礦山機電設(shè)備故障檢測診斷技術(shù)分析

新巴爾虎右旗榮達礦業(yè)有限責任公司　劉金玉

0.引言

隨著鉛鋅礦開采難度的增大及環(huán)保要求的提高，相關(guān)配套設(shè)備也在不斷升級改造，高技術(shù)含量的機電設(shè)備得到廣泛使用，大大的提高了開采效率及產(chǎn)量。但是由于礦山設(shè)備工作環(huán)境的特殊性，礦山機電設(shè)備在使用過程中會出現(xiàn)很多問題。如果不能及時維修會影響產(chǎn)量，嚴重的會出現(xiàn)安全事故。所以這就需要一種能在設(shè)備運行中檢測異常提前發(fā)現(xiàn)故障并及時報告的系統(tǒng)出現(xiàn)。

1.機電設(shè)備故障產(chǎn)生的原因

1.1　設(shè)備公差配合的變化

設(shè)備的裝配設(shè)計必須有合理的公差配合，這樣才能保證設(shè)備的高效運行。但是設(shè)備在使用的過程中由于載荷、溫度以及受力零件自身的蠕變等因素，有配合關(guān)系的相鄰零部件的初始形態(tài)變化及尺寸變化方向不一致會造成配合關(guān)系發(fā)生變化。零部件配合關(guān)系的變化是造成零件相互干涉及損傷的主要原因。

1.2　設(shè)備長時間超負荷運轉(zhuǎn)

礦山機電設(shè)備都有安全系數(shù)，可滿足短時間的超負荷運行，但設(shè)備超負荷運行時自身流過的電流會變大，運動零部件的溫度會升高。如果長時間超負荷運行。設(shè)備實際輸出的參數(shù)高于設(shè)計許用值，設(shè)備線路及相關(guān)零部件很容易出現(xiàn)故障。

1.3　設(shè)備的老化

設(shè)備的使用過程伴隨著老化，使用時間越長，設(shè)備受到的內(nèi)因及外因的影響就越大，零部件的磨損就越嚴重，并且維修的次數(shù)越多老化速度就越快。

1.4　設(shè)備潤滑不及時

設(shè)備在使用的過程中需要制定一個合理的潤滑制度，零部件之間油膜的破壞會造成零件之間的直接摩擦，不能及時補充潤滑油也是設(shè)備出現(xiàn)故障的一個重要因素。

2.故障診斷技術(shù)的特點及方法

故障檢測技術(shù)能根據(jù)機電設(shè)備的工作狀態(tài)信息發(fā)現(xiàn)問題并快速處理。它包括故障檢測和故障診斷兩個方面。具有目的性強、復(fù)合性、適用性等特點。

圖1　故障檢測診斷方法

如圖1所示故障檢測及診斷方法可以分成兩大類：一是基于數(shù)學(xué)模型的故障診斷方法，二是基于人工智能的故障診斷方法。目前基于專家系統(tǒng)的診斷方法經(jīng)歷了由淺知識到深知識再到深淺混合的發(fā)展過程，實際應(yīng)用較廣泛。基于神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的診斷方法通過領(lǐng)域內(nèi)權(quán)威專家解決問題的實際案例來總結(jié)訓(xùn)練，采取隱式表示方法總結(jié)同一問題的相關(guān)知識點，便于實現(xiàn)知識的獲取和推理，有很高的通用性；基于模糊數(shù)學(xué)的診斷方法用來診斷一些狀態(tài)是模糊的故障；依據(jù)故障、原因、故障率等原始數(shù)據(jù)可建立故障樹，可實現(xiàn)逐級提問就推理的過程。故障樹的診斷方法符合邏輯推理思維方式，與其他方法結(jié)合使用有更好的診斷效果。

另外，在礦山設(shè)備的檢測過程中，溫度、壓力檢測診斷方法也有大量應(yīng)用。傳感器能準確、靈敏、實時的反饋檢測件的數(shù)據(jù)信息。一般包括溫度及壓力檢測。他能及時檢測軸承的溫度、油箱溫度、受力件的受力情況。通過記錄溫度、受力等數(shù)據(jù)的變化對設(shè)備進行診斷和故障預(yù)測。

3.故障診斷技術(shù)的應(yīng)用

3.1　故障診斷技術(shù)的實現(xiàn)過程

3.1.1數(shù)學(xué)模型的建立

礦用機電設(shè)備在使用時過程中會產(chǎn)生許多數(shù)據(jù)，這些數(shù)據(jù)能反映設(shè)備的運行情況。因此需要建立一個數(shù)學(xué)模型能對這些設(shè)備運行情況進行及時反映，并對出現(xiàn)的歷史故障數(shù)據(jù)進行總結(jié)，便于故障的判斷。

3.1.2信號采集

通過安裝各類傳感器來實現(xiàn)礦用機電設(shè)備信號的采集。能方便的掌握設(shè)備的運行情況。由于鉛鋅礦的設(shè)備的使用環(huán)境比較惡劣，各類傳感器必須滿足礦山設(shè)備的這個特殊要求，這類傳感器需要防塵、防潮、抗震、抗信號干擾、耐高溫等特點。以便于及時的獲取需要的信號及參數(shù)。傳感器傳來的各種信息最終傳遞給計算機進行存貯。

3.1.3信息處理

傳感器采集的信息具有廣泛型，有些信息并不能直接反映設(shè)備的運行情況。因此需要對信息進行處理，篩選出有用的信息并存儲，刪除掉無用信息。

3.1.4信息分析

信號分析技術(shù)需要簡單實用。便于判斷故障信號特性。將處理后的信息進行分析，將這些信息與設(shè)備設(shè)計要求的標準參數(shù)進行對比，能更直接的反映出設(shè)備的運行狀態(tài)和故障類型。為更快的找到解決故障的措施提供可靠的保證。

3.1.5預(yù)測

將設(shè)備的信息采集、處理、分析后能系統(tǒng)可對設(shè)備即將發(fā)生的故障進行預(yù)測，并做到提前維修，降低故障率。

3.2　故障診斷技術(shù)的應(yīng)用

3.2.1高壓異步電動機故障診斷

礦山設(shè)備中大功率的驅(qū)動設(shè)備應(yīng)用較廣泛，高壓異步電動機便是驅(qū)動部件的動力源，高壓異步電動機工作電壓一般在1000V以上，具有功率大、電流小、抗沖擊的優(yōu)點。如果發(fā)生故障將嚴重的影響產(chǎn)量。通過故障診斷系統(tǒng)檢測電動機運轉(zhuǎn)部分軸承溫度、檢測潤滑部位的儲油量、電流的變化情況能及時的發(fā)現(xiàn)電動機工作狀態(tài)是否異常。主要包括：局部放電檢測、磁通檢測、電流高次諧波檢測等方法。通過這些數(shù)據(jù)的檢測及判斷來保證電機的可靠運行。

3.2.2礦井提升機故障診斷

礦井提升機是聯(lián)系礦井底部與上部的主要運輸設(shè)備。提升機驅(qū)動部位安裝在地面，利用鋼絲繩帶動載物箱沿既定軌道運行。它的故障直接影響到物資能否上下溝通及升降人員的人身安全。具統(tǒng)計，礦井提升機故障發(fā)生的主要原因是鋼絲繩的松動。因此檢測系統(tǒng)可通過松繩檢測裝置來檢測松繩現(xiàn)象。該裝置由單片機、傳感器、鋼圈等部分組成。通過檢測提升機兩天輪的轉(zhuǎn)速，來對比鋼絲繩是否會發(fā)生松動。當單片機計算得到的轉(zhuǎn)速差達到極限值，檢測裝置就發(fā)出信號報警，制動提升機，防止故障的發(fā)生。

3.3.3輸送機的故障診斷

帶式輸送機是重要的運輸設(shè)備，其主要故障是張力不足、皮帶斷裂及滾筒軸承落架等問題，因此在拉緊部位安裝張力傳感器可有效地檢測到張力的大小，便于及時調(diào)整皮帶機張力；安裝輸送帶X射線探傷裝置可在線檢測皮帶的損傷情況，并發(fā)出預(yù)警。另外在滾筒的軸承座上安裝PT100溫度傳感器，實時記錄滾筒軸承溫度，溫度高于設(shè)定溫度系統(tǒng)自動報警。

3.3.4采煤機故障診斷

目前煤礦使用的采煤機大多為進口產(chǎn)品，國產(chǎn)的采煤機在檢測范圍、檢測參數(shù)方面存在不足，目前應(yīng)用比較成熟的是“電牽引采煤機工況檢測及故障診斷系統(tǒng)”。該檢測系統(tǒng)主要包括：采煤機兩側(cè)搖臂檢測模塊；采煤機高壓控制箱檢測模塊；變頻器通信模塊；采煤機機身外圍檢測模塊；采煤機工況檢測模塊；采煤機故障診斷模塊等方面，使用效果良好。

3.3.5通風機故障檢測

目前通風機故障檢測診斷裝置有KF-CA型通風機集中檢測儀（江西煤炭工業(yè)研究所）及FJZ型礦井主風機在線監(jiān)測與故障診斷儀（煤炭科學(xué)總院重慶分院）。FJZ型礦井主風機在線監(jiān)測與故障診斷儀是基于8089單片機開發(fā)，集故障診斷與在線檢測于一體，F(xiàn)JZ型礦井主風機在線監(jiān)測與故障診斷儀主要包括:1個16位中央處理器、1個四通道10位A/D轉(zhuǎn)換器、1個16位監(jiān)視定時器配備高速輸入/輸出接口、8個中斷源、兩個16位定時器及和多功能的指令系統(tǒng)。

4.結(jié)論

文章闡述了故障檢測診斷技術(shù)的定義及實現(xiàn)的過程，例舉了這項技術(shù)在實際生產(chǎn)中的應(yīng)用，此外操作人員的安全意識及故障預(yù)警意識也需要同步加強。隨著鉛鋅礦開采難度的增大及礦山機電設(shè)備的高度集成管理，礦山機電設(shè)備的故障檢測診斷技術(shù)需要不斷的發(fā)展及革新，工作中需要更多的積累檢測及診斷經(jīng)驗，保證礦山設(shè)備高效安全運行。

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