摘要
钻井泥浆泵是石油钻井生产中不可缺少的主要设备之一，泥浆泵的质量对钻井生产的速度、质量和成本都有很大影响，并且随着钻井工艺的发展，其影响会越来越大。泥浆泵的液力端都是采用标准单元结构，而动力端采用曲轴十字头结构。泥浆泵主要由泵壳、叶轮、前后端盖、曲轴、十字头等零部件组成。
在对泥浆泵状态监控及故障诊断、信号分析等理论研究的基础上，提出了一种振动监测的方法。监测诊断系统是指采用传感器固定安装，把信号通过现场布线引到指定的地点，采用硬件(主要是测量仪表)进行简易诊断，然后通过软件系统(主要采用便携式系统)进行精密诊断，精密诊断系统根据需要选择何时诊断以及采用在线诊断或离线诊断。这样既可以方便现场工作人员进行常规性的检查，又可以深层次的诊断设备故障的原因、部位以及严重程度，进行深入分析，作出判断。
本文通过对泥浆泵的一些主要零件进行强度校核、对泥浆泵机组进行振动监测试验与振动特征分析；并利用振动信号对泥浆泵模型进行信号监测和故障诊断分析，建立完整的泥浆泵振动监测系统。这样可以达到对设备运行状态“心中有数”，做到故障提前发现、及时维修、“防患于未然”。最大程度上提高了设备运行的可行性，提高钻机泥浆泵的效率，给企业带来极大的经济效益和社会效益。
关键词：泥浆泵；监测；故障分析；振动测试
Abstract
Drilling mud is one of the indispensable to the production of oil drilling main equipment, the quality of the drilling mud pump to the rate of production, quality and cost have great influence, and with the drilling process of development, its impact will grow. The mud pump hydraulic end are using standard unit structure，And the crankshaft crosshead with power structure. Mud mainly by the pump casing, impeller, front and rear cover, crankshaft, crosshead and other component parts.
In the mud pump condition monitoring and fault diagnosis, signal analysis based on the study of the theory, proposed a method of vibration monitoring. Monitoring and diagnosis system is the use of sensors fixed installation, Cited by routing the signal to the specified site location, the use of hardware (mainly measuring instruments) for simple diagnosis, then the software system (mainly portable system) for precision diagnosis, precision diagnosis system according to need to choose when to diagnosis and diagnosed online or offline the diagnosis. This can not only convenient field staff for regular check, but also deep-seated causes of diagnostic equipment, location and severity, depth analysis to make judgments.
This article through to the mud pump some of the key parts of the mud pump intensity, the vibration monitoring and analysis of characteristics of the vibration characteristics test; And the use of vibration signals of mud model signal monitoring and fault diagnosis, Establish a complete mud pump vibration monitoring system. This can be achieved for devices running "a pretty good idea". Do fault to find out, timely maintenance, "to nip in the bud". The biggest increases on the degree of the equipment operation feasibility, Improve the efficiency of mud pump rig, Bring great economic benefits to the enterprise and social benefits.
Keywords: Mud pump; Monitoring; Failure analysis; Vibration test
目录
第1章绪论 (1)
1.1 研究的目的和背景 (1)
1.2 泥浆泵国内外发展情况 (1)
1.3 泥浆泵监测系统的故障诊断现状 (2)
1.4 论文结构图 (3)
第2章钻机泥浆泵主要零件选择及强度的计算 (4)
2.1 机架 (4)
2.2 泵体 (4)
2.3 连杆十字头连接处销子强度的计算 (4)
2.4 V带传动的计算 (6)
2.5 轴承的选择 (8)
2.6 泥浆泵电动机的选择 (10)
第3章泥浆泵机组振动试验监测与振动特征分析 (13)
3.1 常见故障及改进措施 (13)
3.2 泥浆泵机组智能故障诊断系统 (13)
3.3 机组工况及振动信号测试方案 (15)
3.4 机身表面振动的振源初步分析 (16)
3.5 机组振动频谱分析 (16)
第4章泥浆泵振动监测系统设计 (23)
4.1 泥浆泵的工作原理 (23)
4.2 泥浆泵在线状态监测方案设计 (23)
4.3 系统模块与监测参数 (25)
4.4 泥浆泵状态监测图解 (26)
4.5传感器的安装和使用 (27)
4.6振动监测系统界面图 (28)
结论 (29)
参考文献 (30)
致谢 (32)
第1章绪论
1.1 研究的目的和背景
随着科学技术的迅猛发展，现代工业生产中的机械设备正朝着大型化、复杂化、高速化、自动化及大功率方向发展。由于设备中不同部分之间的相互联系、耦合程度更加紧密，一个部分出现故障，将引起整个生产流程中断，现代化的生产设备在提高生产效率的同时也大幅度的增加了设备的维修费用。设备振动监测技术是目前国内外一项发展迅速、备受欢迎的重要技术。它是安全经济运行的需要，设备的状态监测与故障诊断越来越得到重视。因而研究设备振动监测系统是很有意义的。钻机泥浆泵是钻探机械设备的重要组成部分，对其振动监测也极其重要。泥浆泵分单作用及双作用两种形式，单作用式在活塞往复运动的一个循环中仅完成一次吸排浆动作。而双作用式每往复一次完成两次吸排浆动作。由于泵轴与电机不同心、叶轮不平衡、轴承损坏等原因泥浆泵会发生振动，出现故障。机械设备在运行过程中的振动及其特征是反映系统状态及其变化规律的主要参数之一，因此针对钻机泥浆泵进行振动监测系统设计[1]。
结合钻机泥浆泵的结构特点和整体振动工况条件，进行泵体整体振动和噪音分析，对故障多发部位或部件进行专门研究，并对经典的故障类型进行详细的分析，最终设计建立泥浆泵模型的振动测试系统。
1.2 泥浆泵国内外发展情况
我国的泥浆泵是从上世纪60年代才开始由引进美国技术发展起来的，目前也是随着世界的先进技术的发展而发展。根据2008年统计，中国拥有钻机1000余台，占世界钻机的32%，其中中石油集团公司拥有702台。因此，中石油集团公司的钻机情况基本反映了国内钻机的现状。国内生产钻井泵的企业主要有：宝鸡石油机械有限公司、兰州兰石国民油井石油工程有限公司。
在中国石油集团公司拥有的702台钻机中，4000m以下的钻机占总量的80%。平均新度系数仅为0.4，其中48%的钻机新度系数小于0.3,有500台左右的钻机服役10年以上，待更新。在“十五”期间，中石油集团公司投人巨资更新钻机，随之配套的钻井泵相应也需要更新。在2000年统计，中国石油集团公司年累计完成井数为7165口，进尺为10908km，其中井深小于4000 m 的井数和进尺分别为7056口和10383km，所占比例分别为98.5%和95.2%。从以上分析数据可知，
在用钻机主要为4000m以下钻机。
国外泵业发展迅速，高科技的发展和应用起了致关重要的作用，如CAD/CAM技术的应用，推动了泵的设计多样化，生产朝多品种、小批量方向发展。制造技术的提高给泵业的发展注入了新的力量，由合成纤维、陶瓷及聚四氟乙烯等材料制成的低摩擦压缩填料和石棉填料相比，在多方面显出了优势，显示了新的生命力[2]。
1.3 泥浆泵监测系统的故障诊断现状
柱塞式泥浆泵是油田广泛使用的一种往复式机械，对维持油田正常生产具有重要作用。80 年代以来，我国广大科技工作者在旋转机械的状态监测和故障诊断方面做了大量工作，取得了许多成果。但在往复机械方面，则由于各种原因而相对落后。科技工作者经过大量实验，发现了柱塞式泥浆泵泵的几个重要故障特征频段，掌握了一些常见故障与这些特征频段的关系，并发现泥浆泵泵故障严重程度与频段内的能量大小有密切关系。在此基础上开发研制的故障诊断系统，基本上能比较准确地判断柱塞式泥浆泵泵的故障。该系统由专门研制的数据采集器、软件和笔记本式计算机组成，操作简单，便于现场使用。
泥浆泵是在钻探过程中，向钻孔输送泥浆或水等冲洗液的机械。泥浆泵泵一旦发生故障,常造成甚至高达数十万元的经济损失和严重的社会危害川。应用故障诊断技术,可以方便地判断出故障原因,随后采取解决措施。所谓采油设备故障诊断技术,是针对油田泥浆泵机组在其状态监测、故障诊断及维修决策管理等方面存在的诸多缺陷,研制开发出的集数据采集、信号处理、专家系统为一体的技术。
专家系统,是一种以知识为基础的、智能化的计算机软件系统,它将领域专家的知识、经验加以总结,形成规则,存人计算机建立知识库。采用合适的控制策略,按输人的原始数据进行推理、演绎,做出判断和决策,因此能起到领域专家的作用。近年来,专家系统在很多方面都有广泛的应用,尤其是在故障诊断方面,更是有了极大的发展。在国内,专家系统主要应用在诊断型的专家系统方面,而且主要在大型石化、石油企业中。其中专门针对油田关键设备—泥浆泵泵的专家系统的开发,也有一些发展和应用。但是,目前大部分专门针对泥浆泵的诊断系统,很多都处于实验室研究阶段,极少有直接应用于实际生产的。并且,即使是应用于现场油田的一些诊断系统,其操作人员必须具有一定的相关知识背景,而且还需长时间的培训,方能熟练操作。这些都给实际应用带来了极大的不便。本文所研究的泥浆泵振动监测系统,根据泥浆泵机组的特点,开发了专门针对泥浆泵的小型专用知识库,并利用正反向棍合推理机制,提高了诊断效率。根据采集到的各类数据,自动完成诊断过程,以图形或汉字显示出诊断结果。故障特征提取、诊断均自动完成并将诊断结果层次化,分级别显示。现场应用取得了良好的效果[3]。
1.4 论文结构图
论文整体结构图如图1-1所示：
图1-1论文整体结构
第2章 钻机泥浆泵主要零件选择及强度的计算 泥浆泵零件强度的计算是按皮带传动，电机功率 5.5Kw ，泵的额定压力cm 3500N P = ，流量m in cm 75q 3=，柱塞mm 80=D 来进行的[4]。
2.1 机架
机架是由8#槽钢、平垫板、撑管、加固筋等结构件焊接而成。
2.2 泵体
泵体可实现吸、排水泥浆功能。泵体由主轴、偏心套、连杆、滑套、十子头、活塞销等组成。
泵头由拉杆、柱塞、浆缸、阀座、阀盖、球阀、进浆室、排浆室、进浆胶管接头、空气室等组成。
行星轴和主轴均安有圆锥滚子轴承，既能承受向心力又能承受斜齿轮产生的轴向分力，有较高的抗弯强度。柱塞和拉杆都采用两道C 形滑环组合密封，能承受高压，高温度250C ?，低温-100C ?，耐磨，自润滑，适用于水、水泥浆、砂浆、矿物油、酸、碱等各类介质。柱塞通过一套冷却装置降低温升，只需要把胶皮水管一端接近直通管接头，冷却水即可进入冷却水管，冷却拉杆、柱塞。
泵的进口为mm 25φ，设置在进浆室的右侧、内孔为mm 50φ，有胶管一端接进浆胶管接头，另一端接水泥浆搅拌桶出口。搅拌机的出浆口必须高于或等于进浆胶管接头孔的高度，使浆涂顺利的被泵吸入[5]。
泵的出口为mm 30φ，纤维编织两层高压胶管制25mm ，接排浆室胶管接头。
2.3 连杆十字头连接处销子强度的计算
销的类型可根据工作要求选定，用于联结的销，其直径可根据联结的结构特点按经验确定，必要时再作强度较核。
定位销通常不受载荷或只受很小的载荷，数目不能少于两个。销在每一个被联结的件内的长度约为销直径的1-2倍，定位销的材料通常选35、45钢，并进行硬化处理，根据工作需要也可以选用30CrMnSiA 、1Cr13、2Cr13、H62和1Cr18Ni9Ti 等材料；弹性圆柱销多采用65Mn ，其槽口位置不应装在销子受压的一面，要在装配图上表示出槽口的方向。
设计安全销时，应考虑销剪断后要不易飞出和要易于更换。安全销的材料可选用35、45、50钢或T8A 、T10A 等，热处理后硬度为30-36HRC ；销套材料可
选45钢、35SiMn 、40Cr 等，热处理后的硬度为40-50HRC 。安全销的直径应按销的抗剪强度τb 进行计算，一般可取()b στ7.006b -=τb 。 （2-1） 根据本设计的实际情况，选择45钢d=16mm 的圆柱销。
材料：45号钢
236000cm s N =σ
2b cm 61000N =σ []cm 240005.1s N
==σσ (1)外加负荷 N =??∏==25.474942005.5422P D P π
(2)各支点反力A F ,B F
0=Z ∑
N =P =+25.4749B A F F
0=M ∑A
03618=-P B F
解得：
N =625.2374B F
N =625.2374A F
(3)各支点弯矩如图2.1
0=M =M B A
cm 3.427418?N ==M A C F
(4)按弯曲强度计算
从图2.1的弯矩图可知危险短面为C 处截面，截面C 处的抗弯摸量W
图2-1 弯矩图
333cm 41.06.11.0d 1.0=?==W
截面C 处的弯曲应力w
σ
2w cm 1042541.03.4274N ===W M C σ
安全系数n []3.21042524000n w ===σ
安全
（5）按剪切强度计算 由于此销为双剪切
故剪力N ==625.23742P Q 剪应力2211826.14625.2374N =?==πτF Q 安全系数[]9.611828150n ===ττ （2-2） 安全
式中：[]τ—许用剪应力 []2cm 5180N =τ；
（6）按挤压强度计算 挤压应力2cm 12374.26.125.4749N =?=P JY JY F σ 安全系数[]12.412375100n ===JY JY σσ （2-3） 安全
式中：[]JY σ—挤压剪应力 []2cm 5100N =JY σ。
综上所叙连杆小头销子直径为16mm 满足强度要求[6]。
2.4 V 带传动的计算
带传动是由固联于主动轴上的带轮、固联于从动轴上的带轮和紧套在两轮上的传动带组成的。当原动机驱动主动轮转动时，由于带和带轮间的摩擦（或啮合），便拖动从动轮一起转动，并传动一定动力。带传动具有结构简单、传动平稳、造价低廉以及缓冲吸振等特点，所以此次设计中选用了带传动。
在带传动中，常用的有平带传动，V 带传动，多楔带传动和同步带传动等。在一般机械中，应用最广的是带传动。V 带传动较其它带传动能产生更大的摩擦力。这是V 带传动的主要优点。因此，我选用了V 带传动。
(1)计算功率
kw 05.65.51.1i =?==P N
(2)胶带型号的选择
根据kw 05.6i =P 及m in r 1440n i =
(3)传动比为16.2i =；
(4)小带轮直径D 1的确定
查表得m m 123d 1d =
(5)大带轮直径D 2的计算
()()mm 74.26501.0110016.21id d 1d 2d =-??=-=ε （2-4） 其中，1d d ——小带轮直径()mm ；
i ——传动比；
ε——弹性滑动率。
查表得，大带轮直径2d d 为266mm 。
(6)带速V
()()s m n d V d 536.7100060144010014.31000601=???=?=π
速度在5～25s m 的范围内，合适
(7) 初定轴间距0a
()()2102127.0d d d d d d d d +≤≤+α
()()26612322661237.00+≤≤+α
7783.282≤≤o α
取mm a o 560=
(8)初算胶带基准长度L 0
()()021********απαd d d d d d d d L -+++=
12.973.610600++=
mm 85.1219=
选取基准长度mm L I 1250=
(9) 实际中心距a
()()mm L L P 398285.12191250300200=-+=-+=αα
(10)小带轮包角α1
()αα12160180d d d d -?-=
()
39812326660180-?-=
12052.143?= (11)单根胶带传递的功率0N
根据 m in 14401r n = mm d d 1001=
查得 kw 32.10=P
(12)单根胶带传递功率的增量0?P 根据 76.3255
96021===n n i 查得 kw
15.00=?P
(13)胶带根数
()L K K P +P P =
Z a 00i δ （2-5） =
6.05(1.320.15)0.910.91
+??=2.96 取Z=3
式中a K —包角系数L K =K 91.0a ；
L K —长度系数91.0=K L 。 (14)单根胶带的预紧力0F
2d 0mv zv 15.2500+P ???
? ??-K =αF =500（191
.05.2-） 6.0557.53?+0.1×27.53 =146.05N
(15)带轮的结构和尺寸
a.小带轮的结构尺寸确定
由所选电机的类型，Y132S-4型三向异步电动机。起轴伸直径d=38mm ，长度L=88mm ，故小带轮轴孔的直径应取0d =38mm ，毂长应小于88mm 。
由表14-18查得，小带轮应为实心轴。轮槽尺寸及轮宽应按表14-16计算，可得d b =11mm ，a h =3mm ，f h =11mm ，e=15mm ，m in f =10mm ，min ?=6mm 。
(1)2B z e f =-+=80mm 。取038?=。
b.大带轮的结构尺寸确定[7]
根据小带轮尺寸的选定，以及以上关于带轮传动的计算和减速器的结构尺寸，可得，d b =14mm ，a h =3mm ，f h =15mm ，e=19mm ，m in f =12mm ，min ?=7.5mm 。
(1)2B z e f =-+=120mm
。取38?=
2.5 轴承的选择
滚动轴承是现代机器中广泛应用的部件之一，它是依靠主要元件间的滚动接触来支承转动零件的。与滑动轴承相比，滚动轴承具有摩擦阻力小，功率消耗小，启动容易等特点。因此，此次设计的轴承主要选择滚动轴承。
A 即主轴左端处轴承为：33210 其主要性能参数：
N =27800C N
=175000C mi n r 7500n lim = 主要特性：额定动载荷比为1.6-3.5，可以同时承受径向载荷及轴向载荷。外圈可分离，安装时可调整轴承的游隙，承载能力大，一般成对使用。
B 处即主轴右端处轴承为32005，与A 处的轴承是配对使用的。 其主要性能参数与处的轴承是一样的。
N =21010C N
=139000C mi n r 8500n lim = C 处即为连杆与偏心装置处的轴承为：单列深沟球轴承61912，
其主要性能：主要承受径向载荷，也可同时承受小的轴向载荷；当量摩擦系数较小，轴向位移限制在轴向游隙范围内；极限转速高；结构简单，尺寸小；润滑简单；密封性好，防尘性好。
N =47200C N
=426000C mi n r 8500n lim = 行星轴上的轴承选择：角接触球轴承，左右两边各一个，配对使用，并且型号都为6301[8]。
由前面轴的受力分析可以看出，轴承只受径向力，而无轴向力。轴承所承受的径向力分别为： ()()N =+=Y +X =8.57284.54192.185721212222
r A
A A F ()()N =+=Y +X =8.332632536972
121222
2
r B B B F N =Y =E E 25.4749r F
2.5.1 轴承寿命计算
（1）当量动载荷P
P f =P A N =?=A 6.687480.57282.1r F
P f =P B N =?=B 2.399280.33262.1f F
P f =P E N =?=E 1.569925.47492.1r F
式中：P f —载荷系数=1.2。
（2）轴承寿命L h [9] A 处轴承: ()n 31016670h PA ?=A C L
=16670×（27800/ 6874.6）10/3/255=6887.35h B 处轴承: ()n 31016670h ?=B C L
=16670×（20100/3992.2）10/3/255=8343h C 处轴承: ()n 31016670h PE ?=E C L
=16670×（27800/ 5699.1）10/3/255=37136.7h
2.5.2 静载荷的计算 （1）O OA S C =17500/1.2=14583N
O OB S C =13900/1.2=11593N O OE S C =42600/1.2=35500N
式中：S 0—静载荷安全系数。
取S 0=1.2
（2）验算当量静载荷P 0
O OA X =P F A γ+O Y F αA （2-6）
=0.6×5728.8+0
=3437.2N ＜F γA
A OA =P γF
AB O B O OB Y +X =P F F γ （2-7）
=0.6×3326.8+0=1996.1N ＜F ΓB
取B OB =P γF
E O E O OE Y +X =P γγ
F F （2-8）
=0.6×5699.1=3419.5＜F Γe
式中:
X 0－静载荷系数(径向) X 0=0.6；
Y 0－静载荷系数(轴向) Y 0=0.5；
O OA OA ??P S C
O OB OB ??P S C
O OE OE ??P S C
故满足要求[11]。
2.6 泥浆泵电动机的选择
泵的原动机类型应根据动力来源、工厂或装置能量平衡、环境条件、调节控制要求以及经济效益而定。
现今电动机主要有鼠笼式和线绕式两种，三向交流鼠笼型异步电动机是石化装置用泵的主要原动机，它具有结构简单、维护方便、价格较低、体积紧凑、启动及运行均较方便可靠的优点。但是它不能经济、方便地实现范围较广的平滑调速、运行中必须从电网吸收滞后的无功电流而使电网功率因素变低，一般不适于大型泵及调速泵，而多用于中、小型泵。
相比之下，三相交流绕线型电机和三相交流同步电机，则可用于对启动、调速、改善电网功率因数、大功率、高效率、转速恒定等有特殊要求的场合，但用于驱动泵的不多。
直流电机虽有调速性好、启动转矩大等优点，但需直流电源，造价高，维修较复杂，一般也不常用于生产装置中。
当需要改变工厂的蒸汽平衡，对装置中大型泵或需调速等特殊要求的泵，可以用气轮机作泵的原动机。
随着石化装置技术水平及经济性的提高，采用反转离心泵或液力透平作为泵的辅助或主要原动机，以回收压力液流的可用能量；采用调速或多速电机，或采用电磁的、液力的、机械的耦合器以达到泵调速的目的等技术，近年来已应用于石化装置。
此外，在特定的情况下，也有用蒸汽机、内燃机、燃汽机等作为泵的原动机的。
然而，电机的选择还要根据某些参数才能确定最终的电机型号计算过程如下：
由已知参数可知m in 75=Q ，pa 5.3M =P
而根据公式F=AP
可得，F=N =???4846021.014.3105.326
其中 F ——主轴所受的轴向力；
A ——运动活塞的截面积；
P ——作用在轴上的最大压力。
由以上便可得主轴的转矩T ：
T=Fr=4846×51×310-=247.146N.m 根据公式， P=
20M P π? （2-9） 可得
P=
247.146203.1435
?? =443.453cm /r 其中 p ——为排量； M ——为转矩；
P ——为最大压力。
又由Q=1000pr ，可得轴的转速r=1000Q p ? （2-10） r= 751000443.45
?=170r/min ； 其中 Q ——为流量（L/min ）；
P ——为排量（r cm 3）。
最终根据以上所求的参数，可根据公式T=9550
p n 求得轴的输出功率 P= 9550Tn = 247.1461709550
?=4.39Kw ； 取每级齿轮的传动效率为0.97，带的传动效率为0.92。可算得电机的输出
功率为P=
4.39
20.92
0.97
=5.08Kw。
一般的，Y系列是供一般用途的全封闭自扇冷鼠笼型三相异步电动机，具有效率高、性能好、噪音低、振动小、体积小、重量轻、运行可靠、维护方便等优点。而Y系列电动机主要拥有启动转矩高、启动电流小等优点。
根据以上的叙述和有关计算，决定选择Y132S-4型三向异步电动机，其功率为5.5Kw，转速为1440r/min，重量为95Kg。即Y132S-4，5.5Kw、1440r/p。
此系列的电动机的主要特点：启动转矩高、启动电流小，效率较高，损耗少，运行可靠，运行温度低；于其结构型式为封闭式，因此可以在尘土飞扬、水土飞溅的环境中使用，在比较潮湿及有轻微腐蚀性气体的环境中也能有较长的使用寿命[12]。
第3章泥浆泵机组振动试验监测与振动特征分析
泥浆泵机组振动试验监测与振动特征分析主要是为异常工况下振动信号提供分析参考，建立数据库。
3.1 常见故障及改进措施
1.常见故障一
由于十字头在滑道内不断地来回运动，容易出现将滑道拉伤等情况，严重时会造成泵壳报废。由于这种型号的泵采用的是泵壳缸套的一体化设计，所以其维修即等于对整台泵进行大修。改进措施：十字头上方安装温度感应器，及时测量各缸十字头与滑道温度，避免拉缸。
2. 常见故障二
曲轴箱内部故障主要有：机油粘度达不到要求；机油内存在杂质；机油内进水乳化等以及曲轴与轴瓦间隙过大或过小；曲轴轴向轴承间隙过大或过小；连杆变形等。由于长时间的运转，泥浆泵各运动副间隙增大，十字头和十字头铜套会加剧磨损，间隙增大导致泵振动加剧，机油温度升高，泵运行噪音也明显加剧，曲轴箱机油温度可升高到65℃左右，严重时造成事故发生。改进措施：在曲轴箱内安装电子温度感应器，测量各缸轴瓦温度，一旦超温及时报警，避免造成烧瓦事故发生。
3. 常见故障三
在设备运转过程中，由于密封垫、盘根等损坏造成漏水，水沿柱塞移动而进入曲轴箱内，造成机油乳化变质，各润滑部位润滑失效，发热。改进措施：在曲轴箱内装一仪器，用于测量机油粘度或者测量润滑油的酸值（pH 值），当箱体内进水后，机油乳化时，pH 值减小。
4. 改进的实际意义
采用现代传感技术完善泥浆泵的故障诊断方法，具有很重要的现实意义，既能保证设备的安全运行，避免造成严重的事故，确保工人的人身安全；同时从经济效益来看，可以大大节省各种维修费用等[14][15]。
3.2 泥浆泵机组智能故障诊断系统
1. 硬件系统
硬件由传感器、诊断仪主机、便携式计算机及连接电缆组成。温度和压力传感器用于微温差法测泵效时采集泵的进出口温度和压力; 振动传感器用于单通道采集泵轴承、电动机轴承、泵叶轮的振动信号及双通道采集泵和电动机的轴心轨迹; 振动和转速传感器同时使用, 可校正转子的动平衡。采集数据时, 传感器
采集的压力、温度、振动、转速信号通过电缆传给诊断仪主机, 再经过主机内的A/D转换器转换后存入缓存, 随后经通讯接口传入计算机存入硬盘。2. 软件系统软件系统主要由数据采集软件和故障诊断软件两部分组成, 主要功能有以下几点。(1) 数据采集数据采集软件能够采集注水泵轴承、电动机轴承、泵的每一级叶轮及基础的振动信号、泵和电动机的转速信号、泵的进出口压力信号和温度信号。每台泵机组有20个测点需采集振动信号, 1个测点采集转速信号, 2个测点采集温度信号, 2 个测点采集压力信号。(2) 信号分析与处理①时域分析。提取经过预处理的信号的时域特征向量, 包括最大值、最小值、平均值、峰值、绝对平均值、均方值和脉冲值等指标。能自动或手动显示时域波形。根据选择的起点和终点, 能够计算出被测对象的转速等数据。②频域分析。求取信号的功率谱、幅值谱、倒频谱和差谱等。可任意选定起点和终点进行分析; 显示有关频域指标,如极值、均值、倍频、边频、分频。还有以下功能: 频谱细化, 包括简易降频细化和精密滤波细化, 用以提高频域分析时横坐标的分辩率; 多文件频谱分析, 最多可同时取入20 个文件进行频谱分析; 数字滤波, 包括低通滤波、高通滤波、带通滤波和带阻滤波。(3) 特征提取特征提取是对读入的数据进行处理, 根据建立的故障模式提取故障特征, 形成有用的诊断数据。(4) 泵效诊断采用微温差法, 根据所测泵的进出口压力、温度等参数计算出泵效、扬程等参数。(5) 轴心轨迹用双通道振动法测得轴承座上X 、Y 向的振动信号, 计算出每一转轴心迹。(6) 智能诊断根据现场试验, 建立各个泵运行参数的诊断标准库。在此基础之上建立趋势分析及预测系统。最终达到通过振动、压力、温度、转速等信号的采集、分析处理, 诊断出故障类别、部位、严重程度及应该采取的维修保养措施。智能诊断知识库是本系统的核心部分。每次测试每台泵机组有25个数据采集点, 每个点要提取基频、倍频等指标约20个。因此, 检测一次有2500个以上的指标需要分析。如此多的数据, 人工处理需要耗费大量的时间和精力。而本系统开发的智能诊断知识库则有效地解决了这一难题。其原理是:知识库预先将泵的各种故障以一定的数据结构存储在库中。在诊断时根据库中的故障模型自动调入需要分析的数据, 对各种指标进行提取, 并将提取的特征值存储在知识库中。这样,知识库既是一种故障模型库, 也是一个数据库, 即知识库既包括注水泵的各种故障诊断模型,也包括每次对泵的处理结果的存储。根据文献并结合现场多次测试得到的概率分布数据, 确定了每一种故障类型的特征频率及其幅值的重要度系数。为了更全面地反映部件的运行状况, 还提取了边频的幅值、分频的幅值、脉冲值、平均幅值, 同样也分别给了一个重要度系数。该系数表明了各特征在该故障模型中的贡献大小。诊断时, 需要用重要度系数对最终的诊断结果进行加权修正[15][16][18]。
3.3 机组工况及振动信号测试方案
3.3.1 机组工况
转速:电动机1470r/min;柱塞泵曲轴370r/min。
功率:电动机额定功率为185 KW。
压力:进口注入压力<2MPa;出口额定压力为21MPa。
3.3.2 诊断分析
为了兼顾各油区设备的检测需要,根据油田各油区分散、设备多等特点,测试分析系统采用EZ-Tomas系统(如图3-1)。系统由振动传感器、数据采集器、EZ软件和计算机组成。它以微机为中心,以FFT(快速傅立叶变换)为手段,对实测振动信号进行分析与变换,即可得到泵组某一测点的振动频谱图,通过对频谱图分析,掌握泵组当前的运行状态,判断设备正常与否,用诊断结果来指导维修工作[20]。
图3-1 测试与分析系统组成框图
3.3.3 测点布置方案
要实现不解体诊断,振动信号只能在机壳表面拾取。泥浆泵组工作时,通过曲柄连杆机构将电动机的旋转运动转化为柱塞的往复运动,同时将电动机的机械能传给所输送的液体。所以在结构上,它既有旋转运动部件,又有往复运动部件,且其负载大,工况恶劣,因而动态响应极为复杂。在确定检测方案时,传感器的布局尽可能靠近待测部位,使测取信号的传递路径短而直接,尽量避免信号的减弱、畸变或传递受阻,使所测的信号能最大限度地反映检测部位的工况。基于上述原则,对于测点,电动机部分选在前、后端的垂直与水平方向;泵组动力端曲轴部分选在左、中、右的垂直与水平方向及右端轴向方向;十字头位置选在各连杆运动轴线的垂直方向; 液力端柱塞处选在各柱塞壳体外垂直方向；泵头测点为各缸的垂直与水平方向。为了了解周围环境振动的影响,在基座前、后还各选了一垂直方向的测点[18][21]。
3.4 机身表面振动的振源初步分析
3.4.1 振源初步分析
泥浆泵机组结构复杂部件及激励源多机身表面振动是由内部各种激振源共同作用的综合反映,其主要激励源有:液压缸内液体压力、激荡力;液阀组件运动的冲击力;柱塞运动横向撞击力;柱塞往复运动惯性力通过连杆、曲轴产生的周期性激励;曲轴旋转运动产生的激励;皮带传动引起的振动;电机的滚动轴承撞击引起的振动;电动机旋转惯性力;其他机构的激励等[23]。
在这些激励的共同作用下,机身表面振动很复杂,机身表面总的响应是多个激励响应之综合影响,如何从复杂的激励响应中分离出某些激励源是泥浆泵机组振动信号分析的难点。
3.5 机组振动频谱分析
图3-2为泥浆泵测点布置简图
图3-2 测点布置简图
汽轮机振动在线监测与故障诊断 系统介绍 1 概述 系统采用分布式结构，前端采用嵌入式结构，用于数据采集、预处理和临时存储；后端采用PC机＋数据库用于数据存储、监测、分析和诊断，并作为网络服务器供其他计算机通过网络访问。 图1－1为该系统的结构图。 图1－1 系统结构图 其中前端数据采集设备从TSI接入信号，并对信号做预处理，临时存储在设备内部的硬盘或其他存储设备上，然后通过网络将数据发送到网络服务器上；服务器接受数据并将其存储在数据库中，同时服务器将数据库中的信息通过动态网站的形式发布在电厂局域网上，电厂局域网用户可以通过浏览器直接访问网站，查看实时或历史数据，进行分析诊断。
2 数据采集系统 2.1 数据采集子系统 2.1.1 输入信号 （1）键相信号(脉冲电压信号) （2）涡流传感器输出信号(电压信号) （3）速度传感器输出信号(电压信号，可采用软件积分) （4）有功和无功信号(直流电压信号) （5）膨胀、差胀（补偿探头输出的直流电压） 2.1.2 存储的参数 （1）瞬态 日期、时间、转速、振动、间隙电压、膨胀、差胀 （2）稳态 日期、时间、转速、振动、间隙电压、膨胀、差胀、有功和无功 2.1.3 硬件采集 （1）采用组合式卡件，每个卡件可以输入6个振动信号，6个缓变量信号和一个键相信号。 （2）若干个卡件组合成一个采集器，每个采集器可以输入24个振动信号。 （3）键相信号的触发可以自由组合。即采集器的所有振动信号可以采用一个键相信号触发，也可以采用各自卡上的键相信号触发，或者某几个 卡件的振动信号采用其中的任何键相信号触发。 2.1.4 数据分析 （1）输入信号是电压信号，进行FFT变换后输出，并得到相位。 （2）对于不同的传感器信号，可以选择不积分、一次积分或两次积分。 （3）根据不同的传感器设定不同的灵敏度系数。
KP3500型全液压转盘式钻机是我国第一代全液压特大口径工程钻机，钻孔直径可达3.5m，深度120m。该机在国内首先采用四泵双马达组成恒功率回路驱动转盘，并采用液压缸代替卷扬机，起重量大(可达1.2 MN)，速度快，升降平稳，还可以在必要时进行加压钻进。该钻机1991年年底投入铜陵长江大桥使用，1992年通过建设部鉴定，此后又在广东虎门大桥、福建厦门海沧大桥、南京长江二桥、湖北荆沙长江大桥、浙江钱塘江三桥等国家重大工程中使用，因其效率高、工作平稳而受到施工单位一致好评，并荣获建设部科技进步二等奖和国家级新产品奖。因此，设计适用可靠的液压系统，对保证钻机的使用性能至关重要。 1液压系统设计的基本原则 利用国内外先进技术和成功经验，结合我国国情和钻机的具体使用要求。力求简单和适用，尽可能地利用最少的液压元件来实现钻机所具备的各种动作。这样，能够降低故障发生概率，提高能量利用率和钻机的可靠性，降低工人劳动强度。 2主油路系统 2.1调速方式和液压泵的选择 液压系统的调速方式有无级调速和有级调速两大类。无级调速具有调速范围大，能适应不同钻进工艺的要求，但是，变量控制回路和液压泵驱动机构较复杂。KP3500型全液压钻机采用4台A7V160LV1R恒功率变量泵和2台2QJM62-6.3B低速大扭矩液压马达组成恒功率调速系统，把有级变速和无级变速结合起来，拓宽了调速范围，而且在调速时不需要节流和溢流，能量利用比较合理，效率高而发热少。 由于钻机施工地层情况复杂，负载多变，要求钻机能随负载的变化自动调节转速和转矩，而恒功率变量系统能适应负载工况的要求，即随负载的增加，系统能够自动降低转速，增大转矩。并能最大限度地利用源动机的功率，达到最佳的钻进效果。A7V160LV1R恒功率变量泵的工作特点正在于它的排量能随负载压力的变化自动调节，以保证输入功率接近恒定值。若不计效率，则马达输出的功率N基本上等于泵输入的功率，亦为恒值，由马达的功率公式N＝Mn／974可知，N恒定时，M与n呈双曲线关系，即在恒功率变量泵的控制下，随着负载的变化，马达输出的转矩M与转速n之间按双曲线关系自动调节，可满足工况要求，其调速特性曲线如图1所示。
德国宝峨BG25C主要技术参数表 生产产地中国天津动力头扭矩 245KN·m (在32MPa时) 最大钻孔 直径 2m 钻桅高度22.8m 主卷扬机单绳 名义拉力 253KN 最大钻孔 深度 70m (5层钻杆) 整机重量76t 主卷扬机单绳 有效拉力 200KN 附注：⑴.可改装为地下连续墙液压抓斗，实现一机两用。 ⑵.配置适合的嵌岩钻头可钻单轴抗压强度超过100MPa的硬岩。 ⑶.非常适合咬合桩等需要使用长套管的基础施工。
SD-10型多功能钻机（生产产地：上海嘉定） 技术特点： 底盘：采用特制的专用可扩展底盘，履带伸缩自如，机动性强，并且提高了整机的稳定性。工作装置的关键部位采用行业首创的免润滑轴承结构。工作更加可靠，维护更加方便。行走主梁部分，采用单侧流线型平滑机架，泥土不易堆积，便于清理。
动力配置：采用美国Cummins(康明斯)B系列涡轮增压中冷发动机，具有优越的性能，可靠性好，耐用。高效的涡轮增压功能提升了发动机的性能和功率，适合在各种工况下作业。 电控部分：本机采用派芬自动控制公司自动及手动调平系统，具有立桅全自动找垂和手动找垂二种功能，LCD光柱显示及数字显示模式，通过按键或手柄调节，操作方便直观，立桅精度达到0.1度，调整时间控制在10s以内，精度高，速度快；有效地提高了钻机精度，并降低了作业强度。提高了整机故障的智能化自诊断能力，大大降低了保养及维护费用。可现场进行参数设定与系统标定，维护方便简单。 液压系统：整机采用全液压传动系统，关键部分的液压元器件均采用进口的HAVE(哈威)等名牌产品，保证了系统的稳定、可靠、耐用。动力头部分采用双马达，根据地基的地质条件可改变钻进的回转速度和输出扭矩，实现整机全功率负载适时控制，最大限度地降低系统能耗，减少系统发热。 结构部分：主体结构设计合理，采用三段式可折叠桅杆，可降低运输状态的高度。中段桅杆部分通过加强刚性好、稳定性强，有效地保证了机械的耐用性、牢固性和抗冲击性。为动力头提供一个平稳运行的基体。另外，其不需辅助吊车，仅靠自身平行四边形支撑系统即可完成竖立。 钻杆和钻头：根据施工地层的需要，本机具有摩阻式钻杆和自动机锁式伸缩式钻杆供选择，同时可配套短螺旋钻头、普通钻头、捞沙钻头等各种钻头。 另外，SD-10多功能钻机还可以作有循环液钻进施工，最大钻进深度可达100m，同时还可以进行潜孔锤施工，长螺旋施工，套管施工等各种施工工艺的施工。
信号检测综合训练 说明书 题目：振动信号检测系统设计 学院：电气工程与信息工程学院 班级：电子（2）班 姓名: 钱鹏鹏 学号：11260224 指导老师：缑新科 2014.12.07
摘要 机械在运动时，由于旋转体的不平衡、负载的不均匀、结构刚度的各向异性、间隙、润滑不良、支撑松动等因素，总是伴随着各种振动。机械振动在大多情况下是有害的，振动往往会降低机器性能，破坏其正常工作，缩短使用寿命，甚至导致事故。机械振动还伴随着同频率的噪声，恶化环境，危害健康。另一方面，振动也被利用来完成有用工作，如运输、夯实、清洗、粉碎、脱水等。这时必须正确选择振动参数，充分发挥振动机械的性能。在现代企业管理制度中，除了对各种机械设备提出低振动和低噪声要求外，还需随时对机器的运行状况进行监测、分析、诊断，对工作环境进行控制。为了提高机械结构的抗振性能，有必要进行机械机构振动分析和振动设计，这些都离不开振动测试。 本文在此基础上设计了一种专用的振动信号检测系统，具有功耗低、体积小、精度高等优点。 信号检测的内容要求： 通过MCS-51系列单片机设计振动信号检测系统。要求如下： 1 振动信号的特点，选择合适的传感器，并设计相应的检测电路； 2 将设计完成的检测电路，通过软件防真验证； 3 主要设计指标：可测最大加速度：-5m/s~+5m/s;可测最大速度：-0.16m/s~+0.16m/s；可测最大位移：-5mm~+5mm；通频带：0.05Hz~35Hz；转换精度：8bit；采样频率：128Hz 4 利用LCD显示振动信号，有必要的键盘控制。
总体设计方案介绍： 本系统由发射电路和接收电路组成。发射电路主要由加速度传感器构成。接收电路由单片机最小系统和外部串口以及显示部分模块三部分组成。。 硬件电路设计： （1）使用MMA8452加速度传感器和STC89C52单片机来实现。 一.设计目的:了解加速度传感器的工作机理，以及单片机的各种性能； 二.设计器材:电源、proteus7.7软件、89C52，MMA8452加速度传感器，导线若干。 三．设计方案介：该系统目的是便于对一些物理量进行监视、控制。本设计以加速度传感器显示出加速度信号即振动信号，再通过单片机将信号从串口接入电脑显示出来，即完成振动信号的检测功能。 （2）振动传感器的分类 1、相对式电动传感器 电动式传感器基于电磁感应原理，即当运动的导体在固定的磁场里切割磁力线时，导体两端就感生出电动势，因此利用这一原理而生产的传感器称为电动式传感器。 相对式电动传感器从机械接收原理来说，是一个位移传感器，由于在机电变换原理中应用的是电磁感应电律，其产生的电动势同被测振动速度成正比，所以它实际上是一个速度传感器。 2、电涡流式传感器 电涡流传感器是一种相对式非接触式传感器，它是通过传感器端部与被测物体之间的距离变化来测量物体的振动位移或幅值的。电涡流传感器具有频率范围宽（0～10 kHZ），线性工作范围大、灵敏度高以及非接触式测量等优点，主要应用于静位移的测量、振动位移的测量、旋转机械中监测转轴的振动测量。 3、电感式传感器 依据传感器的相对式机械接收原理，电感式传感器能把被测的机械振动参数的变化转换成为电参量信号的变化。因此，电感传感器有二种形式，一是可变间隙，二是可变导磁面积。 4、电容式传感器 电容式传感器一般分为两种类型。即可变间隙式和可变公共面积式。可变间隙式可以测量直线振动的位移。可变面积式可以测量扭转振动的角位移。 5、惯性式电动传感器 惯性式电动传感器由固定部分、可动部分以及支承弹簧部分所组成。为了使传感器工作在位移传感器状态，其可动部分的质量应该足够的大，而支承弹簧的刚度应该足够的小，也就是让传感器具有足够低的固有频率。根据电磁感应定律，感应电动势为：u=Blx&r 。式中B为磁通密度，l为线圈在磁场内的有效长度，r x&为线圈在磁场中的相对速度。 从传感器的结构上来说，惯性式电动传感器是一个位移传感器。然而由于其输出的电信号是由电磁感应产生，根据电磁感应电律，当线圈在磁场中作相对运动
钛能科技根据多年来的状态监测实践，针对电机故障研发出了一套电机振动在线监测系统解决方案，对全面推动我司电机状态监测工作深入开展发挥了重要作用。 1.引言 电机是现代工业生产中的重要电气设备，是现代工业生产的重要物质和技术基础，广泛应用于钢铁、石油、化工、电力、建材、机械制造、汽车、轻纺、交通运输、环保等各个行业。各种电机设备的技术水平和运行状况是影响一个工业企业各项经济技术指标的重要因素，电机故障会对企业生产运营造成严重影响。一般说来，电机故障约有60%-70%是通过振动和由振动辐射出的噪声反映出来的，因此现场应用中，振动监测技术是应用比较普遍的故障诊断方法。 电机振动主要由电枢不平衡、电磁力、轴承磨损、转轴弯曲和安装不良使电机与负载机械的轴心线不对中或倾斜等原因引起的。电机振动三个基本参数，分别是振幅、频率和相位。其中振幅可用位移、速度和加速度来表示。在测量过程中我们一般对高频故障（如滚动轴承、齿轮箱故障等）或高速设备进行测量时，应选加速度为参考量；在对低频故障（如不平衡、不对中等）或低速设备测量时，应选位移为参考量；而在进行振动的总体状态测量时，选速度为参考量。电机振动大小必须要满足国家的电机振动标准，否则会造成很严重的后果。 要做好电机振动的监测诊断，首先要对诊断对象做全面的了解以及必要的机理分析，比如:机器的结构和动态特性（齿轮与轴承规格、特征频率等），机器的相关机件连接情况（如动力源、基座等），机器的运行条件（如温度、压力、转速）及维修技术（如故障、维修、润滑、改造），异常振 动的形态和特性。 2.解决方案 2.1方案概述 钛能科技根据已有的技术规范，在对钢铁、石化、水泥客户广泛深入调研的基础之上，结合自身多年来的技术积累，精心开发了电机振动在线监测系统，受到了客户的肯定和好评。 钛能科技电机振动在线监测系统依托先进的物联网传感技术，通过测定电机设备特征参数（如振动加速度、速度、位移等），计算并存储设备的运行参数，自动生成日数据库、历史数据库及报警库。将特征参数值与设定值进行比较，来确定设备当前是处于正常、异常还是故障状态，设备一旦出现异常或者故障，及时报警通知运行管理人员。尽可能多的采集故障信息，从而获得设备的状态变化规律，预测设备的运行发展趋势，帮助用户查找产生故障的原因，识别、判断故障的严重程度，
旋转设备振动在线系统 技术方案 合肥优尔电子科技有限公司 2016. 8
一．现状分析 随着我国工业现代化进程的加快，对于连续生产的企业而言，大型旋转设备的稳定运行十分重要，一旦发生故障，都有可能导致整个生产线停机，造成极大的损失。这种损失可达每小时数十万元之巨，特别是生产过程智能控制系统的采用，对关键设备安全运行的依赖程度越来越高，因此，对这些设备进行在线监测就显得非常重要。 各种旋转设备运转过程中各零部件磨损并非相同，随其工作条件而异，但磨损的发展是有其规律的，如果能够对设备受到的这种磨损失效规律进行掌握，设备各零部件的相对运动趋势将反应出振动、温度、声音的连锁效应，使我们提前知晓设备各项功能发生改变的趋势与结果。国网铜陵发电有限公司拥有多种大、中、小型旋转设备，其较多旋转设备占据着生产中的核心地位。 二、系统架构 旋转设备振动在线监测系统，通过无线自组网和现场总线的方式，将从各传感单元采集的数据汇集到管理后台，通过计算机系统处理实现应用服务，计算机系统主要由数据前端设备、服务器机和管理端PC组成。 系统拓扑如下图所示： 三、振动采集终端 3.1振动传感器 在旋转设备两端轴座（具体部位可根据现场情况确定）设置两组三维（X、Y、Z方向）加速度振动传感器，测量振动位移矢量，监测主轴与轴瓦（轴座）之间的轴向、径向游离与波动情况。 振动传感器利用压电晶体的正压电效应，当压电晶体在一定方向的外力作用下，它的晶体面产生电压，采集电路检测出这个电压值后换算成受力大小F，由
公式a=F/m可以得出瞬间加速度大小a，对加速度二次积分得出瞬间位移量，从而得出被测对象振动频谱和振动位移。 主要技术参数： ●传感器类型：IEPE ●灵敏度：100mV/g? ●加速度量程：?0.1～100mm/s2 ●速度量程：0.1～250mm/s ●位移量程：1～3000μm ●频率范围：0.3～12000Hz（±10%) ●谐振点: 27kHz ●分辨率：?0.001g ●非线性：≤1% ●横向灵敏度：≤3% ●恒定电流：4mA ●输出阻抗：＜100Ω ●激励电压：DC24V ●温度范围：-40～+80℃ ●放电时间常数：≥1秒 3.2振动采集器 ?YT-400?振动采集器是合肥优尔电子科技自主研发的一款高性能IEPE类传感器信号采集终端，内置了传感器所需的恒流激励和信号调理电路，可以不需外部的信号调理器而直接采集IEPE传感器的输出信号。YT-400具有四路大量程、高采样率、低噪声的高性能同步信号采集通道。每个通道的量程为±10V，采样率高达128Ksps，并能保证实时传输到后台服务器进行显示与分析。通过高性能ADC和先进的DSP信号处理技术，使YT-400具备极低的采样噪声，在1Ksps 采样率下采样噪声峰峰值仅为0.00004V，满量程信号的信噪比高达50万。多通道、高采样率和低噪声和同步采样使YT-400能够满足科研与生产中高端信号监测的需要。? YT-400系列采用跨平台通用的动态链接库作为驱动函数接口，可工作在
钻机盘刹液压控制系统 盘式刹车具有刹车力矩容量大，制动效能稳定，耐衰退性能好，制动灵敏，操作省力，更换 维修方便结构紧凑，便于专业化、系列化生产等优点，国内外各工业部门均将其视作先进的 制动技术加以研究和发展。 工作原理：盘式刹车控制系统由液压元件和气控元件组成。 液压控制系统的工作原理：液压控制系统的动力，是用2套规格相同的液压泵分别作为主液
压泵2和备用液压泵2，主液压泵由电动机驱动，备用液压泵由气马达6带动。当停电或主液压泵出现故障时，按下按钮阀7，备用液压泵2就可代替主液压泵2短时间向系统供油，不影响钻井作业。 根据液压站提供的油压是松闸或是紧闸状态，盘式制动器又可分为常闭式和常开式两种。 图3为液压控制系统工作原理图，液压系统分为4个部分：一是油液供给系统，它主要由油箱、粗滤油器1、油泵2、精滤油器3,安全阀4以及单向阀5组成。二是正常刹车部分，它主要由两个减压刹车阀6和9，二位三通换向阀7和8组成。三是安全刹车系统，它主要由二位三通换向阀7、8、14、两位两通换向阀15、蓄能器10、延时阀11、单向阀12和减压阀13组成，四是气控系统，它由1个手动二位三通换向阀和1个气控二位三通换向气阀组 成。 液压控制系统的主油路可分为正常工作部分和安全刹车部分。正常工作时,液压油经吸油管由泵2打出,经精滤器3和单向阀5由油路b、c分别进人两个叠加式减压刹车阀6和9,再经换向阀7和8到刹车钳油缸通过刹把组件可以调节叠加式减压刹车阀,即调节刹车钳油缸内油压值的大小。当刹把处于零位时,叠加式减压刹车阀出口压力最大,此时绞车处于工作状态。当需要刹车时,司钻仅需下压刹把,使其出口压力降低,便可达到刹车的目的。司钻可凭手感
一种减速器振动监测系统的设计-机械制造论文 一种减速器振动监测系统的设计 王美思 （南京农业大学，江苏南京210031） 摘要：减速器振动对机械传动危害巨大，现采用高性能处理器STM32F103ZET6和数字加速度传感器ADXL345设计了一套减速器振动监测系统，用于对减速器振动量进行快速检测，并运用高斯滤波算法对检测数据进行滤波处理，提高测量精度。实时计算X、丫、Z三轴方向的加速度和瞬时速度并在LCD液晶上予以显示，给出减速器当前的振动信息。试验表明，该系统响应速度快，测量精度较高，有良好的应用效果。 关键词：减速器；振动；加速度；监测 0引言 减速器在机械传动中发挥着至关重要的作用。在实际使用过程中，减速器的振动直接影响着传动轴、发动机或电机等动力设备的安全运行，甚至可能产生严重后果[1],因而对减速器的振动量进行监测与故障分析对预防传动系统故障、降低故障损失有重要意义。振动信号作为检测分析对象，对其进行敏感而精确的检测是后续处理的重要前提。 本文采用加速度传感器和高性能处理器构建了一套减速器振动监测系统，通 过对传感器输出的加速度信号进行滤波处理，获得准确的加速度输出信号，计算 完成后经串口打印输出。 1方案设计 监测系统由加速度传感器、处理器、电源模块、LCD显示模块和串行接口电
路组成，系统采用数字式加速度传感器，安装在减速器主轴上，系统由电源模块给 处理器和加速度传感器供电，上电初始化完成后，处理器即以固定的扫描频率f周 期检测加速度传感器的输出，并通过滤波处理提高检测精度，实时计算减速器的X、丫、Z三相加速度和瞬时速度，通过串行接口电路予以输出，并在液晶模块上实时 显示。 2硬件 监测系统以ST公司CortexM3内核的32位STM32F103系列低功耗处理器为核 心，配以3.2英寸液晶LCD模块和一路串行接口电路。STM32F103ZET6 拥有 512kBFIash、64kBRAM、多路RS232串口和ADC转换功能等丰富的外设及接口资 源，外部采用8MHz晶振，可提供高达72MHz频率的时钟，满足系统实时性需求］ 2］。串行接口电路基于MAX3232串行芯片进行设计，可支持双工串行通信，具有 良好的经济实用性。 液晶模块采用基于ILI9320芯片的3.2英寸LCD模块，与处理器之间采用SPI 接口连接，通过01h和03h寄存器来控制GRAM的刷新方向，设置AM=1 ，ID=01， 输入地址更新方向为垂直方向。 加速度传感器采用ADLX345芯片的加速度传感器模块，ADXL345是ADI 公司推 出的采用MEMS技术具有SPI和IIC数字输出功能的三轴加速度传感器芯片］3］, 具有小巧轻薄、低功耗、量程可变和高分辨率等特点，可选量程为土± 4g、土 2g、8g、土160为重力加速度），可采用固定的4mg/LSB分辨率模式，可测量静态重力 加速度，也可测量运动或振动总的动态加速度，在手机等移动设备上应用广泛。 本系统中处理器采用IIC接口与ADXL345通信连接，进行数据读取。使用 时，CS弓1脚连接至VDDI/O，ALTADDRESS弓1脚接任- 一VDDI/O 或接地，SCL
振动监控系统 姓名：宋德兵学号：1206012009 班级：12机制卓越班 摘要：近年来，振动测试技术已取得了长足的发展。由于电子技术的迅速发展，电测方法在振动测试技术中已占主要地位。往日流行的机械式测振方法现只在一些非正式的或精确度要求不高的场合下加以应用。 关键词：传感器振型分析频谱分析和实时分析 一、传感器 传感器是把机械量转换为电量的器件，又称换能器。分为接触式与非接触式两大类。接触式传感器在使用时需与被测对象直接接触。目前，这种传感器的制作技术已比较完善，使用也很普遍。它的基本型式有磁电式、压电式、应变片式三种。 压电式加速度计是近年来得到迅速发展的测振传感器。在使用时，将整个加速度计固定在被测对象上，其中的质量块因随同被测对象运动而获得加速度。此加速度与质量块的质量之乘积即构成作用于加速度计内的压电晶体上的力。众所周知，压电晶体具有将机械量转换为电量或将电量转换为机械量的性质。当它受到外力作用时，即产生正比于此力的电信号（电压或电荷）。由此可知，压电式传感器是加速度传感器。 压电式传感器的结构型式很多，大体分为压缩型和剪切型两种。所谓压缩型是指晶体的振动沿厚度方向，而剪切型则垂直于厚度方向，需根据具体情况加以选择。晶体材料多用压电陶瓷锆钛酸铅（PZT），在不多的场合下也采用石英。压电石英的稳定性较好，但机械性能较差，价格也比较贵。压电式加速度计的突出优点是体积小，重量轻，这在某些场合下是极为重要的。它的频率范围可达10000Hz。 压电式加速度 传感 器电荷放大 器 线性 积分 双积分 均方模电压表 模拟电压输出
峰值电压表 采用压电式加速度传感器的测振系统 二.后续仪表 由传感器产生的信号都很微弱，需经二次仪表处理、放大；再经显示、记录 仪表加以显示或记录。磁电式传感器产生正比于振动速度的信号，需经微积分放 大电路处理，才能得到所需要的加速度和位移值。压电式加速度计所产生的信号 可以经过电压放大或电荷放大处理。在前一情况下，采用积分放大电路，以得到 所需要的速度和位移值。并且由于加速度计的输出阻抗很高，要求在加速度计和 放大器之间连接阻抗变换器进行匹配。采用电荷放大器可以减少导线电容对测试 的影响。商品电荷放大器有的带有显示表头，有的则要求配用其它的显示仪表， 例如数字式峰值电压表。 三.振型分析 所谓“振型”是指振动构件上各点的振幅分布。在构件固有频率下产生的振 型称为“主振型”。研究振型，对深入了解振动构件的动力学特征是很必要的。 几何形伏边界条件都很简单的构件如简支或固支的棒与薄板，它们的主振型可由 理论计算得到令人满意的结果。但是，对于几何形状、边界条件都很复杂的构件， 往往难以进行精确的理论计算。在此情况下，可以通过实测来获得振型。 目前通行的办法是，用激振器（与信号发生器及功率放大器配套）使构件振 动，然后用上面所述的振动测量方法测取构件各点的振幅。其不振动的点称为节 点，连接相邻节点即得节线。再将相邻振幅相等的点连接起来，即得各“等高线”， 这样即得到构件的振型。激光的出现促进了全息术的发展。激光全息术在振动测 试上的卓有成效的成果之一就是实测振型。例如，国外曾采用这种方法对一个音 质低劣的吉他进行振型测试，因而发现问题所在，经改进结构后提高了音质。但 是，采用激光全息术对实验条件要求很严所以限制了它的推广。现在，国外正在 大力研究适合于现场使用的激光全息技术。据报导，美国已有现场激光全息仪的 商品出售。 四.频谱分析和实时分析 实际构件的振动往往包括复杂的频率成分，而各不同频率成分对人员与设备 的影响往往也不相同频谱分析的目的在于分析振动的幅值或能量在各不同频率 成分下的分布。
全液压钻机液压系统的设计 郑州勘察机械厂 张红军 魏永辰 王慧基 马占才 顾荣森 KP3500型全液压转盘式钻机是我国第一代全液压特大口径工程钻机，钻孔直径可达3.5 m，深度120m。该机在国内首先采用四泵双马达组成恒功率回路驱动转盘，并采用液压缸代替卷扬机，起重量大(可达1.2 MN)，速度快，升降平稳，还可以在必要时进行加压钻进。该钻机1991年年底投入铜陵长江大桥使用，1992年通过建设部鉴定，此后又在广东虎门大桥、福建厦门海沧大桥、南京长江二桥、湖北荆沙长江大桥、浙江钱塘江三桥等国家重大工程中使用，因其效率高、工作平稳而受到施工单位一致好评，并荣获建设部科技进步二等奖和国家级新产品奖。因此，设计适用可*的液压系统，对保证钻机的使用性能至关重要。 1 液压系统设计的基本原则 利用国内外先进技术和成功经验，结合我国国情和钻机的具体使用要求。力求简单和适用，尽可能地利用最少的液压元件来实现钻机所具备的各种动作。这样，能够降低故障发生概率，提高能量利用率和钻机的可*性，降低工人劳动强度。 2 主油路系统 2.1 调速方式和液压泵的选择 液压系统的调速方式有无级调速和有级调速两大类。无级调速具有调速范围大，能适应不同钻进工艺的要求，但是，变量控制回路和液压泵驱动机构较复杂。KP3500型全液压钻机采用4台A7V160LV1R恒功率变量泵和2台2QJM62-6.3B低速大扭矩液压马达组成恒功率调速系统，把有级变速和无级变速结合起来，拓宽了调速范围，而且在调速时不需要节流和溢流，能量利用比较合理，效率高而发热少。 由于钻机施工地层情况复杂，负载多变，要求钻机能随负载的变化自动调节转速和转矩，而恒功率变量系统能适应负载工况的要求，即随负载的增加，系统能够自动降低转速，增大转矩。并能最大限度地利用源动机的功率，达到最佳的钻进效果。A7V160LV1R恒功率变量泵的工作特点正在于它的排量能随负载压力的变化自动调节，以保证输入功率接近恒定值。若不计效率，则马达输出的功率N基本上等于泵输入的功率，亦为恒值，由马达的功率公式N＝Mn ／974可知，N恒定时，M与n呈双曲线关系，即在恒功率变量泵的控制下，随着负载的变化，马达输出的转矩M与转速n之间按双曲线关系自动调节，可满足工况要求，其调速特性曲线如图1所示。 图1恒功率变量泵-定量马达回路调速特性曲线
SKF在线振动监测系统方案 一、方案组件一：IMx-W IMx-W智能监测单元是一个专门针对风力发电行业应用的IP65等级认证测量单元，适用于恶劣的工业环境并且符合CE要求。 IMx-W配有16个模拟信号输入，该动态信号可以通过设置用于多种传感器，例：加速度、速度和位移或者其他易采用的参数。除了模拟通道之外，可以使用2个数字通道来测量转速、触发或者数字状态来指示何时进行测量。 主要特点： ?16个测量模拟通道，每模块4通道。 ?2个通道数字输入，脉冲信号，速度及开关量等。 ?适用于任何类型的传感器，信号和测量配置。 ?每个通道能输出多个测量参数。 ?每个测点分别设置警告和报警状态。 ?可使用设备转速和/或负载控制警告和报警。报警信号，尤其是风力发电机故障类型，如不平衡，齿轮损坏等。 二、方案组件二Observer8.1分析软件 Observer8.1软件是一套专家向导的机器分析软件，能够实现智能化的机器状态诊断，对机器和过程的正确评估提供没有专家时的专家意见。成功的机器状态监测必须基于为数据管理和分析提供功能强大、用户友好的机器故障诊断软件。
三、方案组件三：加速度传感器 该系统使用高质量加速度传感器，壳体电子绝缘和内部屏蔽。 主轴、齿轮箱、发电机和结构的机械分析可以通过在机器安装加速度 传感器来完成。传感器径向方向的运动将会积压传感器中的压电晶 体，由于装填的质量块的惯性力，产生临时的电荷，通过传感器集成 电路转换为电压。这个信号分为DC分量和与加速度成正比的波动的 AC电压信号，IMx-W测量和分析这个信号。该方案主要应用了两种 加速度传感器：低频加速度传感器、标准加速度传感器。 四、安装方案 1、由于目前还没有实际机组相关的数据，所以该方案的安装方面的 设计主要参考了SKF公司提供的样例和一些学术论文的建议。具体 方案如表-1： 测点测试对象安装位置及测试方向传感器类型 1 主轴前轴承在轴承下边；径向低频加速度传感器 2 主轴前轴承在轴承下边；轴向低频加速度传感器 3 主轴后轴承在轴承下边；径向低频加速度传感器 4 齿轮箱行星级轴承在输入轴；径向低频加速度传感器 5 齿轮箱行星级轴承在行星齿轮的顶部；径向标准加速度传感器 6 2级齿轮行星输出中间轴之间；径向标准加速度传感器 7 2级齿轮中间轴和高速轴之间；径向标准加速度传感器 8 发电机前轴承轴承下侧；径向标准加速度传感器 9 发电机后轴承轴承下侧；径向标准加速度传感器 表-1：测点安装位置及传感器类型
车装钻机液压系统泄露的控制及维护 总装一分厂 李湛 2007年6月
的控制及维护 摘要： “漏油”几乎是所有车装钻机的通病，经常可以在车间及试验场看到车上车下油迹斑斑，成为一项久攻不下的顽疾。液压系统的泄漏严重影响着系统工作的安全性，造成油液浪费、污染周围环境、增加机器的停工时间、降低生产率、增加生产成本及对产品造成污损。因此，对液压系统的泄漏我们必须加以控制。 关键词： 液压系统（hydraulic system）泄漏（leak）管线（pipeline）冲击（impact）振动（vibration）磨损（abrasion） 控制（control）措施（measure）维护（maintenance） 设备（Equipment） 目录： 一、装钻机的液压系统 二、液压系统存在的泄漏现象 三、液压系统泄漏的原因 四、控制泄漏的措施 五、液压设备的维护
的控制及维护 一、车装钻机的液压系统 液压系统贯穿车装钻机的各个部分，是每一台设备的重要组成，它由： （1）动力装置——液压泵； （2）控制调节装置——溢流阀、截止阀、换向伐、单向伐等伐件； （3）执行装置——液压缸、液压马达、钻杆动力钳等； （4）辅助装置——油箱、滤油器、管道接头等。 四个部分组成，它的主要部件包括：动力源系统、控制阀件、液压支腿系统、液压绞车及崩扣缸系统、井架起升系统等。 二、液压系统存在的泄露现象 “漏油”几乎是所有车装钻机的通病，经常可以在车间及试验场看到车上车下油迹斑斑，成为一项久攻不下的顽疾。液压系统的泄漏严重影响着系统工作的安全性，造成油液浪费、污染周围环境、增加机器的停工时间、降低生产率、增加生产成本及对产品造成污损。因此，对液压系统的泄漏我们必须加以控制。 三、液压系统泄漏的原因 提起泄漏的原因，可能很多人首先想到的就是安装不到位，该拧紧的地方没有拧紧或是生料带没有缠够。这些可能是造成泄漏的原因，但仅此而已吗？单单是安装失误就如此难以解决吗？问题远远不
旋挖钻机的基本构造及工作原理 结合目前国内市场需求情况，由北京市三一重机有限公司独立研发生产的旋挖钻机于2003年3月1日成功下线，目前已经形成SR280、SR330、SR250、SR220C、SR200C、SR150及SR130C等系列化产品投入市场，稳居市场占有率第一位。 第一节概述 SR系列旋挖钻机是北京市三一重机有限公司独立研发的新一代地基基础施工机械产品，在设计和制造上吸取了国内外著名品牌产品的优点，主要性能达到国际同类产品水平。关键零部件均采用国际知名品牌的产品，确保了整机的高可靠性。SR系列旋挖钻机可广泛应用于城市高层建筑、铁路、公路、桥梁等桩基础工程的钻孔灌注桩成孔的施工，具有成桩速度快、施工效率高、环保节能等特点，在地基基础行业树立了新的民族品牌。 SR系列旋挖钻机的结构从功能上分，主要包括底盘和工作装置两大部分。从使用底盘的不同又可分为履带式和汽车底盘式两种规格，SR130、SR150、SR200C、SR220C、SR220R、SR250、SR280R、SR280C、SR350旋挖钻机等皆采用了液压伸缩履带式底盘，而SRC108采用了汽车底盘，使产品具有机动性强、远距离移位便捷的优势。 SR系列旋挖钻机的工作装置主要包括变幅机构、桅杆、主、辅卷扬、动力头、随动架、加压装置、钻杆、钻具等（详见“机械结构章”）。采用了平行四边形变幅机构、自行起落折叠式桅杆；自动控制监测主机功率、回转定位及安全保护；自动检测、调整钻杆的垂直度；钻孔深度预置和监测等新技术。彩色显示屏直观显示工作状态参数，整机操纵上采用先导控制、负荷传感，最大限度地提高了操作的方便性、灵敏性和安全舒适性，充分实现了人、机、液、电一体化。 SR系列旋挖钻机所配套的短螺旋钻头、普通钻斗、捞沙钻斗等钻具，可钻进粘土层、沙砾层、卵石层和中风化泥岩等不同地质。 第二节工作原理 旋挖钻机钻进成孔工艺旋挖成孔首先是通过钻机自有的行走功能和桅杆变幅机构使得钻具能正确的就位到桩位，利用桅杆导向下放钻杆将底部带有活门的桶式钻头置放到孔位，钻机动力头装置为钻杆提供扭矩、加压装置通过加压动力头的方式将加压力传递给钻杆钻头，钻头回转破碎岩土,并直接将其装入钻头内,然后再由钻机提升装置和伸缩式钻杆将钻头提出孔外卸土,这样循环往复,不断地取土、卸土,直至钻至设计深度。对粘结性好的岩土层,可采用干式或清水钻进工艺。而在松散易坍塌地层,则必须采用静态泥浆护壁钻进工艺。 旋挖钻机钻进工艺与正反循环钻进工艺的根本区别是,前者是利用钻头将破碎的岩土直接从孔内取出,而后者是依靠泥浆循环向孔外排除钻渣。
输电线路振动在线监测系统设计方案 目录 1．项目的必要性 (2) 2．主要内容 (3) 2．1 监测方式和内容 (3) 2．1．1监测方式 (3) 2．1．2监测内容 (3) 2．2 监测装置安装位置 (3) 2．2．1安装原则 (3) 2．2．2安装位置 (3) 3．技术方案 (3) 3．1 系统结构原理图 (3) 3．2 监测系统组成及运行环境 (5) 3．2．1监测装置 (5) 3．2．2系统软件 (5) 3．3 主要技术参数 (5) 3．4 监测系统特点 (7) 3．4．1监测装置特点 (7) 3．4．2 综合分析软件系统特点 (7) 3．5 监测系统通信、供电和运行方式 (8) 3．5．1 通信方式 (8) 3．5．2 供电方式 (8) 3．5．3 运行方式 (8) 4．项目意义 (8)
1．项目的必要性 架空线微风振动是一种气体的旋涡（卡门旋涡）在架空线背风侧交替脱落所产生的架空线振动现象，其特征频率高（3-120Hz），振幅一般不会超过导线直径，振动频率和风速、导线直径有关，由式：F=200V/d确定，其中V为垂直于架空线的风速，单位：米/秒， d为架空线导线直径，单位：米。 目前几乎所有的高压送电线路都受到微风振动的影响，尤其在线路大跨越上，因具有档距大、悬挂点高和水域开阔等特点，使风输给导地线的振动能量大大增加，导地线振动强度远较普通档距严重。一旦发生疲劳断股，将给电网安全运行带来严重危害，通常仅换线工程本身的直接损失可高达数百万元。现在世界上任何地区，几乎所有的高压架空送电线路都受到微风振动的影响和威胁，在我国微风振动危害线路的事例也很普遍。微风振动已经严重威胁着我国电网架空送电线路特别是大跨越的安全运行。 通过迅速准确地采集、传输、处理和管理线路大跨越振动的大量数据和信息，及时掌握导地线防振装置消振效果的变化，可以为输电线路大跨越的安全运行提供实时预警服务，避免现行预防性计划维修（计划修）制度维修不及时或过度维修的弱点，变预防性计划维修为状态维修，能够显著提高输电线路设备的运行可靠性并降低维修费用。 微风振动对架空线路造成的破坏是长期积累的，具有较强的隐蔽性，因此对其进行测量既能消除微风振动产生的隐患，又能为防振设计提供科学的依据。
在液压系统设计部分
在液压系统设计部分，基本上确定各零部件的液压使用原理及参数计算。这里分析计算了截割部、行走机构、装运机构、中间运输机等载荷分析。马达部分的确定：装载部的星轮机构马达、行走机构的驱动马达、中间运输机的驱动马达等。油缸部分的确定：升降油缸、回转油缸、伸缩油缸、履带行走机构的张紧油缸、铲板部的升举油缸的计算设计。 液压缸的结构设计部分，进行了伸缩油缸的机构设计计算，并绘制零件图。也进行了泵站的参数计算确定和液压系统的计算，评估液压系统性能。 最后进行掘进机的通过性分析与稳定性分析。 关键词：纵轴式掘进机；总体方案设计；液压系统设计 中图分类号：TH 1 引言 1.1 当前国内外掘进机研究水平的状况 近年来，随着我国煤炭行业的快速发展，与之唇齿相依的煤机行业也日益受到重视。在 煤炭行业纲领性文件《关于促进煤炭工业健康发展的若干意见》中，在全国煤炭工业科学技术大会上以及国家发改委出台的煤炭行业结构调整政策中，都涉及到发展大型煤炭井下综合采煤设备等内容。 掘进和回采是煤矿生产的重要生产环节，国家的方针是：采掘并重，掘进先行。煤矿巷 道的快速掘进是煤矿保证矿井高产稳产的关键技术措施。采掘技术及其装备水平直接关系到煤矿生产的能力和安全。高效机械化掘进与支护技术是保证矿井实现高产高效的必要条件，也是巷道掘进技术的发展方向。随着综采技术的发展，国内已出现了年产几百万吨级、甚至千万吨级超级工作面，使年消耗回采巷道数量大幅度增加，从而使巷道掘进成为了煤矿高效集约化生产的共性及关键性技术。 我国煤巷高效掘进方式中最主要的方式是悬臂式掘进机与单体锚杆钻机配套作业线，也 称为煤巷综合机械化掘进，在我国国有重点煤矿得到了广泛应用，主要掘进机械为悬臂式掘进机。 我国煤巷悬臂式掘进机的研制和应用始于20 世纪60 年代，以30～50kW 的小功率掘进
Equipment 装备技术 145 震动在线监测、诊断系统在立磨减速机 机组中的应用 尹建军 (湖南金磊南方水泥有限公司湖南郴州，423401) 中图分类号：TQ172.632.5 文献标识码：B 文章编号：1007-6344（2014）08-0145-02 摘要：设备故障诊断技术70年代初形成于英国，近几十年来由于其实用性以及为社会和企业带来的效益，它日益受到企业和政府主管部门的重视，而这项技术也使企业对设备的维修制度实现了从事故维修制度到以状态监测为基础的预防性制度的转变。立磨是水泥行业中最为关键的设备之一。立磨减速机一旦发生故障，除设备维修本身所需的长时间和昂贵的费用外，还直接导致停窑的恶劣后果，使企业蒙受巨大经济损失。 关键词：立磨 震动在线监测 故障诊断 1.概述 立磨是一种理想的大型粉磨设备，它集破碎、烘干、粉磨、于一体，生产效率高，被广泛应用于水泥，电力，冶金，化工，非金属矿等行业。国外现代新型干法水泥生产线建设中，立磨占有率超过90%以上。立磨在我国的应用始于上个世纪四十年代末，当时用于白水泥厂的生料磨粉。自七十年代末，国内在干法水泥厂开始发展窑外分解新型干法工艺时，才比较重视立磨粉磨生料的研究开发工作。 在水泥企业的日常生产过程中，立磨是生产中的大型重负荷设备，它的正常运行对企业连续生产起到重要的作用，但是立磨减速机在运行中出现的故障前兆是隐性的，平常巡检不能及时被发现，往往是出了故障才知道，这对生产存在着严重的威胁，我公司和其他成员企业立磨减速机曾经就出现过故障。 针对上面的问题，我公司引进郑州恩普特“eM3000立磨震动远程监测与运行管理系统”，这是专用于立磨机组而设计的在线监测与故障诊断系统，克服了传统控制系统不能有效保护设备安全生产和设备安全的缺陷。 2 .故障诊断技术在立磨中的应用 2.1系统整体结构 采用集中控制架构，充分利用传感器、ICS3000数据采集器、工业计算机、服务器等有关技术，对所有运行状态性能参数、立磨系统性能参数进行集中、实时监测和分析诊断，支持远程诊断、短信报警、移动网页浏览等功能。系统拓扑结构如图 1。 图1 系统拓扑结构图 2.2故障诊断在立磨中的应用 我公司于2013年初在郑州恩普特设备诊断工程有限公司的协助下，成功完成了对关键设备立磨的故障诊断分析系统。故障诊断系统可以实时采集现场的振动监测信息、电气监测信息、工艺量数据，全方位实现对立磨运行状态的监测，并建立立磨运行状态评估体系和与之相适应的数据指标体系，最终可以通过多种分析方法实现对立磨设备的健康评估。 工程技术人员在网络浏览器的地址栏中输入http://<服务器IP 地址>:8080/eM3000v4，如在本机测试可用http://localhost:8080/eM3000v4，就可进入故障诊断系统的主界面。 立磨主减速机是水泥厂最关键的设备之一，其主要参数为：功率：1800KW；转速：1000r/m ；减速比：34.72；减速机输入轴：滚动轴承。其测点的布置如图2 所示 图2 立磨减速机测点分布图 从故障诊断的角度来看，轴承或齿轮的的特征频率标注功能非常实用，如图3 所示： 图3. 特征频谱 上图中，黑色的标注是系统自动产生的，只要把轴承型号、齿轮齿数输入系统，系统会在对应通道的频谱上自动标注该轴承的特征频谱，包括轴承的保持架、内圈和外圈特征频率及其倍频以及齿轮的特征频率。当该通道报警的时候，用此图来判断是轴承或齿轮的哪个部位引起的，可以直接定位轴承和齿轮故障。 从监测层面看，系统的多趋势分析是非常有用的一个功能。该功能把多个通道的趋势放在一块显示，并提供扫描线的功能。 多趋势分析可以同时调出多个监测量进行分析，这样便能准确的判断出设备的运行状况及故障信息。 图4是2013年3月24日到2013年4月5日的一段设备运行状况。在该趋势图中显示了磨盘转速、电机前段振动、减速机输入端垂直方向振动、减速机输入端水平方向振动、电机A 相电源电流。由图中可以看出，在减速机的输入侧有几个较大的振动脉冲。分别是水平方向的值最大达到18.389；水平方向的值最大达到12.898。而在电机的对应测点中，这些冲击信号则没有体现。说明水泥立磨减速机的负荷是冲击性负荷。这些冲击性都体现在减速机的测点中。在其对应的时间点查看电流等其它参数，并没有较大的变化。由此判断该脉冲应该是瞬时的机械冲击造成的，设备在这个时间段内的运行状况良好。通过多通道不同时间段的
ＤＯＩ：１０．１６５２５／ｊ．ｃｎｋｉ．ｃｎ１４－１１３４／ｔｈ．２０１９．０２．０９０ 总第１９０期２０１９年第２期机械管理开发 ＭＥＣＨＡＮＩＣＡＬＭＡＮＡＧＥＭＥＮＴＡＮＤＤＥＶＥＬＯＰＭＥＮＴＴｏｔａｌ１９０Ｎｏ．２，２０１９ 引言 随着煤矿机电设备应用的比例逐年上升，机电 设备的作用在煤矿生产中占据无比重要的位置，一旦机电设备发生故障，不仅会给煤矿带来无可估量的经济损失，甚至会造成人员伤亡。因此如何提前监测到机电设备的故障，是迫切需要解决的问题。振动作为机电设备工作状态的重要指标之一，通过建立振动监测系统，利用传感器监测机电设备工作过程中的振动状态，可预知机电设备工作是否正常。利用煤矿机电设备振动监测系统分析和处理功能，通过对设备运行状态信息的监测，而获得设备振动信号的数据，帮助技术人员提前预判机电设备工作状态是否正常，避免由于振动造成机电设备故障给企业带来损失［１］。1系统整体设计 实现振动监测系统的功能可以将其分为：信号采集模块、通信模块、存储模块和显示模块等。其硬件组成主要包括微处理器模块，传感器模块，输入／输出模块，存储器模块和通信模块等。振动检测系统的硬件结构如图１所示。2传感器选型 本系统需要利用传感器对机电设备的振动信号进行监测，对于振动信号的测量主要用到三种传感器：位移传感器、速度传感器和加速度传感器。位移传感器主要是监测机电设备的振动位移，该类传感器多采用非接触式测量。例如：电涡流传感器、电容式振动传感器、应变式振动传感器和光线式振动传感器等。速度传感器的工作原理是磁电式，将线圈安装在弹簧上，并随着设备振动而振动，线圈切割磁感线运动，输出速度与电压成正比。加速度传感器是一种能够感受加速度，并将其转换为可用的输出信号的设备。常见的加速传感器有电容式，电感式，应变 式，压阻式，压电式等。压电式传感器是一种应用较 为广泛的加速度传感器，其属于惯性传感器。压电式传感器的主要部件为压电陶瓷或石英晶体。当压电传感器中的加速度计受到振动力时，质量块加在压电原件上的力也随之变化，利用压电陶瓷或石英晶体的压电特性，将振动力产生的加速度转换成电信号输送为振动检测系统。通过对以上三种传感器的特性分析，可以看出位移式传感器和速度传感器大多都采用机械式或接触式测量，对振动的监测不能达到很好的效果。压电式加速度传感器利用压电陶瓷和石英晶体的物理效应，能够很好的监测机电设备的振动状态且压电式机电设备具有体积小，重量轻和性能可靠等优点，因此选用压电式加速度传感器。通过对市面上各种型号的压电式传感器进行筛选，决定采用ＨＫ９１ＸＸ系列传感器。该传感器的主要特性有：抗干扰、低阻抗输出、噪声小，通用电缆即可输出信号；稳定性高、抗周围环境侵蚀；安装简便、性价比高、适应多点测量。3微处理器的选择 微处理器是整个系统的运行中枢，负责对整个系统下达指令，其直接影响到整个振动监测系统的电路设计和监测性能。微处理器主要由寄存器堆、运 收稿日期：２０１８－０８－２９ 作者简介：刘伟（１９９１—），男，毕业于山西煤炭职业技术学院，主要从事煤矿机电方面的工作。 煤矿机电设备振动监测系统设计 刘 伟 （山西西山煤电股份有限公司西曲矿，山西 古交 ０３０２００） 摘 要：针对煤矿机电设备维护的现状和监测需求，提出一种机电设备振动监测系统，该系统能够实现对煤矿 机电设备运行过程中的振动进行数据采集并分析处理，最终实现对机电设备工作状态的监测功能。关键词：机电设备维护 振动 监测系统 中图分类号：ＴＤ４７；ＴＰ２７７ 文献标识码：Ａ 文章编号：1003-773X （2019）02-0214-02 图１各模块的组成及连接关系系统框图 温度传感器 压力传感器 加速度传感器 加速度 网关 压力 温度 温度、压力模拟量前段模块主控芯片模块 振动模拟量前段模块 数据采集工作站 ｉｎｔｅｒｎｅｔ 浏览器 浏览器 浏览器 浏览器浏览器远程监测中心部门负责人 ｉｎｔｅｒｎｅｔ 输 入端保护 信号滤波 信号调理放大 模拟数字量转换 数字量接口 模拟数字量转换 振动信号调理放大 数字量接口 振动信号滤波 输入端保护 信号补偿 ＳＤ卡状态显示按键输入ＪＴＡＧ调试接口 ＣＡＮ总线 ＲＳ－２３２ ＳＴＭ３２Ｆ１０３ 自动化技术与设计