淺談故障診斷技術(shù)在礦山機(jī)電設(shè)備維修中的應(yīng)用

唐偉

（鄭州煤電股份有限公司 河南鄭州 450000）

現(xiàn)如今，由于我國(guó)的市場(chǎng)經(jīng)濟(jì)發(fā)展速度較快，對(duì)煤炭資源的需要量也日益增大。在我國(guó)煤炭資源中，煤炭的開采效益一直是我國(guó)煤炭企業(yè)所關(guān)注的重要問題，而改善煤炭采礦效率的有效舉措主要是提高煤炭的采礦機(jī)械設(shè)備，并積極引入先進(jìn)、科學(xué)的采礦技術(shù)。當(dāng)企業(yè)采用煤炭機(jī)械技術(shù)設(shè)備時(shí)，由于特殊的環(huán)境以及長(zhǎng)時(shí)間地采用機(jī)械設(shè)備會(huì)造成機(jī)械技術(shù)設(shè)備發(fā)生失效，從而影響我國(guó)煤炭企業(yè)的采礦質(zhì)量和開發(fā)效益。為保證機(jī)械的正常工作，有關(guān)人員必須科學(xué)合理地運(yùn)用故障判別技術(shù)，將故障診斷的項(xiàng)目技術(shù)運(yùn)用到礦山內(nèi)機(jī)械設(shè)備的修理中，既適應(yīng)當(dāng)前的國(guó)情，又吸取了先進(jìn)的科學(xué)技術(shù)與經(jīng)驗(yàn)，這就能夠很好地改善礦山的質(zhì)量管理，改善現(xiàn)有的維護(hù)制度，增強(qiáng)機(jī)械設(shè)備的穩(wěn)定性，使之更符合中國(guó)特色社會(huì)主義市場(chǎng)的操作規(guī)范。

1 機(jī)械設(shè)備故障診斷技術(shù)簡(jiǎn)介

1.1 設(shè)備故障診斷技術(shù)的發(fā)展概念

從根本上來說，設(shè)備故障診斷技術(shù)是一項(xiàng)安全措施，即在不影響生產(chǎn)流程的狀況下，檢查該設(shè)備的各個(gè)主要組成部分的參數(shù)是否在該裝置最佳使用狀況的范圍之內(nèi)。通過比較精密的儀器和儀表上的數(shù)據(jù)，來了解被檢查的裝置是否適合長(zhǎng)期操作，能否起到正常的功能用途，是否有損壞或者一定程度的參數(shù)值發(fā)生了變化，或者一旦出現(xiàn)異常，究竟是由于何種因素而導(dǎo)致的問題發(fā)生，損壞程度又是多大，還能否持續(xù)使用，同時(shí)，還要通過部分的損壞程度測(cè)出可以持續(xù)使用的時(shí)間長(zhǎng)短，以及評(píng)估其是否還能夠使用替代性的電子元器件來延長(zhǎng)使用時(shí)間，從而降低成本等。這一切都是可以在檢查裝置正常工作狀況下實(shí)現(xiàn)的［1］。

1.2 設(shè)備故障診斷技術(shù)的基本原理

顧名思義，機(jī)械設(shè)備故障問題是通過檢測(cè)外在整個(gè)機(jī)械設(shè)備上顯示出的不協(xié)調(diào)性現(xiàn)象，也就是說機(jī)械設(shè)備經(jīng)過檢測(cè)后發(fā)現(xiàn)了設(shè)備故障現(xiàn)象，而這個(gè)現(xiàn)象的形成是由于元器件損壞或者在實(shí)際運(yùn)用過程中受到某些影響，可能是長(zhǎng)期而不間歇的使用，也可能是電源流通量過大，又或者是機(jī)械設(shè)備不正確的運(yùn)行，所造成的技術(shù)參數(shù)值異于正常出廠設(shè)置偏大，更通俗地講是機(jī)械設(shè)備運(yùn)轉(zhuǎn)不準(zhǔn)確。如果出現(xiàn)了故障，這些參數(shù)的改變就外顯到部件的某個(gè)物理變化上，而這些改變就被稱為特性因子，也簡(jiǎn)稱特征參數(shù)。這些機(jī)械特性參數(shù)中，可以很敏感地反映機(jī)械系統(tǒng)故障狀況的值被稱作故障判別的敏感因子，當(dāng)設(shè)備不工作時(shí)，敏感因子的數(shù)值被稱作閥位。不要單純地只看到設(shè)備表面的改變而忽略了本質(zhì)性問題，有可能電氣設(shè)備從外看并不存在任何異常或功能不健全，但是由于檢測(cè)出的特性參數(shù)不正常增大，這也算是一個(gè)電氣設(shè)備故障，而只有當(dāng)這些主要參數(shù)在所設(shè)定的區(qū)域內(nèi)變化波動(dòng)，才能算是電氣設(shè)備在正常工作。特性參量是隨出現(xiàn)故障問題嚴(yán)重性的增加而增大，也就是說，出現(xiàn)故障問題影響程度愈大，特性的主要參數(shù)也會(huì)愈大。綜上所述，可通過測(cè)量出來的特性參量來確定出現(xiàn)的故障問題。其基本原理是：由于故障程度和特性基本參數(shù)是呈正相關(guān)性的，而這個(gè)特性基本參數(shù)往往要比外在的現(xiàn)象的故障程度要精確。也就是說，可以利用不同的元器件的特征參數(shù)，來判斷哪些元器件存在了故障問題、這些問題是否會(huì)影響整個(gè)機(jī)器的正常工作，以及如何才能不被更換持續(xù)運(yùn)行，這也正是設(shè)備故障技術(shù)的基本原理［2］。

2 礦山機(jī)械裝置故障形成的因素

2.1 配合關(guān)系的變化

當(dāng)機(jī)械設(shè)備發(fā)生故障后，人們?cè)趯?duì)故障部位觀察時(shí)發(fā)覺大多故障的形成均是由零部件的自身磨損程度和零部件之間原配關(guān)系產(chǎn)生改變而引起的。零部件損壞是指零部件原有形狀和規(guī)格比原來設(shè)定的性能出現(xiàn)了偏差，該偏離是由于設(shè)備在運(yùn)用途中，各方面原因?qū)α慵餐饔眯纬傻暮蠊Ａ悴考Ｒ姄p壞主要由老化磨損和意外損壞引起。

2.2 設(shè)備的超負(fù)荷運(yùn)轉(zhuǎn)

各臺(tái)設(shè)備在設(shè)計(jì)時(shí)都對(duì)輸入與輸出參數(shù)設(shè)定了限制，當(dāng)設(shè)備實(shí)際輸入、輸出中的參數(shù)超過所設(shè)定輸出值的極限時(shí)，其正常工作狀況將會(huì)發(fā)生破壞出現(xiàn)故障。當(dāng)機(jī)械設(shè)備發(fā)生超負(fù)荷運(yùn)行而造成的故障時(shí)，就必須對(duì)機(jī)械設(shè)備技術(shù)參數(shù)作出適當(dāng)調(diào)整，并采取相應(yīng)修復(fù)措施，以提高機(jī)械設(shè)備工作的能力［3］。

3 故障診斷技術(shù)在礦山機(jī)械設(shè)備修理中的使用方法

3.1 故障記錄參考法

此種故障診斷技術(shù)運(yùn)用的重點(diǎn)就是構(gòu)建礦山機(jī)電器件故障判別信息庫(kù)。這就需要有關(guān)科研人員在平時(shí)的工作當(dāng)中，通過運(yùn)用信息系統(tǒng)或依賴性元器件，對(duì)設(shè)備事故發(fā)生率更多的部位進(jìn)行細(xì)致的排查、剖析，將其表現(xiàn)的特點(diǎn)、形成的成因及其解決方式加以概括、匯總，或進(jìn)行某種形式的錄入，進(jìn)而形成礦山機(jī)電器件故障判定信息庫(kù)。在企業(yè)的礦山或機(jī)械設(shè)備維護(hù)處理過程中，如果有與此數(shù)據(jù)庫(kù)中相似的機(jī)械設(shè)備故障發(fā)生時(shí)，就能夠按照以往的工作經(jīng)驗(yàn)進(jìn)行迅速、正確的修復(fù)，以便提升工作品質(zhì)與工作效率等。

3.2 溫度、氣壓檢測(cè)法

在礦山機(jī)械裝置的一般工作流程中，其軸承、傳動(dòng)箱等有關(guān)部位的工作溫度和氣壓參數(shù)是相對(duì)恒定的。因此，首先可將此參數(shù)形成數(shù)據(jù)并加以記憶；其次，對(duì)各種裝置、各個(gè)部位進(jìn)行有關(guān)參數(shù)的測(cè)量并與記錄的數(shù)值相對(duì)比，以精確、迅速地判斷當(dāng)前機(jī)電裝置的運(yùn)行狀況，對(duì)出現(xiàn)故障的裝置進(jìn)行有效的修復(fù)，保證礦井開采工作的順利進(jìn)行。溫度、水壓測(cè)量技術(shù)有著直接、快捷的優(yōu)勢(shì)，是現(xiàn)階段礦井機(jī)電裝置檢修中最為普遍的故障診斷技術(shù)手段。

3.3 數(shù)學(xué)模型診斷法

數(shù)學(xué)模型的診斷法是由企業(yè)技術(shù)部門的科技人員利用數(shù)學(xué)的算法，對(duì)礦井機(jī)電裝置的一種復(fù)雜非線性映射關(guān)系而形成的數(shù)學(xué)檢測(cè)模型，并以礦井機(jī)電設(shè)備故障所產(chǎn)生的隱秘性和漸變性現(xiàn)象為基礎(chǔ)，建立了顯示故障產(chǎn)生原因和表現(xiàn)預(yù)兆現(xiàn)象之間模糊關(guān)系的矩陣。在對(duì)礦山機(jī)電設(shè)備的實(shí)際故障進(jìn)行診斷與處理的過程中，還可以根據(jù)自身專業(yè)經(jīng)驗(yàn)對(duì)該矩形陣加以調(diào)整，以形成定量、定性分析方法和專業(yè)經(jīng)驗(yàn)間的統(tǒng)一、融合，進(jìn)而實(shí)現(xiàn)故障診斷的高精確性。設(shè)備故障診斷數(shù)學(xué)模型的建設(shè)主要是以電腦制圖平臺(tái)為基礎(chǔ)的，其主要任務(wù)之一便是為診斷方案提供必要的基礎(chǔ)［4］。

4 故障診斷技能及在礦山機(jī)械設(shè)備修理中的運(yùn)用

4.1 診斷類型

故障診斷在礦山機(jī)械設(shè)備維護(hù)中的重要目的：對(duì)機(jī)械設(shè)備進(jìn)行計(jì)劃性的狀況維護(hù)檢測(cè)，以保證機(jī)械生產(chǎn)裝置能夠持續(xù)運(yùn)行。通常情況下，礦山機(jī)械設(shè)備故障判別維護(hù)檢測(cè)，根據(jù)其種類大致可以分為如下幾個(gè)類別。

4.1.1 事后維護(hù)檢修

事后檢測(cè)主要是指針對(duì)當(dāng)?shù)V機(jī)械裝置故障后所采用的一個(gè)處理，但卻并沒有實(shí)行主動(dòng)性措施，這就是由于當(dāng)時(shí)大部分的機(jī)械裝置是在毫無準(zhǔn)備的狀況下進(jìn)行的，所以對(duì)于礦機(jī)設(shè)備的事后故障診斷的這種措施，維護(hù)檢修人員維修質(zhì)量并不高、效益也不理想。

4.1.2 按照一定的運(yùn)行周期進(jìn)行檢修

這種維修方法相對(duì)穩(wěn)定，雖然相對(duì)帶有強(qiáng)制的含義，但實(shí)際上也是人對(duì)機(jī)器的相對(duì)責(zé)任的體現(xiàn)。而且這種方法的檢修也相對(duì)容易，在大多數(shù)情況下是按照機(jī)器所提供的既存的正常使用年限和保養(yǎng)時(shí)間進(jìn)行具體操作。雖然這樣在外看似乎是增加了勞動(dòng)成本和人工支出，但實(shí)際上是磨刀不誤砍柴工，因?yàn)檫@在某種意義上也是對(duì)生產(chǎn)成本的一個(gè)節(jié)省，對(duì)機(jī)器設(shè)備的積極保護(hù)，從而可以提高機(jī)器設(shè)備的壽命，拉長(zhǎng)了使用期限，可以及時(shí)發(fā)現(xiàn)大問題而進(jìn)行維修，有效防止了由于大問題所造成的機(jī)器長(zhǎng)期停工問題［5］。

4.2 故障診斷的方法

4.2.1 參考故障歷史記錄診斷法

這個(gè)方法主要是根據(jù)礦山機(jī)械元件的系統(tǒng)內(nèi)部構(gòu)造原理，從發(fā)現(xiàn)的最突出的故障現(xiàn)象入手，對(duì)該局部故障現(xiàn)象的全部依賴性元電子器件和控制系統(tǒng)實(shí)行了分類排除，直至查明故障現(xiàn)象的癥結(jié)。當(dāng)?shù)V山機(jī)械裝置發(fā)生故障后，對(duì)發(fā)生故障現(xiàn)象形成的過程加以詳細(xì)排查，便能夠得到最終確診結(jié)果，把上述結(jié)果合理地集中匯總后，便能夠建立一次故障診斷集。

4.2.2 智能診斷技術(shù)

智能診斷技術(shù)指運(yùn)用整個(gè)信息系統(tǒng)，通過仿照人體大腦特性，合理地收集、傳輸、處理、再生和運(yùn)用故障信號(hào)，并運(yùn)用整個(gè)信息系統(tǒng)中已完成的專業(yè)人員的判斷經(jīng)歷和決策的一種方式。其主要分為模糊診斷法、灰色控制系統(tǒng)快速診斷方法、專家系統(tǒng)診斷法、神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)判斷法等。由于礦山中機(jī)械設(shè)備故障往往存在著重復(fù)性和隱蔽性，通過傳統(tǒng)的機(jī)械檢測(cè)方式很難迅速、精確地檢測(cè)。而專家分析機(jī)制則可以綜合利用領(lǐng)域?qū)＜业墓ぷ骱蛯ｉT知識(shí)，通過仿真專業(yè)人員的思維，對(duì)故障信息加以分類解決，從而得到正確的檢測(cè)結(jié)果。采用人工智能的專家診斷系統(tǒng)，是指利用計(jì)算機(jī)來仿真一個(gè)在特定領(lǐng)域中有突出貢獻(xiàn)的專業(yè)人員，并運(yùn)用其實(shí)際經(jīng)驗(yàn)方法來處理設(shè)備故障的一個(gè)全新檢測(cè)方式。

4.2.3 儀器診斷技術(shù)

其檢測(cè)方法是通過機(jī)械設(shè)備的液壓控制系統(tǒng)的某些內(nèi)部技術(shù)參數(shù)的控制，如氣壓、油溫、震動(dòng)、泄漏、運(yùn)行設(shè)備的轉(zhuǎn)速、扭矩等，然后經(jīng)過儀表的指示及電腦操作而得到診斷結(jié)論。檢測(cè)儀表可以大致分成3 類：通用型、專用型、綜合型。這些技術(shù)的開發(fā)方式大多都是非接觸式、便攜式、多用途和自動(dòng)化。

4.2.4 數(shù)學(xué)模型診斷技術(shù)

數(shù)學(xué)模型檢驗(yàn)技術(shù)指利用數(shù)理技術(shù)手段來處理裝置的故障問題的一類方式，一般是測(cè)出一個(gè)特性值，之后再經(jīng)過測(cè)試、數(shù)據(jù)分析、數(shù)據(jù)處理等信息來確定故障源部位。實(shí)質(zhì)內(nèi)容采用傳感器技術(shù)和動(dòng)態(tài)檢測(cè)技術(shù)為主要手段，并以信號(hào)處理與建模加工為最基本的檢查技術(shù)手段。

5 故障診斷技術(shù)在礦山及機(jī)械設(shè)備修理中的具體運(yùn)用措施

5.1 高壓異步機(jī)電動(dòng)機(jī)的故障診斷技術(shù)

這種電機(jī)與其他發(fā)電機(jī)不同的是其故障判定工作效率特別高，而且在機(jī)電設(shè)備的故障判定中很常用，能夠保證礦井開發(fā)過程的順利進(jìn)行。其主要是依靠信息與智能技術(shù)來進(jìn)行故障判定，并且能夠有效、迅速地判斷機(jī)電設(shè)備出現(xiàn)發(fā)生故障的原因，從而大大提高故障判定的工作效率。在具體的機(jī)電設(shè)備故障判定流程中，能夠通過核磁檢查與部分放電法檢查這兩個(gè)方式組合起來進(jìn)行故障判定，還能夠使用輸出電流波進(jìn)行故障判定［6］。

5.2 采煤機(jī)故障診斷

從我國(guó)采煤機(jī)的故障判別技術(shù)被列入到國(guó)家九五重大技術(shù)計(jì)劃研發(fā)專項(xiàng)中開始，我國(guó)在此方面的技術(shù)進(jìn)展速度就獲得了很大的提高。但對(duì)比外國(guó)領(lǐng)先的技術(shù)來說，我國(guó)采煤機(jī)故障判別技術(shù)的水平尚有待進(jìn)一步提升，主要體現(xiàn)在對(duì)數(shù)據(jù)參數(shù)檢測(cè)能力低、測(cè)量系統(tǒng)涉及的區(qū)域范圍狹窄和故障診斷功能不完善等方面。但是，由于測(cè)量單元、電力變頻器通信單元和故障診斷單元等測(cè)量系統(tǒng)在采煤機(jī)左右擺動(dòng)臂中的廣泛使用，我國(guó)采煤機(jī)的故障概率已經(jīng)實(shí)現(xiàn)了明顯的降低。與此同時(shí)，通過對(duì)各實(shí)時(shí)生產(chǎn)工況的檢測(cè)，將信號(hào)傳送到電腦，繼而對(duì)機(jī)電設(shè)備進(jìn)行了溫度、過流、太壓等保護(hù)，并將檢測(cè)結(jié)果顯示在液晶屏上作出顯示報(bào)警，從而降低了機(jī)械故障的發(fā)病率和由此形成的不良后果。

5.3 提升機(jī)故障診斷

提升機(jī)是礦山中搬運(yùn)環(huán)節(jié)的主要機(jī)械設(shè)備構(gòu)件之一，其工作狀況直接決定著現(xiàn)場(chǎng)作業(yè)人員的工作安全性及生產(chǎn)效力。由于提升機(jī)故障主要包括軟故障與硬件故障兩類，其中，軟故障同時(shí)也是硬件故障的前兆，有著很大的預(yù)示意義，所以有關(guān)人員就需要給予應(yīng)有的關(guān)注，以保證預(yù)警與監(jiān)測(cè)的準(zhǔn)確性。在此，筆者以雙筒提升機(jī)的松繩故障診斷為例，加以分析。為了實(shí)時(shí)地檢測(cè)該裝置部位的運(yùn)行狀況，在提升機(jī)上的所有天輪上都安裝了一個(gè)小電磁鐵，并在合理的地方植入了霍爾傳感器，以便于對(duì)二天輪的速度進(jìn)行測(cè)量，如果速度對(duì)等。當(dāng)天輪之間的感應(yīng)器脈沖輸出一致時(shí)，即可證實(shí)工作狀況良好；反之，則證明飛機(jī)存在了故障，因此，必須及時(shí)地剎停提升機(jī)，從而保證其在正常工作過程中的穩(wěn)定性。

5.4 煤礦電動(dòng)機(jī)診斷技術(shù)

煤礦等機(jī)械設(shè)備故障中出現(xiàn)的電動(dòng)機(jī)故障和放電故障，在處理這一類故障時(shí)，通常情況下，是使用互感器和測(cè)試儀對(duì)電氣設(shè)備故障進(jìn)行判斷和測(cè)試。在實(shí)際的測(cè)試過程中，需要首先掌握設(shè)備出現(xiàn)故障時(shí)電機(jī)的工況數(shù)據(jù)，然后將獲得的工況數(shù)據(jù)與正常工作情況下的參數(shù)進(jìn)行對(duì)比，通過比較數(shù)據(jù)的變化，確定電機(jī)出現(xiàn)故障的真正原因，從而選擇合適的方案處理故障現(xiàn)象。

5.5 其他機(jī)電設(shè)備故障診斷

除了提升機(jī)與采煤機(jī)以外，礦井機(jī)電設(shè)備中通風(fēng)器等裝置也使用故障診斷技術(shù)，并將其應(yīng)用在礦井機(jī)械裝置的檢修流程中。當(dāng)前，正在研發(fā)并逐步運(yùn)用在礦山機(jī)電裝置修復(fù)中的先進(jìn)故障判別技術(shù)，有聲發(fā)射、鐵譜、測(cè)振、近紅外熱成像檢測(cè)溫度變化等，并獲得了良好的效益。社會(huì)經(jīng)濟(jì)在發(fā)展，生產(chǎn)技術(shù)也在提高，為了進(jìn)一步提高礦山機(jī)電裝置修復(fù)的效果，必須緊隨新時(shí)代的發(fā)展腳步，更加重視先進(jìn)故障判別技術(shù)的使用。

6 結(jié)語(yǔ)

煤礦企業(yè)在生產(chǎn)過程中必須使用機(jī)械設(shè)備，只有保證機(jī)電器材安全地工作，才能增加企業(yè)的效益。但是，由于礦井中機(jī)電設(shè)備長(zhǎng)期進(jìn)行超負(fù)荷工作，非常容易導(dǎo)致設(shè)備產(chǎn)生故障問題，從而影響礦井企業(yè)的正常生產(chǎn)品質(zhì)和生產(chǎn)效益。因此，企業(yè)要針對(duì)具體的生產(chǎn)狀況選用合理的故障診斷技術(shù)，并以此來保證機(jī)電設(shè)備的正常生產(chǎn)工作，從而提升企業(yè)的生產(chǎn)效益。