在超过千米的深井中,多绳摩擦或多绳缠绕式提升机运用广泛,而对于落地多绳摩擦和多绳缠绕提升系统,天轮是必不可少的重要部件。天轮在提升系统中担负着支撑与引导钢丝绳的作用,是主要的受力部件之一。如果天轮出现故障,可能会导致提升系统故障,造成人员的伤亡和巨大的经济损失。为保障提升天轮的安全运行,需要对天轮故障进行分析研究,提出合理、适用的健康诊断和预测方法。因此,开展天轮健康诊断和预测研究对保证提升系统安全运行具有理论意义和实际应用价值。首先,建立了天轮系统的故障树,对天轮系统故障机理进行了分析。根据天轮系统故障树的定性分析结果,确定了天轮健康诊断建模的特征参数。利用有限元软件ANSYS Workbench对天轮进行了模态分析,通过模态分析的结果,结合天轮的振动特性,得到了天轮故障对振动幅值变化的影响规律。为提升机天轮振动确立了故障特征参数。其次,构建了天轮运行监测软硬件系统,包括天轮运行状态监测硬件系统仪器设备的选择以及相关监测软件的选取。使用了磁吸式加速度传感器和非接触式位移传感器实现天轮运行状态的监测。分析了傅立叶变换和小波变换对天轮振动信号处理的优势,根据所测天轮振动信号的特征,采用了小波阈值去噪的方法对信号进行了滤波降噪,有效地抑制了振动信号的噪声影响。最后,在两状态天轮健康状况模型的基础上,基于提升实验台天轮运行状态的振动数据,建立了多状态天轮隐马尔可夫诊断模型。通过相关测试数据对隐马尔可夫模型诊断的准确性进行了实验验证。对天轮寿命预测模型的概率推理问题、解码问题和训练问题进行了探讨,给出了隐马尔可夫模型预测寿命的实现方法和步骤。