kg/m，w2为101～200kg/m，以此类推，w10为901～1000kg/m；

s2.皮带采样头装置安装调试完成后，第1次运行，记录此时输送机上的载荷重量350kg/m，记录下第一条记录w4(1)[q1,f1,t1,i1]，运行次数j4由初始值0增加1，即j4为1，其中q1为采样头第1次运行终止的位置角度，f1为采样头第1次运行期间主轴振动平均频率，t1为采样头第1次运行期间减速机振动平均频率，i1为采样头第1次运行期间电机平均电流；

s3.当皮带采样头第2次运行时，记录此时新的载荷重量380kg/m；则记录下第二条记录w4(2)[q2,f2,t2,i2]，运行次数j4增加1，即j4为2，其中q2为采样头第2次运行终止的位置角度，f2为采样头第2次运行期间主轴振动平均频率，t2为采样头第2次运行期间减速机振动平均频率，i2为采样头第2次运行期间电机平均电流；

s4.当皮带采样头第100次运行时，记录此时新的载荷重量320kg/m、qd、fd、td、id，此时w4的记录运行次数j4数量大于50，50为系统设定的数值；则进一步计算w4中的q、f、t、i的平均值，即q50＝(q1+q2+…+q50)/50，f50＝(f1+f2+…+f50)/50，t50＝(t1+t2+…+t50)/50，i50＝(i1+i2+…+i50)/50，再进一步计算，若(|qd–q50|)/q50<pq，则进一步计算，若(|fd-f50|)/f50<pf，则进一步计算，若(|td-t50|)/t50<pt，则进一步计算，若(|id-i50|)/i50<pi，则返回s4继续下一次运行，其中pq为采样头位置预警阈值，pf为采样头主轴振动预警阈值，pt为采样头减速机振动预警阈值，pi为采样头电机预警阈值，上述若有一个条件不满足，则发出采样头故障预警信息，预警信息采用无线或有线方式传送至上一级的设备，以便提示相关人员和部门采取检修措施；

s5.当采样头装置继续运行时，返回步骤s4；每当装置重新安装调试或人工复位后，返回步骤s1。