礦山機械設備維修中的故障診斷技術

孫肇鵬，吳 楠，何顯貴

（1.山東黃金礦業（萊州）有限公司三山島金礦，山東 萊州 261400；2.山東黃金礦業裝備制造有限公司，山東 萊州 261400）

隨著礦山科學技術的發展，中國礦山的開采已經基本上實現了完全機械化。機械設備的正常運行對礦山生產具有十分重要的意義。若機械設備在運行過程中出現故障，則會影響到生產的效率，甚至會影響到礦山生產的安全性。因此，在機械設備發生故障后，就要迅速消除故障。為了加快對故障的排除，需要采用一些故障診斷方法。此外，還需要對機械設備的運行狀態進行監測，以便能及時地發現設備運行中的故障。礦山生產環境惡劣，引起機械設備故障的原因有很多，應該根據具體的原因采取相應的措施。本文分析了機械設備發生故障的原因，介紹了現有的故障診斷方法，并探討了未來故障診斷方法的發展趨勢。下面本文將圍繞這些內容展開論述[1-3]。

1 礦山機電設備常見的故障與原因

（1）在實際應用礦山機電設備期間，不可避免的會受到多種不同因素的影響，使礦山機電設備內部出現元件掉落、元件老化、機電設備調節失衡、供油線路損壞以及一些破壞性的故障燈。礦山機電設備內部元件出現掉落的現象，主要就是因為礦山機電設備長時間、大幅度激烈的振動運行，進而導致其內部元件連接頭的位置松動。如果礦山機電設備維修人員沒有及時擰松動的元件接頭，就會使元件掉落。機電設備內部元件老化主要就是因為礦山機電設備經過長時間的使用，其內部零件受到磨損或是內部線路的保護層出現脫落的現象，這樣就會影響礦山機電設備的正常運行。礦山機電設備出現調節失衡的現象，就是因為其內部壓力缺乏均勻性，使各個元件之間出現了相應的縫隙，相互之間的配合不夠緊密。機電設備內部的供油線路經常會受到運行環境狀況的影響，而破壞性的機電設備故障則更為直觀，檢測與維修人員能夠直接通過肉眼看出來，像軸承斷裂以及皮帶畸形等故障問題都是其典型代表。

（2）礦山機電設備產生故障的原因。礦山開采工作環境比較惡劣，在應用機電設備進行礦山開采期間，就要定期對機電設備進行保養、檢測與維修。但是一些礦山開采管理人員在實際工作期間，并沒有認識到該項工作的重要性。還有一些礦山開采企業內部并沒有構建完善的機電設備檢測與維修管理體系，這也是礦山機電設備產生故障的主要原因。礦山機電設備故障分析內容結合了工程結構學、設計學以及機械學等相關內容。因為機電設備的實際運行環境存在較大的差異，在發生其故障期間，也會呈現出不同形態的故障。基于此，礦山機電設備檢測與維修人員在對常見故障進行分析的過程中，就要綜合考慮多項因素，保證故障分析的全面性[4]。

2 故障診斷技術理論闡述

應用此類技術的主要目的是為了實現對相關設備異常位置的鎖定，通過逐項排查設備系統對運行的狀態的調節作用，來判斷可能出現問題的位置，并采取適當的手段對其進行干預和調節。對系統差錯進行排查和準確鎖定，是實施排除環節的前提。如果判斷出設備癱瘓是由于某部分零件出現質量問題，則需針對該部分進行有效隔離，從而保障設備其他部分不受負面干擾。因此在行業中也將故障的診斷行為又稱作隔離處理。

3 機械設備故障診斷基本原理及方法分析

3.1 故障診斷的基本原理分析

基于信息處理技術發展起來的故障診斷技術，在機械設備的運行和維護中發揮了關鍵的作用，其主要優勢在于可以及早地發現機械設備故障，診斷結果更加精確，效率非常高。

機械設備故障診斷主要包括以下幾個過程：信號采集、特征提取、狀態識別以及診斷決策。信號采集是故障診斷的基礎，在機械設備發生故障后，其某個狀態量會發生變化，通過傳感器采集這些信號并存儲起來，可以為故障的診斷提供依據；特征提取是根據采集來的信號提取出其中的異常信號，以此來判斷故障的特征；狀態識別是根據提取的故障特征與數據庫中的故障特征進行對比，從而準確識別故障的類型；在確定設備的故障類型后，就可確定故障維修的方案，這個過程叫做“診斷決策”。常用機械設備的狀態信號主要有振動、速度、溫度、壓力等。為了準確采集到這些狀態信號，要求傳感器能適應礦山井下惡劣的環境，主要是抗高溫、防潮以及抗干擾。故障診斷的關鍵在于狀態的識別，而狀態的識別依賴于數據庫中的故障類型，這就要求故障數據庫中收錄的信息十分豐富。

3.2 機械設備故障綜合診斷方法分析

在礦山機械設備運行過程中，常用的故障診斷方法有油液分析診斷方法、振動監測診斷方法、無損檢測診斷方法以及紅外溫度監測方法。下面將對這幾種故障診斷方法進行簡單的分析。機械設備需要各種油來維持運行，例如機械設備的潤滑油、液壓設備的液壓油等，在油的特性達不到標準時，會導致設備發生一定的故障。為此，多采用油液分析診斷方法來對機械設備的運行狀態進行監控。油液監測主要是監測油中某種物質含量的變化或特性的變化，例如潤滑油中的金屬屑增多，液壓油的黏度降低，據此可以及時發現某種故障。機械設備供油系統中油的質量表征了零件的運行狀態，是一種間接的診斷方法。

振動是機械設備運行過程中必然出現的一種機械信號，通過對這種信號的監測，就可以發現機械設備的運行有無異常。一般情況下，機械設備在出現故障時通常會出現振動異常現象，研究機械設備發生故障時的振動頻率，就可以判斷故障原因，從而及時排除設備故障。這種診斷方法雖然簡單直觀，但是識別度很低，需要配合其他診斷方法才能識別設備的故障類型。

一些機械設備在運行過程中，其桿件內部會出現裂紋，長時間不處理會影響到設備的安全性。這些裂紋在桿件的內部，肉眼看不見。為了在不破壞機械設備的前提下實現對物體內部裂紋的探測，就要用到無損檢測診斷方法。常用的無損檢測診斷方法主要包括超聲波檢測、放射射線檢測、電磁檢測等，其主要優勢在于安全快捷，但也具有一定的局限性，需要根據檢測的對象選擇合適的檢測診斷方法[5]。

4 故障檢測診斷技術在礦山機電設備中的應用策略

4.1 礦用高壓異步電動機

故障檢測技術在礦用高壓異步電動機中的應用所呈現出的檢修效果較為明顯。通常情況下，可以借助三種不同的方式對其進行故障檢測，分別為磁通檢測、局部放電檢測以及電流高次諧波檢測。其中，磁通檢測主要是對高壓的電氣設備進行故障檢測，然而對檢測技術有著比較高的要求，其缺陷在于當信號比較弱的時候，檢測的結果并不理想。局部放電檢測能夠對高壓電氣設備進行故障檢測，然而對于低壓設備的故障檢測效果不明顯。電流高次諧波檢測不會受到高壓和低壓的限制，但是其需要相關的操作人員具有較高的專業水平，同時操作方法的復雜程度比較高。

4.2 礦井提升機

礦井提升機的故障主要涵蓋兩種不同的類型，分別為輕故障以及重故障。輕故障指的是對整個生產環節未能產生較大影響的故障，通常這種故障較為簡單，相關的檢修人員通過對參數的觀察和分析便能夠獲知，同時維修人員能夠對其進行快速處理。重故障指的是因輕故障未能被及時處理而逐漸發展而來的故障。若是發生重故障，那么相關的檢修人員需要對其進行仔細查驗、診斷，處理的過程不能帶有盲目性，需要一層層地對其進行針對性的分析和處理，在出現重故障時，相關的檢修人員需要特別重視，避免礦井事故發生。

5 礦山機械電氣設備故障檢修

本文針對礦山機械電氣設備故障檢修，提出以下三種檢修方法，分別為：經驗法、檢測法以及電流法。經驗法指的是當一臺機械電氣設備發生故障時，不要急于動手拆卸，首先要根據以往經驗了解該電氣設備產生故障的原因、經過、范圍、現象，熟悉該設備及電氣系統的基本工作原理，分析各個具體電路。弄清原理中元件之間的相互聯系以及信號在電路中的來龍去脈，仔細分析。并結合實際經驗，經過周密思考，通過彈壓活動部件法，運用在活動的部件，如：開關、接觸器上的銜鐵等。經過反復地彈壓活動部件，對機械電氣設備故障點進行檢修。在故障點不明確時，可以運用元件替換法進行驗證。檢測法主要是采用輔助工具對機械電氣設備故障進行判斷的檢修方法。輔助工具包括上文用到的振動分析儀以及相關的儀表儀器，通過電阻法、電壓法以及電流法的綜合運用。在使用檢修法進行故障檢修中，如果出現互感二次回路故障，需要首先對互感器的保險絲進行仔細的檢查，將互感器電源的來源進行明確和審核，結合備用保險絲的盒和線，接到地板上，對其電壓進行測試，在臨時的電氣二次回路和互感器之間建立一個實體開關，對實際的電氣二次回路在接通電流之后的工作情況進行觀察，看是否能滿足習作實際需求。如果所有項目都正常，則可認定修復是有效的；如果在其中出現任何的問題，都要隨時進行調整。電流法主要是在電流中串聯電流表，在通電的情況下，可準確地讀出讀數。該讀數的大小能反應出電路的工作狀態。開路故障時電氣二次回路中交流電非常容易出現的一類故障的情況，一般指的是在電流運轉過程中，發出了各類的電氣一次回路斷線信號，儀器的整體顯示其中電流為零值，也就是說沒有電流通過；電流互感器有很大的響聲發出來，在具體接觸導線處可能還有火花出現[6,7]。

6 結語

在機械設備發生故障后，要迅速地消除故障。為了加快對故障的排除，需要采用一些故障診斷方法。機械設備故障多是由機械設備設計缺陷、人為操作失誤以及設備運行維護不當造成的。故障診斷主要包括信號采集、特征提取、狀態識別以及診斷決策4 個過程。故障診斷的關鍵在于狀態的識別，而狀態的識別依賴于數據庫中的故障類型，這就要求故障數據庫中收錄的信息十分豐富。