故障診斷技術(shù)在煤礦機(jī)械設(shè)備中的應(yīng)用

霍龍躍

（山西煤炭運(yùn)銷(xiāo)集團(tuán)有限公司 山西省太原市 030006）

煤礦行業(yè)是我國(guó)的基礎(chǔ)行業(yè)，與國(guó)家發(fā)展和人民生活具有密不可分的關(guān)系，隨著我國(guó)裝備制造水平的不斷提升，煤礦機(jī)械設(shè)備的種類(lèi)呈現(xiàn)了明顯的復(fù)雜化演變趨勢(shì)，以煤礦井下安全、高質(zhì)量開(kāi)采為基礎(chǔ)，應(yīng)對(duì)煤礦機(jī)械設(shè)備進(jìn)行常態(tài)化故障診斷，科學(xué)提高煤礦井下開(kāi)采安全系數(shù)，深度踐行安全生產(chǎn)責(zé)任制。

1 故障診斷技術(shù)應(yīng)用的必要性與工作特點(diǎn)

煤礦開(kāi)采工作由于工作性質(zhì)與工作環(huán)境的特殊性，設(shè)備故障出現(xiàn)概率比較高。如果不能及時(shí)地發(fā)現(xiàn)并解決問(wèn)題，將會(huì)對(duì)煤礦開(kāi)采工作人員的人身安全產(chǎn)生巨大的威脅。所以在平時(shí)的工作中對(duì)煤礦開(kāi)采設(shè)備進(jìn)行完善的檢查和維護(hù)具有非常強(qiáng)的必要性。一方面使用故障診斷技術(shù)對(duì)設(shè)備進(jìn)行充分的檢查可以在第一時(shí)間掌握煤礦開(kāi)采設(shè)備的使用情況，對(duì)潛在的故障進(jìn)行排查，為煤礦開(kāi)采工作的順利進(jìn)行提供保障。另一方面大量的工程作業(yè)給施工人員和機(jī)械設(shè)備都增加了很多無(wú)形的壓力，設(shè)備出現(xiàn)故障的概率也隨之增加，使用故障診斷技術(shù)對(duì)一直處于高強(qiáng)度工作環(huán)境的設(shè)備進(jìn)行排查，可以有效發(fā)現(xiàn)并解決設(shè)備的故障和問(wèn)題，提升煤礦開(kāi)采效率的基礎(chǔ)上，大大保障了施工人員的人身安全。

煤礦開(kāi)采的工作環(huán)境地質(zhì)結(jié)構(gòu)復(fù)雜，空間也很小，機(jī)械設(shè)備長(zhǎng)期在這樣的工作環(huán)境下運(yùn)作，很大程度上增加了磨損的情況。所以故障診斷技術(shù)在工作的過(guò)程中需要對(duì)各類(lèi)不同的故障進(jìn)行準(zhǔn)確的診斷，有效識(shí)別故障的種類(lèi)并分析解決的措施，提升故障解決的效率。同時(shí)，為了節(jié)省時(shí)間，故障診斷技術(shù)必須在第一時(shí)間做出反應(yīng)，及時(shí)對(duì)故障進(jìn)行識(shí)別和定位。另外，面對(duì)復(fù)雜的作業(yè)環(huán)境，故障診斷系統(tǒng)需要根據(jù)不同的狀況完善數(shù)據(jù)信息，不斷提升自主適應(yīng)能力。

2 煤礦機(jī)械設(shè)備常見(jiàn)故障

《煤炭工業(yè)發(fā)展“十三五”規(guī)劃》中明確，到2020年我國(guó)要實(shí)現(xiàn)煤炭供需基本平衡，煤炭產(chǎn)量控制在39 億噸的目標(biāo)，相比2016年我國(guó)煤炭產(chǎn)量33.6 億噸，具有5.4 億噸的產(chǎn)量差距。為有效滿(mǎn)足《煤炭工業(yè)發(fā)展“十三五”規(guī)劃》中的相關(guān)要求，應(yīng)全面推進(jìn)煤礦機(jī)械化開(kāi)采，對(duì)機(jī)械設(shè)備進(jìn)行故障檢驗(yàn)至關(guān)重要。以下對(duì)煤礦機(jī)械設(shè)備常見(jiàn)故障進(jìn)行介紹：

2.1 煤礦礦井提升設(shè)備故障

煤礦礦井提升設(shè)備在煤礦開(kāi)采中占有重要地位，通過(guò)實(shí)際調(diào)查和統(tǒng)計(jì)分析可知，目前，該設(shè)備的主要運(yùn)行故障包括起重機(jī)故障、繩索松動(dòng)故障，這些事故一旦發(fā)生將產(chǎn)生嚴(yán)重的事故影響，危害煤礦井下開(kāi)采人員的生命安全。

2.2 高壓異步電動(dòng)機(jī)設(shè)備故障

圖1：軸承溫度傳感器安裝示意圖

圖2：風(fēng)電機(jī)組振動(dòng)檢測(cè)系統(tǒng)

圖3：傳動(dòng)軸軸向和徑向檢測(cè)位置示意圖

高壓異步電動(dòng)機(jī)設(shè)備具有長(zhǎng)期運(yùn)行特征，目前，其已在我國(guó)煤礦井下開(kāi)采工作中得以廣泛應(yīng)用，受到長(zhǎng)期磨損影響，絕緣老化問(wèn)題將嚴(yán)重危害生產(chǎn)安全。

2.3 煤礦采掘機(jī)設(shè)備故障

煤礦采掘機(jī)的有效應(yīng)用大大提高了煤礦生產(chǎn)效率，該設(shè)備的常見(jiàn)故障主要包括內(nèi)部電子元件損壞引發(fā)的參數(shù)異常變化。

3 故障診斷技術(shù)在煤礦機(jī)械設(shè)備中的具體應(yīng)用

3.1 溫度監(jiān)測(cè)診斷

通過(guò)科學(xué)分析和實(shí)踐調(diào)查可知，煤礦機(jī)械設(shè)備故障往往伴隨著溫度的異常變化，因此，可通過(guò)溫度監(jiān)測(cè)判斷煤礦機(jī)械設(shè)備的運(yùn)行狀態(tài)，以下對(duì)溫度檢測(cè)診斷技術(shù)在煤礦機(jī)械設(shè)備管理中的具體應(yīng)用進(jìn)行介紹：

溫度監(jiān)測(cè)診斷技術(shù)診斷能力的發(fā)揮來(lái)源于溫度傳感器對(duì)機(jī)械設(shè)備溫度的實(shí)時(shí)獲取，考慮到煤礦礦井提升設(shè)備、高壓異步電動(dòng)機(jī)設(shè)備以及煤礦采掘機(jī)設(shè)備的故障發(fā)生風(fēng)險(xiǎn)以及故障危害，相關(guān)人員可在這些設(shè)備上靈活安裝溫度傳感器，實(shí)時(shí)獲取設(shè)備的溫度數(shù)據(jù)。為提高溫度監(jiān)測(cè)診斷的精準(zhǔn)性，應(yīng)合理規(guī)劃溫度傳感器安裝位置。一般來(lái)說(shuō)，滾動(dòng)體、鉸鏈、軸承及齒輪等機(jī)械構(gòu)件上的溫度能夠有效反饋設(shè)備的運(yùn)行狀態(tài)，軸承溫度傳感器安裝示意圖如圖1所示。在安裝溫度傳感器的基礎(chǔ)上，相關(guān)人員可在控制平臺(tái)上對(duì)設(shè)備運(yùn)行溫度進(jìn)行分析，結(jié)合設(shè)備的正常運(yùn)行溫度進(jìn)行溫度對(duì)比，一旦實(shí)際運(yùn)行中的設(shè)備溫度超過(guò)正常運(yùn)行溫度，設(shè)備管理人員需要立刻進(jìn)行設(shè)備關(guān)停，并查明故障發(fā)生位置，完成煤礦機(jī)械設(shè)備的有效檢修。要想進(jìn)一步發(fā)揮溫度監(jiān)測(cè)診斷技術(shù)的作用優(yōu)勢(shì)，相關(guān)人員還可結(jié)合設(shè)備正常運(yùn)行狀態(tài)，設(shè)定運(yùn)行溫度限值，一旦溫度監(jiān)測(cè)診斷技術(shù)檢測(cè)到設(shè)備運(yùn)行溫度超過(guò)溫度限值，監(jiān)測(cè)系統(tǒng)將立刻導(dǎo)出預(yù)警信息，支持設(shè)備管理人員開(kāi)展故障檢修。

3.2 振動(dòng)檢測(cè)診斷

由于煤礦機(jī)械設(shè)備在運(yùn)行過(guò)程中出現(xiàn)故障時(shí)經(jīng)常伴隨著異常振動(dòng)，可采用振動(dòng)檢測(cè)診斷技術(shù)進(jìn)行故障分析和故障排除，以下對(duì)其進(jìn)行介紹：

通過(guò)實(shí)際分析和綜合統(tǒng)計(jì)可知，煤礦機(jī)械設(shè)備運(yùn)行過(guò)程中轉(zhuǎn)子運(yùn)行故障、支撐系統(tǒng)運(yùn)行故障以及連接故障均可能導(dǎo)致異常振動(dòng)，正常運(yùn)行狀態(tài)下，機(jī)械設(shè)備的振動(dòng)頻率和振動(dòng)頻率相對(duì)穩(wěn)定，在振動(dòng)檢測(cè)診斷技術(shù)的應(yīng)用過(guò)程中，相關(guān)人員可結(jié)合煤礦機(jī)械設(shè)備在正常運(yùn)行狀況下的振動(dòng)數(shù)據(jù)特征，分析煤礦機(jī)械設(shè)備在實(shí)際運(yùn)行過(guò)程中是否存在不正常運(yùn)行狀態(tài)。若經(jīng)過(guò)數(shù)據(jù)對(duì)比發(fā)現(xiàn)煤礦機(jī)械設(shè)備存在異常振動(dòng)現(xiàn)象，則可判定相關(guān)機(jī)械設(shè)備已存在明顯運(yùn)行隱患，以此為基礎(chǔ)，煤礦機(jī)械設(shè)備管理人員可進(jìn)行故障檢修和隱患排除[1]。另外，振動(dòng)檢測(cè)診斷技術(shù)能夠有效地結(jié)合煤礦機(jī)械設(shè)備的運(yùn)行環(huán)境，獲取煤礦機(jī)械設(shè)備在一段時(shí)間內(nèi)振動(dòng)幅度、振動(dòng)頻率的變化數(shù)據(jù)，判斷機(jī)械設(shè)備老化效果，科學(xué)支持設(shè)備管理人員對(duì)機(jī)械設(shè)備元件進(jìn)行更換或煤礦機(jī)械設(shè)備整體更替，風(fēng)電機(jī)組振動(dòng)檢測(cè)系統(tǒng)如圖2所示。另外，在振動(dòng)檢測(cè)診斷技術(shù)的支持下，相關(guān)人員還能根據(jù)異常振動(dòng)狀態(tài)下振動(dòng)幅度、振動(dòng)頻率與正常振動(dòng)狀態(tài)下機(jī)械設(shè)備振動(dòng)幅度、振動(dòng)頻率的差值，判斷故障程度，定位故障位置，提高機(jī)械設(shè)備故障檢修效率[2]。

3.3 超聲無(wú)損檢測(cè)

在煤礦機(jī)械設(shè)備檢修和管理過(guò)程中，超聲無(wú)損檢測(cè)技術(shù)具有較高的先進(jìn)化程度，其能在不損害設(shè)備質(zhì)量的情況下獲知故障、缺陷發(fā)生位置，以下對(duì)煤礦機(jī)械設(shè)備管理中超聲無(wú)損檢測(cè)技術(shù)的應(yīng)用進(jìn)行具體介紹：

相關(guān)調(diào)查表明，2015年~2019年，全國(guó)煤礦數(shù)量分別為10800個(gè)、7866 個(gè)、6794 個(gè)、5800 個(gè)和5350 個(gè)，呈現(xiàn)了明顯的下降趨勢(shì)，這表明我國(guó)去產(chǎn)能工作已經(jīng)全面轉(zhuǎn)入結(jié)構(gòu)性去產(chǎn)能、系統(tǒng)性?xún)?yōu)產(chǎn)能的新階段。在該階段中煤礦機(jī)械設(shè)備運(yùn)行狀態(tài)的保證至關(guān)重要，超聲無(wú)損檢測(cè)技術(shù)可向煤礦機(jī)械設(shè)備的指定位置發(fā)射超聲波，通過(guò)分析波段在發(fā)射前后產(chǎn)生的變化，定位故障發(fā)生位置，判斷機(jī)械設(shè)備運(yùn)行狀態(tài)。在實(shí)際檢測(cè)中，可根據(jù)公式h=mD/n 計(jì)算缺陷深度，其中m 為缺陷回波到第一個(gè)物質(zhì)界面波之間的距離；D 為傳動(dòng)軸直徑；n 為傳動(dòng)軸地波和第一個(gè)界面之間的距離[3]。傳動(dòng)軸軸向和徑向檢測(cè)位置如圖3所示。超聲波無(wú)損檢測(cè)技術(shù)相比溫度監(jiān)測(cè)診斷技術(shù)和振動(dòng)檢測(cè)診斷技術(shù)具有較高的精細(xì)化程度，能夠?qū)γ旱V機(jī)械設(shè)備內(nèi)部關(guān)鍵部件的實(shí)際狀況進(jìn)行分析，并根據(jù)反饋數(shù)據(jù)判斷機(jī)械設(shè)備的使用壽命。

3.4 自動(dòng)化技術(shù)

基于煤礦機(jī)器設(shè)備穩(wěn)定運(yùn)行對(duì)煤礦安全開(kāi)采的重要意義，機(jī)械設(shè)備管理人員和其他相關(guān)人員應(yīng)積極開(kāi)拓技術(shù)視野，引進(jìn)自動(dòng)化技術(shù)，合理優(yōu)化煤礦機(jī)械設(shè)備故障檢測(cè)系統(tǒng)。

相關(guān)調(diào)查顯示，2015年~2019年，我國(guó)煤礦平均年產(chǎn)量分別為34 萬(wàn)噸/年、43 萬(wàn)噸/年、51 萬(wàn)噸/年、61 萬(wàn)噸/年和70 萬(wàn)噸/年，可見(jiàn)煤礦井下機(jī)械設(shè)備的應(yīng)用已取得顯著成就。在自動(dòng)化技術(shù)的支持下，煤礦機(jī)械設(shè)備故障檢測(cè)系統(tǒng)可以有效地結(jié)合溫度監(jiān)測(cè)診斷技術(shù)、振動(dòng)檢測(cè)診斷技術(shù)和超聲波無(wú)損檢測(cè)技術(shù)，對(duì)機(jī)械設(shè)備的運(yùn)行狀態(tài)進(jìn)行全方位獲取。由于溫度檢測(cè)診斷技術(shù)、振動(dòng)檢測(cè)診斷技術(shù)和超聲波無(wú)損檢測(cè)技術(shù)具有不同的檢測(cè)重點(diǎn)和檢測(cè)優(yōu)勢(shì)，機(jī)械設(shè)備故障檢測(cè)系統(tǒng)可對(duì)不同檢測(cè)技術(shù)導(dǎo)出的檢測(cè)數(shù)據(jù)進(jìn)行分類(lèi)儲(chǔ)存和整合分析。在分類(lèi)儲(chǔ)存空間中，設(shè)備管理人員和設(shè)備檢修人員可以按照相關(guān)需求進(jìn)行設(shè)備溫度信息、振動(dòng)信息和關(guān)鍵零部件信息的針對(duì)性調(diào)取和分析。而在綜合分析層面上，該系統(tǒng)可以結(jié)合多個(gè)檢測(cè)數(shù)據(jù)，按照設(shè)備穩(wěn)定運(yùn)行需求，發(fā)出預(yù)警信息，支持相關(guān)人員快速完成機(jī)械設(shè)備故障檢修，通過(guò)精準(zhǔn)定位機(jī)械設(shè)備故障發(fā)生位置，提高機(jī)械設(shè)備故障檢修的精準(zhǔn)性和針對(duì)性，有效延長(zhǎng)煤礦機(jī)械設(shè)備的使用壽命，提高煤礦井下開(kāi)采工作的安全系數(shù)。

4 結(jié)論

目前，我國(guó)正處于深化能源體制改革工作推進(jìn)的關(guān)鍵時(shí)期，基于煤礦機(jī)械設(shè)備運(yùn)行環(huán)境的復(fù)雜性以及煤礦機(jī)械設(shè)備對(duì)煤礦井下安全開(kāi)采工作的重要影響，應(yīng)充分重視煤礦機(jī)械設(shè)備故障診斷，靈活應(yīng)用溫度監(jiān)測(cè)診斷技術(shù)、振動(dòng)檢測(cè)診斷技術(shù)、超聲無(wú)損檢測(cè)技術(shù)和自動(dòng)化技術(shù)，及時(shí)發(fā)現(xiàn)設(shè)備運(yùn)行隱患，并加以排除。