煤礦機械設備故障分析與診斷技術及發展趨勢分析

張秀明，牛娜，聶淼

（1.兗礦東華重工有限公司煤機裝備制造分公司；2.兗煤藍天清潔能源有限公司，山東 濟寧 273500）

在煤礦企業生產過程中，煤礦現代化、機械化建設水平不斷提高，機械設備能夠代替人力完成大量的生產作業工作，是提高煤炭企業生產作業的關鍵所在，但是，機械設備的作業強度較高，在生產過程中不可避免地會出現一定的故障問題，如果故障問題沒有及時識別并維修，會影響整體生產效率。為此，煤礦企業必須做好機械設備故障的分析和診斷工作，并不斷創新診斷及時，提高機械設備故障診斷效率，對于煤礦企業發展具有重要意義。

1 煤礦機械設備的基本特點分析

大部分煤礦企業的生產都需要在井下完成，機械設備是現代煤礦企業生產中必須可少的工具，煤礦生產所采用的機械設備具有以下幾項基本特征：（1）作業環境惡劣。煤礦機械設備的作業環境較為惡劣，在作業過程中會受到強烈的摩擦、振動以及沖擊，整體作業環境較為艱苦，且井下存在大量的煤灰、粉塵與氣體，機械設備很容易被腐蝕，從而出現故障問題。（2）連續作業時間較長。為了滿足煤礦企業生產計劃，大部分的煤礦機械設備都需要長時間連續作業，在高強度的運行環境下，機械設備就會出現一定的故障問題。由此可見，煤礦機械設備需要長時間在惡劣的井下環境中作業生產，所以較為容易出現故障性問題，因此企業必須做好機械設備故障診斷與分析技術優化，確保所采用的診斷與分析技術能夠高效識別出機械設備存在的故障問題，根據診斷和分析結構制定相應的維修策略，從而能夠有效提高企業生產效率。

2 煤礦機械設備故障分析與診斷技術

根據當前我國煤礦企業的生產實踐來看，所采用的機械設備分析診斷技術具有多種類型，按照機械設備的實際故障類型，需要采用不同的分析診斷技術，并考慮到分析診斷技術的應用率和成本問題，選擇最適合的分析診斷技術。

2.1 振動檢測分析診斷技術

振動檢測分析診斷技術是一項作為基礎的技術類型，在煤礦企業中應用較為廣泛，能夠快速識別出煤礦機械設備存在的一些簡單故障問題。振動診斷檢測技術的應用原理為：以煤礦機械設備在運行時產生的信號變化規律作為基礎，通過對其信號規律變化，能夠識別出當前機械設備是否存在運行故障問題，如果信號變化規律存在異常，則說明機械設備中某一處存在故障。該項技術應用較為簡便，診斷檢測流程快捷，具有實時性較強等多項優勢，能夠有效識別出多項多種不同類型的故障問題，所以應用較為廣泛，在實際應用中具有良好的效果。

2.2 無損檢測分析診斷技術

根據當前煤礦企業的生產實踐來看，針對煤礦機械設備的故障分析與診斷，無損檢測技術的應用較為廣泛，無損檢測技術是指不對機械設備造成任何損傷的情況下對其內部和外部進行檢測，從而識別出機械設備存在的故障維問題，機械設備外部故障檢測主要包括超聲波檢測技術、磁粉檢測技術、全息檢測技術以及滲透檢測技術等，針對機械設備的內部故障主要采用射線檢測技術、微波技術等，能夠起到良好的效果，最主要的是無損檢測技術不需要對機械設備進行拆卸等，所以不會產生任何損傷，能夠防止機械設備故障進一步擴大，從而起到來搞的保護作用。

2.3 紅外測溫分析診斷技術

許多煤礦機械設備在運行時，自身溫度較高，所以可以采用紅外測溫診斷技術，明確當前機械設備整體或局部溫度，如果與標準溫度存在差異，那么則說明該機械設備存在著一定的故障問題，同時，可以快速判斷故障存在位置，是一項效率較高的診斷技術，但是應用限制較大，只能夠應用在作業溫度變化明顯的機械設備故障診斷中。

2.4 油液磨損分析診斷技術

油液磨損診斷技術在煤礦機械設備的診斷中較為常見，其基本應用流程為：在機械設備的潤滑和環保液壓系統中提取油液樣本→利用光譜、鐵鋪分析→通過油液分析技術對油液的磨削進行識別→判斷油液介質的物理變化和化學變化→根據結果分析機械設備是否存在故障。

3 保障設備維修性技術分析

針對煤礦機械設備的故障診斷和分析，其主要目的是為后續的維修工作打下基礎，制定科學的維修方案，所以必須做好設備維修性保障技術處理。為了進一步提高煤礦機械設備的維修性，需要根據實際情況制定科學的優化策略。在機械設備設計方面，必須對機械設備的功能實現以及其所處作業環境進行分析，之后對機械設備的結構進行簡化處理，從而提高故障維修便捷性。在煤礦機械設備的可達性設計中，包括機械設備內部、外部以及工作環境設計，同時需要考慮機械設備的識別性設計，因為井下作業條件較為惡劣，且機械設備的運行和結構較為復雜，所以需要提高機械設備識別性，幫助工作人員準確判斷機械設備當前所處位置。與此同時，需要對機械設備的標準化和模塊化進行設計，通過模塊化設計能夠提高故障定位準確性，從而提升維修工作效率，且被替換的模塊和零部件可以實現循環利用，有利于降低機械設備的維修成本。因此，可以采用建立機械設備失效模型的方法，確定最佳的維修周期，根據對煤礦機械設備的分析結果，繪制相應的失效曲線，其具體表現形式如圖1所示。

圖1 煤礦機械設備失效曲線

根據上述曲線的分析結構，結合機械設備的電氣原理，通過采用相應的檢測技術，即可明確當前機械設備的故障問題。

4 煤礦機械設備分析和針對技術發展趨勢分析

通過上文分析可以看出，煤礦機械設備的分析和診斷技術對于提高作業安全性、提高生產效率與企業經濟效益具有重要的作用，所以必須明確分析與診斷技術的發展趨勢，才能夠提高分析診斷技術創新水平，以更加科學的分析和診斷技術應對機械設備的故障問題。

（1）模糊數學在煤礦機械設備的分析與診斷技術方面逐漸取得應用，因為煤礦機械設備的故障發生存在多種復雜的關系，故障類型與故障原因具有不對應性，所以采用故障樹分析和診斷技術具有不確定性，不確定性則為模糊性。將模糊數學技術應用在煤礦的機械設備診斷中，能夠得到機械設備故障原因和故障特點的非線性數學模型。在應用模糊數學技術時，需要選擇最合適的表現方法，建立故障預測與故障愿意矩陣，從而能夠更加準確地分析故障結果，有利于提升煤礦機械設備故障分析和診斷效率。

（2）在針對煤礦機械設備的診斷技術中，近年來，神經網絡技術的應用頻率逐漸上升，神經網絡診斷技術采用多分辨率的方式，通過對頻率窗和時間窗的結合，對機械設備的信號進行動態化修正，相比傳統的振動分析技術而言，神經網絡技術分析結果更加準確，且神經網絡技術具有深度學習功能，能夠根據每次檢測的數據對自身的數據庫進行完善，是一種有效的機械設備診斷分析技術，能夠解決一些當前無法解決的問題，同時，能夠與數學模型等方法得到深度結合，提高故障分析結果準確性，是未來煤礦機械設備分析與診斷技術發展的主要方向。

5 結語

綜上所述，本文全面闡述煤礦機械設備的基本特征，并對當前所采用的多項故障分析和故障診斷技術進行分析，同時，提出提高煤礦機械設備維護性的科學分析方法，最后對煤礦機械設備分析和診斷技術的發展趨勢進行展望，希望能夠對我國煤礦企業發展起到一定的借鑒和幫助作用。