煤礦機(jī)電設(shè)備常見故障診斷技術(shù)研究

張 琦

（山西潞安集團(tuán)蒲縣伊田煤業(yè)有限公司， 山西 臨汾 041000）

引言

近年來，隨著煤礦開采機(jī)械化的逐漸普及，煤礦機(jī)電設(shè)備故障頻頻發(fā)生，導(dǎo)致煤礦開采效率受到影響，無法完成既定的開采任務(wù)，尤其是當(dāng)煤礦機(jī)電設(shè)備發(fā)生故障時(shí)，經(jīng)常引起煤礦事故的發(fā)生。如常見的煤礦井下通風(fēng)設(shè)備故障，將會導(dǎo)致煤礦井下通風(fēng)問題，若長時(shí)間無法得到清新的空氣，可能會引起CO超限、瓦斯突出等事故，造成煤礦井下人員傷亡。因此，對煤礦井下機(jī)電設(shè)備故障進(jìn)行及時(shí)診斷并排除，對于提高煤礦設(shè)備的工作效率、延長機(jī)電設(shè)備的使用壽命、避免煤礦事故發(fā)生具有重要的作用。

然而，目前國內(nèi)現(xiàn)有的故障診斷技術(shù)主要依賴于工人的實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)，僅僅靠這些常識性的故障診斷技術(shù)難以快速定位故障點(diǎn)，傳統(tǒng)的煤礦機(jī)電設(shè)備故障監(jiān)測方法，如圖1 所示。本文從信息技術(shù)、計(jì)算機(jī)技術(shù)和智能故障診斷技術(shù)等出發(fā)，提出了煤礦機(jī)電設(shè)備先進(jìn)的故障診斷和識別方法，有利于及時(shí)排除故障，避免煤礦事故發(fā)生，保證煤礦高效安全生產(chǎn)。

圖1 傳統(tǒng)的煤礦機(jī)電設(shè)備故障監(jiān)測方法

1 煤礦機(jī)電設(shè)備常見故障舉例及原因分析

機(jī)電設(shè)備磨損量隨時(shí)間變化曲線如圖2 所示，具體分為三個(gè)階段，分別為初期磨合階段、中期穩(wěn)定磨損階段、后期急劇磨損階段。

圖2 機(jī)電設(shè)備磨損量隨時(shí)間變化曲線圖

1）機(jī)電設(shè)備運(yùn)轉(zhuǎn)初期故障。根據(jù)機(jī)器零部件運(yùn)轉(zhuǎn)規(guī)律，機(jī)械設(shè)備在開始使用初期處于磨合階段，機(jī)械零件之間的磨損比較大，主要表現(xiàn)為齒輪嚙合振動(dòng)和噪聲較大、潤滑油潤滑效果不佳等。煤礦機(jī)電設(shè)備在運(yùn)轉(zhuǎn)初期，存在個(gè)別操作人員對相關(guān)操作規(guī)程的不熟悉，由于操作不當(dāng)而引發(fā)的設(shè)備故障。

2）機(jī)電設(shè)備運(yùn)轉(zhuǎn)中期故障。煤礦機(jī)電設(shè)備經(jīng)過初期的磨合階段，機(jī)械設(shè)備進(jìn)入正常的運(yùn)轉(zhuǎn)期，操作人員的熟練程度逐漸加強(qiáng)。機(jī)電設(shè)備長期處于復(fù)雜工況下，受到空氣中的粉塵、煙霧等的影響，在設(shè)備的某些連接處容易產(chǎn)生銹蝕或受粉塵影響導(dǎo)致運(yùn)轉(zhuǎn)不靈的現(xiàn)象。在中期運(yùn)轉(zhuǎn)時(shí)最重要的是對機(jī)電設(shè)備進(jìn)行維護(hù)和保養(yǎng)，如晉煤集團(tuán)寺河礦通風(fēng)機(jī)在運(yùn)轉(zhuǎn)中期，由于缺乏必要的維護(hù)，風(fēng)機(jī)運(yùn)轉(zhuǎn)五個(gè)月后就因潤滑不足導(dǎo)致軸承運(yùn)轉(zhuǎn)不靈，最終被迫進(jìn)行更換新的零件。

3）機(jī)電設(shè)備運(yùn)轉(zhuǎn)后期故障。煤礦機(jī)電設(shè)備在運(yùn)轉(zhuǎn)后期，內(nèi)部某些零部件的性能和質(zhì)量會下降，結(jié)構(gòu)相對運(yùn)動(dòng)件之間會存在老化、磨損的現(xiàn)象，容易導(dǎo)致機(jī)電設(shè)備發(fā)生故障。工作人員需要加強(qiáng)對某些故障的識別，如常見的設(shè)備運(yùn)行速度變慢并且產(chǎn)生異常響動(dòng)、設(shè)備在短時(shí)間內(nèi)停止運(yùn)轉(zhuǎn)、設(shè)備運(yùn)行的溫度比較高導(dǎo)致線路燒壞，故障的原因是由于過度使用設(shè)備，沒有給設(shè)備足夠多的降溫和停機(jī)整頓，所以必須要結(jié)合實(shí)際情況作出調(diào)整。

2 煤礦機(jī)電設(shè)備傳統(tǒng)故障診斷技術(shù)分析

2.1 外部信息診斷技術(shù)

煤礦機(jī)電設(shè)備在實(shí)際運(yùn)轉(zhuǎn)過程中，往往會產(chǎn)生不同的信息，設(shè)備故障會表現(xiàn)出不同的運(yùn)行狀態(tài)和特征。通過這些信息，工作人員就可以分析設(shè)備的故障類型和主要的故障源，如機(jī)電設(shè)備表現(xiàn)為高溫，表現(xiàn)為設(shè)備外部某個(gè)區(qū)域內(nèi)的溫度異常，通過測溫儀就可以檢測到異常溫度，此時(shí)需要分析設(shè)備內(nèi)部是否存在局部短路、是長時(shí)間運(yùn)轉(zhuǎn)，還是由于內(nèi)部液壓油沒有得到及時(shí)更換，導(dǎo)致散熱性能變差等情況。通過簡單的儀器儀表觸摸機(jī)電設(shè)備外部，就可以對感知到的外部信息可以進(jìn)行診斷，這是比較容易實(shí)現(xiàn)的診斷技術(shù)，但這種技術(shù)受工人實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)的影響較大[1]。煤礦巷道支護(hù)液壓支架人工現(xiàn)場診斷故障方法，如圖3 所示。

圖3 人工現(xiàn)場診斷故障方法

2.2 設(shè)備振動(dòng)監(jiān)測診斷技術(shù)

任何發(fā)聲的物體都在振動(dòng)。煤礦井下機(jī)電設(shè)備在實(shí)際運(yùn)行過程中，受內(nèi)部電動(dòng)機(jī)以及外部環(huán)境的振動(dòng)，有自己固有的振動(dòng)頻率。當(dāng)設(shè)備發(fā)生故障時(shí)，由于某個(gè)零件出現(xiàn)損壞或者是管道連接不當(dāng)，將會導(dǎo)致設(shè)備自身或者相連的管路發(fā)生振動(dòng)，有些振動(dòng)比較明顯，可以通過肉眼進(jìn)行觀察，有些振動(dòng)頻率比較低，必須要使用專業(yè)的振動(dòng)監(jiān)測儀器對設(shè)備進(jìn)行檢測，通過采集振動(dòng)信號，計(jì)算機(jī)進(jìn)行分析，可以比較精確診斷故障，準(zhǔn)確找出設(shè)備存在的故障問題并解決。

2.3 多手段結(jié)合監(jiān)測技術(shù)

傳統(tǒng)的機(jī)電設(shè)備故障診斷方式是多樣的，主要是通過感觀獲取信息，并使用檢測儀器設(shè)備作為輔助診斷，受工人工作經(jīng)驗(yàn)以及工種熟練程度的影響較大。所以必須要采用多樣化的監(jiān)測手段才能夠得到準(zhǔn)確的故障診斷結(jié)果，尤其是對于某些重載機(jī)電設(shè)備，如采煤機(jī)、機(jī)載錨桿鉆機(jī)以及錨桿轉(zhuǎn)載機(jī)組等，采用單一的監(jiān)測手段往往難以得到準(zhǔn)確的故障診斷結(jié)果。為此，對煤礦機(jī)電設(shè)備故障診斷采取多手段結(jié)合的監(jiān)測技術(shù)和方法，減少外部干擾，將外界因素的影響降到最低，提高監(jiān)測的準(zhǔn)確性和結(jié)果的可信度[2-3]。如對機(jī)電設(shè)備溫度控制的監(jiān)測中，除了采集當(dāng)前的運(yùn)行溫度數(shù)據(jù)外，還收集設(shè)備在其它狀態(tài)下的溫度數(shù)據(jù)，結(jié)合折線圖等進(jìn)行對比分析，有利于盡快發(fā)現(xiàn)故障點(diǎn)并進(jìn)行處理。

3 煤礦機(jī)電設(shè)備故障診斷新技術(shù)

3.1 智能化診斷實(shí)時(shí)監(jiān)測技術(shù)

傳統(tǒng)的監(jiān)測技術(shù)因存在諸多干擾因素，容易導(dǎo)致機(jī)電設(shè)備故障診斷失誤，從而無法保證設(shè)備故障及時(shí)處理，為此提出了先進(jìn)的故障診斷技術(shù)和方法。利用人工智能開發(fā)的智能化診斷技術(shù)，從采集信息、發(fā)送信息到分析信息均采用智能化系統(tǒng)。通過建立自學(xué)習(xí)機(jī)制，模擬人腦的思維過程，收集機(jī)電設(shè)備的故障信息，建立故障庫，利用開發(fā)模擬的專家系統(tǒng)對設(shè)備的故障表現(xiàn)進(jìn)行對比分析，實(shí)現(xiàn)對故障的精確分析和診斷，大大提高了診斷結(jié)果的準(zhǔn)確度以及故障的處理速度[4]。煤礦機(jī)電設(shè)備常見故障智能化診斷技術(shù)原理圖，如圖4 所示。通過建立相應(yīng)的數(shù)據(jù)庫，提取關(guān)鍵特征，現(xiàn)場檢測到的信息與故障庫中的數(shù)據(jù)對比，從而實(shí)現(xiàn)智能診斷和分析。

圖4 煤礦機(jī)電設(shè)備故障診斷技術(shù)原理圖

3.2 無損監(jiān)測識別技術(shù)

在國內(nèi)，逐漸開始應(yīng)用無損檢測技術(shù)對提升機(jī)鋼絲繩以及液壓系統(tǒng)管路進(jìn)行檢測[5]。利用超聲波無損檢測技術(shù)或電磁無損檢測技術(shù)，在不破壞結(jié)構(gòu)或者無需拆開機(jī)箱的情況下，即可對結(jié)構(gòu)故障點(diǎn)進(jìn)行檢測。如常見的采煤機(jī)截割部傳動(dòng)系統(tǒng)振動(dòng)異常時(shí)，傳統(tǒng)的監(jiān)測手段需要首先拆開機(jī)箱，逐個(gè)查看內(nèi)部齒輪的嚙合情況，比較費(fèi)時(shí)間。現(xiàn)在，可通過超聲波穿透機(jī)箱直接監(jiān)測傳動(dòng)系統(tǒng)，對故障點(diǎn)異常聲響進(jìn)行定位和診斷。相比于傳統(tǒng)的監(jiān)測技術(shù)，利用無損檢測，可以節(jié)省時(shí)間，對故障點(diǎn)進(jìn)行快速定位和診斷，及時(shí)處理故障。

3.3 光學(xué)監(jiān)測技術(shù)

面對大型設(shè)備比如常用的ABM20 掘錨機(jī)，當(dāng)設(shè)備的多個(gè)位置點(diǎn)均有故障，均表現(xiàn)為溫度異常時(shí)，傳統(tǒng)的監(jiān)測手段需要大量的工人參與，重復(fù)進(jìn)行監(jiān)測和定位，勞動(dòng)強(qiáng)度比較大。利用光學(xué)傳感監(jiān)測技術(shù)，將接收到的紅外線轉(zhuǎn)變?yōu)橐曨l信號，設(shè)備內(nèi)部故障表現(xiàn)出的溫度異常，就可以通過紅外線熱成像技術(shù)，對外部溫度進(jìn)行全面監(jiān)測，多點(diǎn)定位診斷故障，設(shè)備故障可以及時(shí)得到處理。

紅外熱成像技術(shù)可以有效對機(jī)電設(shè)備表面發(fā)出的紅外熱能進(jìn)行采集，對比環(huán)境溫度，對溫度異常進(jìn)行可視化顯示，監(jiān)測結(jié)果更加準(zhǔn)確，同時(shí)減輕了工人的勞動(dòng)強(qiáng)度。

4 結(jié)論

本文分析了煤礦機(jī)電設(shè)備不同時(shí)期發(fā)生的常見故障，故障原因主要為機(jī)電設(shè)備自身故障、操作不當(dāng)故障或維護(hù)不及時(shí)三大類。傳統(tǒng)的故障診斷技術(shù)存在診斷誤差大，工人監(jiān)測勞動(dòng)強(qiáng)度大，工作環(huán)境惡劣等問題，為此提出了先進(jìn)的機(jī)電設(shè)備故障監(jiān)測診斷技術(shù)，融合了信息技術(shù)、傳感器技術(shù)、無線網(wǎng)絡(luò)技術(shù)和計(jì)算機(jī)技術(shù)，可以實(shí)現(xiàn)對故障點(diǎn)的快速定位和診斷。