礦用掘進機機電設備智能診斷系統的研究

李嘉裕

（晉能控股煤業集團煤峪口礦，山西 大同 037003）

引言

掘進機是一種集機、電、液于一體的大型機械設備，是煤礦井下掘進作業的核心，工作時的可靠性直接決定了巷道掘進效率和掘進安全性。在工作過程中掘進機通過電氣控制系統控制液壓系統，液壓系統又控制相關執行機構進行掘進作業，所涉及的相關系統有電氣系統、液壓系統、截割機構等，其中又以液壓系統的故障率最高，當發生故障后需要人工根據經驗逐項進行排查分析，故障排除周期長，給煤礦井下的掘進效率和掘進安全造成了較大的隱患。因此，本文總結了掘進機機電設備的常見問題，提出了礦用掘進機機電設備智能診斷系統，對提升掘進機故障維護效率具有十分重要的意義。

1 掘進機故障分析

通過對掘進機工作過程中機電設備運行故障的分析匯總，電氣設備故障、液壓系統故障、截割機構故障占據了整個機電設備故障的96%以上[1]，因此本文重點對該三類故障進行分析。

1.1 電氣系統故障

電氣故障主要是指掘進機的控制系統故障，通過對電氣系統故障類別的分析，工作過程中線路問題發生故障的概率較低，一般性的線路問題主要是由于掘進機使用時間長導致的線路老化問題，該類問題占據了約3%，另一部分是可編程控制器故障，該故障類型占據了整個故障類型的95%以上。該故障主要表現為可編程控制器的無信號輸出和接觸器接觸不良。

可編程控制器的無信號輸出主要是線路虛插、控制系統元器件異常等，該故障可以通過采用狀態指示來判斷，設置一個判斷程序，若指示燈顯示綠色則表示有信號輸出，若顯示紅色就表示無信號輸出。接觸器接觸不良主要是由于接觸器的線圈異常導致的，可以通過利用萬用表對線圈的電阻率進行測定，確定故障區域和原因。若是出現接觸器無法吸合的問題，則可能是供電電壓不穩導致電源下降導致的，此時可以通過增加穩壓電源來解決。

1.2 液壓系統故障

掘進機掘進作業時的動力主要來自于液壓系統，因此液壓系統不僅要頻繁地進行換向、伸縮油缸等，而且還要承受截割作業時巨大的截割沖擊作用。液壓系統常見的故障主要是液壓元件在高強度工作下的損壞、管路漏液等，目前的液壓系統一般都設置有蓄能器緩沖裝置，能夠極大地降低液壓沖擊。另一方面由于煤礦井下工作環境較為惡劣，粉塵濃度大，經常出現油液污染的現象，導致換向閥堵塞等，因此需要重點對油缸進行密封，在油管處設置多重過濾裝置，定期更換液壓系統的油液。

1.3 截割機構故障

截割機構主要包括截割滾筒、截割傳動系統、截割頭等，截割機構的故障主要是截割過程中截割頭斷裂，該故障主要是由于截割控制系統對截割過程控制失效導致的，目前多采用優化控制系統，采用記憶截割或者自適應截割控制來實現截割作業過程中的智能調節。

2 掘進機故障庫的建立

在對掘進機常見故障類型進行分析的基礎上，為了實現對各類故障的分類存儲和快速匹配，本文提出了以故障樹模型機理為基礎，建立掘進機機電設備故障層級庫[2]，能夠實現將所有故障、原因分析、解決措施進行匯總的目的，便于在下次故障發生后能夠在最短的時間內完成對故障的排查和定位，快速修復掘進機，降低對巷道掘進作業的影響，該掘進機故障庫邏輯原理如下頁圖1所示[3]。

圖1 掘進機故障庫邏輯原理示意圖

在該掘進機故障庫中，采用了故障案例完善和自我學習的雙軌制，既能夠通過人工進行故障原因、維修措施、經驗教訓的輸入，也能夠通過系統對故障處理過程的自我學習進行不斷完善，若在工作過程中發現故障庫內的案例需要進行修正，則可以通過獲取相應的權限進行完善，確保故障庫內案例的準確性和完整性，提高故障庫的豐富程度，為實現故障的智能診斷和處理奠定基礎。

3 掘進機故障智能診斷系統的應用效果

在建立掘進機機電系統故障樹的基礎上，為了進一步提升對故障判斷的準確性，提升掘進機的運行穩定，本文建立了基于智能控制的掘進機故障診斷系統，系統結構如圖2所示。

圖2 掘進機故障智能診斷系統

由圖2可知，該故障智能診斷系統主要是依靠布置在掘進機機電系統上的傳感器對掘進機運行過程中的機電信號、液壓系統的工作壓力、活塞桿行程、截割負載、截割電機電流情況進行監測，將監測信息經過A/D轉換后傳輸到監測系統內進行分析，該監測系統的判斷邏輯是基于對機電系統常見故障類別、故障現象的分析，采用了故障樹分析方法，從上到下逐層對故障原因進行分析，識別出故障后與系統存儲的故障類型進行對比，從而快速判斷出掘進機的故障原因，提供解決方法，從而有效地縮短故障排除時間，提高系統運行的可靠性。

通過應用掘進機故障診斷系統，不僅能夠快速地鎖定故障類型，也能夠減少因維修人員經驗不足導致的維修異常，根據實際對比，采用掘進機故障自動診斷后，對故障的維修時間降低了83%，故障一次鎖定率提升了92%，對提升掘進機故障維護效率具有十分重大的意義。

4 機電設備維保機制

通過對掘進機機電設備故障的分析，發現多數故障的發生都是由于維護保養不及時導致的，因此建立一個規范、有序的機電設備故障維護機制對降低設備故障率、延長使用壽命具有十分重要的意義[4]。對機電設備的維護主要是要建立定期檢查、維護保養機制，形成點檢記錄文件，進行日檢、周檢、月檢、季檢、年檢，分層級進行，逐步深入，確保設備元器件均處于良好的工作狀態，對降低故障率具有十分重要的意義。

要建立人員培訓機制，持證上崗，定期對人員應知應會進行抽查，建立“回爐”機制，確保人員具備較高的專業素質能力。

5 結論

1）掘進機機電設備運行故障主要包括電氣設備故障、液壓系統故障、截割機構故障，故障類型占據了整個掘進機機電故障的96%以上；

2）以故障樹分析法為基礎，實現了對故障的自動識別和分析，快速提供解決方案，提高掘進機運行穩定性，能夠將故障維修時間降低83%，將故障一次鎖定率提升92%，對提升掘進機故障維護效率具有十分重大的意義；

3）通過建立機電設備定期維護保養機制和人員培訓機制，對提升掘進機運行可靠性具有十分重要的意義。