在矿业生产过程中,提升机负责运送人员、设备、煤炭和各类物料,是连接地上与地下整个生产系统的重要纽带。制动系统作为提升机不可或缺的重要组成部分,是提升机稳定、高效运行的安全保障,在矿业生产系统的地位举足轻重。如果提升机制动系统发生故障,轻则影响生产效率,导致经济损失;重则引起人员伤亡,影响社会和谐稳定。因此,对提升机制动系统进行性能退化评估和故障诊断,保障提升机运行的安全性、稳定性和高效性,无论是从理论还是实际上来说,都具有非常重要的意义。目前,矿井提升机制动系统故障的维修仍1日采用传统的定期维修方式,越来越无法满足矿山企业的现代化发展对于提升设备管理的需求。开展基于主动维护思想的智能维修是提高设备维修效率与增大企业效益的必然趋势。性能退化评估和故障诊断属于智能维修的重要组成部分,是本课题组一直以来的研究重点之一。该研究需要突破的重点和难点之一,在于性能退化及故障相关数据的获取,本课题搭建了制动系统仿真平台来解决这一问题。本文在总结国内外相关研究理论与技术应用现状的基础上,采用动力学分析建立数学模型,搭建仿真平台模拟系统性能退化,以及仿真和实验验证相结合的研究手段进行制动系统性能退化及故障诊断方法研究,具体的研究工作主要体现在以下几个方面:首先,基于制动系统的动力学分析,建立了制动系统主要元器件的数学模型。对制动器及提升机恒减速制动进行了动力学分析,建立了制动器的状态方程和提升机的减速度计算数学模型;对恒减速制动系统的核心液压元件电磁比例方向阀进行了力学分析、列写了流量平衡方程和力平衡方程,得到电液比例方向阀的电压与位移的传递函数;把比例方向阀每一个阀口当作可变的非线性阻尼器,利用流量方程得到阀芯位移与流量的数学模型;分析了管路的分布参数模型,选择了 Tirkha一阶惯性的近似模型来近似计算串联阻抗,根据Oldenburger提出的双曲函数无穷乘积级数展开来计算双曲函数,得到精度高且计算复杂度相对低的管路数学模型;根据比例方向阀的数学模型、比例方向阀控制制动器的数学模型以及提升机减速度的数学模型,得到了恒减速制动系统的传递函数。其次,搭建了基于Simulink的恒减速制动系统仿真平台。选用JKMD4.5×4型矿井提升机配套的E141A型恒减速制动系统为研究对象,基于节点容腔法的建模思想,搭建恒减速制动系统仿真平台。用理论计算和恒减速制动仿真结果对比验证了仿真平台的可靠性;利用仿真平台研究制动系统在制动过程中系统压力、提升机减速度以及开闸间隙的动态特性,模拟了弹簧刚度减小、闸瓦摩擦因数下降、液压油中进入空气等制动系统典型性能退化。通过对典型性能退化的仿真分析表明,主要部件性能下降时,并不会立即引起制动系统故障,而是系统性能退化,这些退化表现为制动系统恒减速制动时系统压力降低、开闸间隙变大、合闸时间变长等;当系统性能退化到一定程度才会表现出制动减速度不符合要求、制动器开闸间隙过大等故障;制动系统在恒减速制动时的压力-时间曲线隐含着丰富的运行状态信息,可以作为制动系统性能退化与故障的表征参数,以提取特征参数进行制动系统总体的性能退化评估以及故障诊断。再次,提出了基于安全制动测试试验制动系统性能退化评估方法。利用仿真平台的仿真数据,研究特征参数的提取以及选择方法,以获取敏感度高的特征参数组成性能退化评估的特征向量;结合基于小波理论构造的复小波核函数能逼近特征空间上的任意分界面、评估精度高,变步长果蝇优化算法优化速度快且可以有效避免陷入局部最优的特点,构造了 VSFOA-CGWSVDD的制动系统性能评估模型,并定义了性能得分作为性能退化的度量指标;为了使所研究的方法能顺利进行工程转化,首次提出并定义了安全制动测试试验,安全制动测试试验为《煤矿安全规程》规定的制动系统的性能检测提供了一种可行的替代方案;利用VSFOA-CGWSVDD性能退化模型实现了制动系统的性能退化程度的定期检测。提出了一种基于特征选取的BP神经网络制动系统故障诊断方法,该方法首先从安全制动测试试验的压力-时间曲线中提取百分位数、均值、峭度因子和小波包分解重构时的能量熵等29个特征特征参数形成备选特征集合,然后基于类间平均距离、类间-类内综合距离、Fisher得分、数据方差以及相关系数的特征参数综合评估方法,选取故障敏感度高的特征参数,经过主成分特征降维后组成故障诊断的特征向量,最后利用BP神经网络进行故障诊断。通过仿真和实验数据,验证了提出方法的可靠性。提出了基于多传感器监测数据的TLFCA-BPNN制动系统性能退化评估方法,实现了实时的制动系统性能退化评估。利用单传感器多时间点数据进行时间融合,利用多传感器数据进行空间融合,根据制动系统结构及各传感器功能划分因素论域,根据性能退化程度设置评语集,结合模糊数学、主客观确权、综合评判与人工神经网络方法,最后得到了表示制动系统性能退化状态的性能指标。该性能指标在[0,1]范围内,1表示性能良好,设备在最佳状态下运行,0表示性能严重退化,达到《煤矿安全规程》规定的极限值,需要马上停车检修。通过对多种传感器监测数据的综合评估,把设备的多维运行状态信息转化为制动系统性能退化状态的指标,有利于操作和管理人员及时了解设备性能退化程度,有利于作出科学有效的维修决策,为实现制动系统的智能维护提供技术支持。最后,研发了制动系统管理平台。开发了由上位一体机、闸检测箱、液压站控制模块等平台硬件,利用LabVIEW平台软件,基于前文所研究的制动系统性能退化评估与故障诊断方法的管理平台。实现了制动系统重要参数的实时动态监测以和故障报警,基于状态监测数据的制动系统性能退化评估,基于安全制动测试试验数据的定期制动系统性能退化评估与故障诊断,以及对制动系统内部某些特定参数的修改和故障复位,查看故障记录和历史数据等功能。在提升机实验台进行了工业试验,验证了安全制动测试试验方案的可行性,同时也验证了前文所述方法的有效性和可行性。综上所述,开展提升机制动系统性能退化评估与故障诊断方法研究,不仅可以及时掌握制动系统性能退化程度,还可以通过故障诊断分析造成性能退化的原因及严重程度,对实现制动系统的智能维护、保障其安全高效运行具有重要意义。