中国矿业大1983755817.pdf
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1、中 国 矿 业 大 学(北 京)本 科 生 毕 业 设 计(论 文)中文题目:洗煤厂关键设备故障诊断系统设计 英文题目:Fault Diagnosis System for Key Equipments in Coal Washery 姓 名:李传生 学 号:0203050113 学 院:机电与信息工程学院 专 业:测控技术与仪器 班 级:02 级 1 班 指导教师:薛光辉 职 称:讲师 完成日期:2006 年 6 月 12 日 科研背景:横向科研课题“马脊梁洗煤厂振动筛及轴承故障诊断研究”中国矿业大学(北京)本科生毕业设计(论文)任务书中国矿业大学(北京)本科生毕业设计(论文)任务书 学院
2、机电与信息工程学院 专业 测控技术与仪器 班级 02 级 1 班 学号 0203050113 学生姓名 李传生 任务下达日期:2006 年 1 月 12 日 完成日期:2006 年 6 月 6 日 题目:洗煤厂关键设备故障诊断系统设计 专题题目:香蕉直线振动筛故障诊断系统软件设计 主要内容和要求:1、完成振动筛故障诊断系统的方案设计;2、完成该振动筛故障诊断系统软件的功能和模块分析;3、实现振动数据的记录、存储、显示和频谱分析模块设计;4、实现该振动筛故障诊断系统的软件编程,要求界面美观,操作简便。院长签字:指导教师签字:中国矿业大学(北京)本科生毕业设计(论文)指导教师评阅书 中国矿业大学(
3、北京)本科生毕业设计(论文)指导教师评阅书 学院 机电与信息工程学院 专业 测控技术与仪器 班级 02 级 1 班 学生姓名 李传生 题目:洗煤厂关键设备故障诊断系统设计 专题题目:香蕉直线振动筛故障诊断系统软件设计 指导教师评语指导教师评语:论文符合毕业设计任务书和教学大纲的要求。该生在了解了振动筛整体结构及工作过程的基础上,参阅了大量的相关资料,完成了振动筛故障诊断系统的总体方案设计,重点开发了振动筛故障诊断系统软件系统,包括数据的记录、存储、显示和频谱分析功能,最后对所设计的软件进行了测试,结果表明实现了预期的功能。设计采用的技术路线正确、合理。论文书写条理清楚、分析详细、结构合理。该同
4、学基础扎实,具有较强的自学能力,较好的素质,较强的创新精神和创新能力,并且具备很好的专业技能和科研能力,能够从事本专业的工程技术工作和理论研究。同意以此论文安排毕业论文答辩。成绩:成绩:95 95 指导教师签名:指导教师签名:年 月 日 中国矿业大学(北京)本科生毕业设计(论文)评阅教师评阅书 中国矿业大学(北京)本科生毕业设计(论文)评阅教师评阅书 学院 机电与信息工程学院 专业 测控技术与仪器 班级 02 级 1 班 学生姓名 李传生 题目:洗煤厂关键设备故障诊断系统设计 专题题目:香蕉直线振动筛故障诊断系统软件设计 指导教师评语指导教师评语:该生在了解了振动筛整体结构及工作过程的基础上,
5、参阅了大量的相关资料,完成了特定型号振动筛的测绘和故障诊断系统的总体方案设计,重点开发了振动筛故障诊断系统软件系统,包括数据的记录、存储、显示和频谱分析功能,最后对所设计的软件进行了测试,结果表明实现了预期的功能。设计采用的技术路线正确、合理。论文书写条理清楚、分析详细、结构合理。该同学基础扎实,具有较强的自学能力,较好的素质,较强的创新精神和创新能力,并且具备很好的专业技能和科研能力,能够从事本专业的工程技术工作和理论研究。同意以此论文安排毕业论文答辩。成绩:95 成绩:95 评阅教师签名:评阅教师签名:年 月 日 中国矿业大学(北京)2002 级本科生 中国矿业大学(北京)2002 级本科
6、生 毕业设计(论文)答辩及综合成绩 毕业设计(论文)答辩及综合成绩 学院:学院:机电与信息工程学院 学生姓名学生姓名:李传生 学号学号:0203050113 专业专业:测控技术与仪器 班级班级:02 级 1 班 题目题目:洗煤厂关键设备故障诊断系统设计 专题题目专题题目:香香蕉直线振动筛故障诊断系统软件设计 说明书说明书 75 页页 图纸图纸 张张 其它材料其它材料 答答 辩辩 情情 况况 回回 答答 问问 题题 提提 出出 问问 题题 正确正确基 本基 本 正 确正 确有 一般 性错 误有 一般 性错 误 有 原则 性错 误有 原则 性错 误 回 答回 答 不 清不 清 1.简述时域分析与频
7、域分析的概念,为什么进行了时域分析还要进行频域分析,简述幅频特性与相频特性?软件系统数据回放模块回放的是什么信号,为什么要回放?2.论文中提到的“一次积分”、“二次积分”的物理意义。3.软件系统中提供了许多滤波器,主要使用那种,为什么?4.简述“香蕉直线振动筛”的含义。答辩成绩:96 答辩小组长:年 月 日 答辩成绩:96 答辩小组长:年 月 日 指导教师评价成绩:指导教师评价成绩:95 指导教师签字:指导教师签字:年年 月月 日日 评阅教师评价成绩:评阅教师评价成绩:95 评阅教师签字:评阅教师签字:年年 月月 日日 答辩委员会评语及建议成绩:答辩委员会评语及建议成绩:论文完成了洗煤厂关键设
8、备故障诊断系统的软件设计与开发,圆满完成了毕业设计规定的任务。设计(论文)条理清楚,论述充分,文字通顺,符合技术用语要求,水平较高。答辩时思路清晰,论点正确,回答问题有理论根据,基本概念清楚,对主要问题回答正确、深入。建议成绩:96。答辩委员会主任:答辩委员会主任:年年 月月 日日 学院领导小组综合评价成绩:学院领导小组综合评价成绩:学院领导小组负责人:学院领导小组负责人:年年 月月 日日 摘摘 要要 现代大型洗煤厂多为流水线作业,某一关键设备,如振动筛,出现故障将直接导致整个生产线陷入瘫痪,给洗煤厂造成巨大的经济损失。但目前对洗煤厂关键设备的状态监测和故障诊断研究还很少开展。因此,开展洗煤厂
9、关键设备的故障诊断研究符合生产现场的急需,具有重要的理论意义和应用价值。开发一个振动筛实验系统,是开展香蕉直线振动筛的状态监测和故障诊断研究的前提和基础。该系统包括实验模型和检测系统两部分。其中,检测系统又包括硬件系统和软件系统两部分。本文利用虚拟仪器的开发平台LabVIEW开发了该实验系统的软件系统,主要包括五个模块:数据采集、显示记录、数据回放、数据处理和数据分析。数据处理模块主要实现数字滤波和加窗处理两大功能,可以选择不同的滤波器和窗函数以适应不同的情况。数据分析模块能够实现信号的时域分析、FFT 分析、功率谱分析等。测试结果表明,该软件系统操作方便、可行。该系统是一个开放性的系统,能够
10、方便的添加分析功能,便于二次开发。关键词:香蕉直线振动筛;状态监测;故障诊断;虚拟仪器;LabVIEW ABSTRACT The production of most modern large scale coal washeries is streamlined coordination production,so failure of any key equipment,such as vibrating screen,in production line would lead directly to the production line paralysis,which would re
11、sult in huge economic losses to the coal washery.However,the study on condition monitoring and fault diagnosis of the key equipment in coal washery rarely carried out yet.Therefore,it is important theoretical and practical value,and met the need of production site,to study fault diagnosis of the key
12、 equipments in coal washery.It is the premise and the basis to design an experimental system of vibrating screens for studying the fault diagnosis and status monitoring of vibrating screen The experimental system is divided into two parts:the experimental model and the testing system.The testing sys
13、tem includes hardware system and software system.In this paper,the software system of experimental system was developed in LabVIEW,which primarily included five modules,namely data acquisition module,display and record module,data replay module,data processing module and data analysis module.The aut
14、hor also discussed the digital filter and signal windows,and designed the related programme.The data analysis modules can accomplish signal processing of time domain analysis,FFT analysis and auto-power spectrum analysis.The testing results indicate that the software system works well,and operates e
15、asily.Keywords:banana-shaped linear vibrate screen;fault diagnosis;status monitoring;virtual instrument;LabVIEW 目目 录录 一般设计部分一般设计部分 1 绪论绪论.1 1.1 课题概述.1 1.2 香蕉直线振动筛概述.3 1.2.1 香蕉直线振动筛的结构及其工作原理.3 1.2.2 香蕉直线振动筛常见故障及相关研究状况.5 1.3 课题研究的内容和意义.5 1.3.1 课题研究的内容.6 1.3.2 研究意义.6 1.4 毕业设计所作主要工作.6 专题设计部分专题设计部分 2 虚拟仪
16、器技术虚拟仪器技术.8 2.1 虚拟仪器技术概述.8 2.1.1 虚拟仪器的概念.8 2.1.2 虚拟仪器的工作原理.9 2.1.3 虚拟仪器系统的组成.10 2.2 图形化编程语言 LabVIEW 概述.11 2.2.1LabVIEW 的基本概念.12 2.2.2LabVIEW 程序设计中的结构.14 2.2.3LabVIEW 的运算形式.14 2.2.4LabVIEW 的开放性.15 3 香蕉直线振动筛故障诊断中的信号处理理论香蕉直线振动筛故障诊断中的信号处理理论.17 3.1 数字信号处理技术概述.17 3.2 香蕉直线振动筛故障诊断中的信号处理理论.17 3.2.1 信号的统计特征参量
17、.17 3.2.2 信号的数字化.19 3.2.3 离散时间信号分析.22 3.2.4 截断与加窗.29 3.2.5 数字滤波器.31 4 香蕉直线振动筛故障诊断系统总体方案香蕉直线振动筛故障诊断系统总体方案.34 4.1 香蕉直线振动筛故障检测原理综述.34 4.2 振动筛实验系统的设计.35 4.2.1 振动筛实验系统检测对象的设计.35 4.2.2 振动试验系统检测系统的设计.36 5 振动筛实验系统软件设计振动筛实验系统软件设计.38 5.1 软件系统的总体结构.38 5.2 各软件模块的设计与实现.40 5.2.1 数据采集模块的设计.40 5.2.2 显示记录模块的设计.46 5.
18、2.3 数据回放模块的设计.49 5.2.4 数据处理模块的设计.50 5.2.5 数据分析模块设计.52 5.3 软件使用说明.60 5.3.1 操作说明.62 5.3.2 操作中应注意的问题.66 5.4 软件系统的测试.67 结结 论论.72 参考文献参考文献.73 致致 谢谢.75 中国矿业大学(北京)级本科生毕业设计(论文)2002-1-1 绪论 1.1 课题概述 地下或露天矿场开采出来的煤炭或矿石,在未处理之前常常是以各种大小不同的颗粒混在一起的形式存在,甚至混有许多水分、粘土或其他有用、无用的介质。为了合理使用和满足产品质量要求,筛分机械广泛应用于选矿厂、选煤厂、洗煤厂以及其他工
19、业部门。筛分机械是一种广泛用于将松散物料分为两种或多种粒度级别的设备。常用的筛分机械包括惯性振动筛(简称振动筛)、共振筛和固定筛。其中,振动筛因其处理能力大,筛分效率高得到了更为广泛应用。洗煤厂作为煤炭产品加工的主要场所,承担原煤的筛分,洗选,分级,分类存放等工作,筛分工作是其生产过程中的第一道工序。振动筛使用情况的好坏对洗煤厂的生产至关重要,作为关键设备一旦出现故障,将可能导致整个生产线的瘫痪,造成巨大的经济损失。因此,振动筛早期故障检测、预警及诊断是事关洗煤厂经济效益的一个重要问题。本课题主要针对山西大同马脊梁洗煤厂的生产设备香蕉直线振动筛来展开。马脊梁洗煤厂是中煤进出口总公司与大同煤矿集
20、团公司共同组建的大同中煤出口基地建设有限公司下属洗煤厂,年洗煤量达 360 万吨,采用流水线作业。其主要洗选设备约 30 台(套),全部从国外引进。2004 年,洗煤厂关键设备 Honert 公司生产的 BRU-1-420/610 型香蕉振动筛大梁出现断裂,振动筛侧帮固定大梁螺栓处出现裂纹,致使振动筛无法正常工作,导致整个洗煤厂的生产都陷于瘫痪。由于振动筛为国外进口,因此出现问题后,更换新的大梁需要从国外订货。而订货周期长,这严重影响了洗煤中国矿业大学(北京)级本科生毕业设计(论文)2002 厂的日常生产,造成巨大的经济损失。如果能够在香蕉振动筛大梁断裂前检测到出现的裂纹,那么就可以变事后维修
21、为状态维修,采取有效的措施减轻大梁的进一步破坏并在大梁断裂前进行订货,这样在大梁完全破坏前做出预警,就可以减少因振动筛破坏以及更换造成的停产时间,降低经济损失。(a)正面(b)侧面 图 1.1 正常工作的振动筛 图 1.2 大梁上的裂纹-2-中国矿业大学(北京)级本科生毕业设计(论文)2002(b)大梁工字钢中部的修补情(a)在大梁上下沿加补钢板 图 1.2 修补过的振动筛 图 1.4 止裂孔图 1.5 修补过的侧帮 图 1.1 是正常工作的香蕉振动筛。图 1.2 所示是损坏的振动筛。它的工字钢大梁已经断裂,洗煤厂通过钢板将断裂的大梁重新加固勉强维持生产。图 1.3(a)大梁上下沿加补钢板对断
22、裂的大梁进行加固的情况,图 1.3(b)梁工字钢中部的修补情况。图 1.4 和图 1.5 是振动筛的侧帮出现裂纹后洗煤厂的两种加固措施。图 1.4 是通过在侧帮上打止裂孔来阻止裂纹的继续扩展。图1.5 是通过加补钢板来固定已经出现裂纹的侧帮。1.2 香蕉直线振动筛概述 1.2.1 香蕉直线振动筛的结构及其工作原理香蕉直线振动筛的结构及其工作原理-3-中国矿业大学(北京)级本科生毕业设计(论文)2002 1)香蕉直线振动筛的结构 如图 1.6 所示,香蕉直线振动筛主要由筛箱、激振器和隔振装置(图中未画出)组成。(1)筛箱 筛箱是一个组合框架,主要由侧板、横梁、激振器安装梁、筛网托架、筛板、大梁及
23、后挡板组成,侧板与相应的梁之间依靠胡克螺栓连接。(2)激振器 采用块偏心的箱式激振器,主要由两根回转轴组成,每根回转轴上安 图1.6香蕉直线振动筛装有两个偏心块并被安装在箱体侧板的两边,两个激振器之间通过联轴器由一根横轴连接,激振器通过地脚螺栓连接在激振器安装梁上。(3)隔振装置 在振动筛的侧板上通过螺栓连接弹簧的安装座,弹簧被安装在安装座与地面上的支撑装置之间,有一定的预压缩。-4-中国矿业大学(北京)级本科生毕业设计(论文)2002-5-2)香蕉直线振动筛的工作原理 香蕉直线振动筛是利用同步反向旋转的双不平衡块激振来实现筛箱振动的。由电动机带动皮带轮始一根轴上的偏心块回转,通过两个等齿数的
24、齿轮相互啮合,使另一根轴的不平衡块也回转,不平衡块转动时所产生的离心惯性力的分力在某一方向上总是相互叠加,形成了单一方向的合力,这个力就是激振力,这个方向就是筛箱的振动方向,在与振动方向垂直的方向,离心力的分离总是相互抵消的。激振器与筛面成 45倾角,故筛面上的物料的抛射角为 45。物料在抛起时被松散,在与筛面撞击时水和小于筛孔的颗粒透筛,从而实现脱水、脱泥、脱介和分级。11.2.2 香蕉直线振动筛常见故障及相关研究状况香蕉直线振动筛常见故障及相关研究状况 1)振动筛常见故障(1)筛体部分 侧帮钢板产生裂纹;筛板发生破坏性断裂;筛板下大梁断裂;弹簧断裂;振动噪声大。(2)激振器部分 传动齿轮损
25、坏;轴承润滑不良及损坏。(3)激振电机部分 电机支撑钢板断裂;地脚螺栓断裂。2)相关研究状况简介 根据目前所查阅的资料,洗煤厂设备特别是振动筛大梁和侧帮裂纹的早期检测和诊断的研究目前在国内还开展得很少,还没有形成较为成熟的手段!1.3 课题研究的内容和意义 中国矿业大学(北京)级本科生毕业设计(论文)2002-6-1.3.1 课题研究的内容课题研究的内容 课题研究的内容主要包括:1)总体设计:与课题组成员共同完成香蕉直线振动筛故障诊断系统的总体方案的设计。2)软件设计:利用 LabVIEW 的图形化编程环境和数据采集卡构建数据采集和分析处理系统。研究的重点包括:(1)利用 LabVIEW 提供
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