淺議故障檢測診斷技術在礦山機電設備中的應用

程鳳芹

（雞西礦業雙河煤礦機電科，黑龍江 雞西 158100）

只有把礦山機電設備的維修和保養工作做好,才可以充分發揮這些機器的作用,更好的為企業的發展保駕護航,但是我國大型礦山設備的維修方法和設施基本上是實施計劃經濟體制的模式,與國外相比有較明顯的差距,不能滿足經濟社會的發展需要。而采用故障診斷技術進行礦山機電設備的維修,吸收先進的技術、經驗,可以很好的提高礦山的管理水平,確保各種礦山設備安全運行,促進我國經濟持續高速的發展。

此外,現代化礦井已形成一礦一面和一條生產線的強化集中生產模式,設備的大型化、重載化和自動化的不斷提高,都迫切需要加強設備的狀態監測與故障診斷。由此看來故障檢測診斷技術在礦山機電設備中的應用已是勢在必然。

1 故障檢測診斷技術概述

1.1 故障檢測診斷技術簡析

故障檢測診斷技術包括故障檢測與故障診斷,按目前學界和實踐領域的通說,合為一體統稱為故障檢測和診斷(FDD)。

1.2 故障的定義

設備工作正常是指它可以按照自己的功能特點,正常運轉,符合設備應有的效能;相對而言是設備異常,即設備在運行過程中出現瑕疵并進一步發展,無法滿足生產的正常需求,性能惡化,但仍能最低限度的維持工作狀態。故障則是由于機器的瑕疵或者缺陷的發展使機器的性能喪失殆盡,已經不能繼續維持工作狀態。設備的異常或故障是在設備運行中通過其狀態信號(即二次效應)變化反映出的,二次效應就是設備在運行中出現的各種物理、化學現象,如振動、噪聲、溫升、油耗、變形、功耗、磨損、氣味等,這些都是設備運行的各個階段所顯示的征兆。故障檢測診斷技術就是根據設備運行時二次效應所反映的特征,快速定位,準確的發現問題所在,并且快速的解決問題,確保安全生產。

1.3 故障檢測診斷技術的特點

故障檢測診斷技術隨著現代維修理論、相關基礎學科理論、工藝理論、檢查技術和理論的發展不斷完善。它有三個主要特點:

①較強的目的性。診斷的目的很明確,就是要發現機器運行過程中的故障,運用相關的技術,對故障準確的定位、分析,并在此基礎上制定相應的維修方案,確保安全生產。 ②技術的復合型。診斷及維修涉及摩擦學、動力學、物理學等多種學科領域;包括機械制造、液壓機器的操作原理及應用、自動化的應用等相關專業及機構學多方面知識。因此他是一個綜合學科的行業,要求知識面廣,經驗豐富。③理論向實踐轉化迅速。一切診斷方法和維修技術都要因時而定,處理的結果和原理甚至可以立刻向實踐轉化,并應用于實踐。

2 故障診斷技術在煤礦機電設備中的應用

2.1 礦井提升機檢測與故障診斷

提升機是礦井生產、運輸的基礎設備之一,在礦山生產中的地位及其重要,它擔負著提升原煤、矸石,下放相關材料、升降人員等任務。提升機的運行是否安全,直接關系到的一個煤礦能否正常運作,關系到煤礦工作人員的生命安全,其重要性不容忽視。有學者提出礦井提升機故障有“軟故障”和“硬故障”之分。文章以下將對“軟故障”和“硬故障”進行定位分析。“軟故障”涉及到工況參數,實踐中需要對工況參數進行測量,對相關數據進行分析和處理才可以得出。“硬故障”是指由一些特定的參數超限表現的故障,“硬故障”的出現往往以“軟故障”為前提,從這一點定位來看,對“軟故障”的及時預診和定位檢修極為重要。由于該項基礎設備關系到礦山運作的安全,屬于重要基礎性設備之一,為了確保這一領域的安全性,我們國家許多科研機構和科研人員都進行了大量的研發工作,如中國礦業大學研制的KJ46型礦井提升機狀態監護系統、ASCC型全數字提升機控制系統等都包含了故障診斷技術的功能,取得了比較好的效果。

文章在實際的工作過程中發現,礦井雙筒提升機松繩現象經常發生,一旦發生事故將會帶來不可估量的損害。文章在研究以前成果的基礎上,認為可以用一種簡單實用的松繩檢測裝置來解決該問題。該裝置主要由單片機和霍爾傳感器組成,在提升機每個天輪一側安裝一周小磁鋼,并在適當位置安裝霍爾傳感器檢測兩天輪的轉速,在正常運行(即無松繩)時,兩天輪的轉速相同,則兩個傳感器輸出的計數脈沖個數基本相同,該裝置內單片機計算出的兩天輪的行程差幾乎為零;當鋼絲繩出現松繩現象時,兩天輪的行程不同,該裝置可計算出兩天輪之間的行程差,當行程差達到預報警值時發出松繩報警信號;當行程差達到保護值時,該檢測裝置發出控制信號,使提升機及時剎車,起到保護作用。

2.2 采煤機工況檢測和故障診斷

與國外先進采煤機相比,國產采煤機的整機水平還是比較低的,與國外先進水平存在著極大差距。譬如檢測范圍狹窄、檢測參數滿足不了需要,對故障檢測的功能基本上是缺失的。為了從根本上改變國產采煤機檢測水平低的落后狀況,原煤炭部將“電牽引采煤機工況檢測及故障診斷系統”的研制列入了“九五”重點科技攻關計劃。該故障檢測診斷系統主要有:①左、右搖臂檢測單元。②機身外圍檢測單元。③高壓控制箱檢測單元。④變頻器通信單元。⑤工況檢測及故障診斷單元。⑥檢測152.4mm顯示單元。目前來看已經取得顯著的效果,在此領域獲得較大突破,有望徹底解決這一難題。

2.3 通風機的檢測診斷技術

文章通過研究相關產品,發現目前用于通風機故障檢測診斷的產品寥寥無幾,比較典型裝置是江西煤炭工業研究所研制的KFCA型通風機集中檢測儀、煤炭科學總院重慶分院研制的FJZ型礦井主風機在線監測與故障診斷儀。其主要特點是:16位中央處理器、豐富高效的指令系統、四通道10位A/D轉換器、高速輸入/輸出接口、8個中斷源、兩個16位定時器、16位監視定時器和具有多用途的接口。由于通風機的檢測診斷技術在國內的研究較少,可以借鑒的東西不多,文章希望通過自己的研究可以起到拋磚引玉的作用,盡快促進該問題的解決。

2.4 礦用高壓異步電動機的檢測及診斷技術

礦用高壓異步電動機在礦山生產中的地位也及其重要,一旦發生故障,不僅僅會給煤礦帶來較大的經濟損失,還會影響到煤礦正常的生產運營。現代信號處理技術和人工智能技術的出現和應用使得異步電動機的故障診斷變得較為得心應手,取得了較好的效果。通說認為異步電動機故障檢測與診斷方法主要有:①局部放電檢測;②電流高次諧波檢測;③磁通檢測。

4 結語

除以上所述內容外,文章認為故障檢測診斷技術在礦山機電設備中的應用還需要對機工、電工和相關領域的工作人員做滲透培訓,提高安全生產意識和應急能力。為了適應擴大化的生產,同時要重視技術的革新、改造,建立和完善的礦山機電設備的故障檢測診斷機制,完善相關制度,責任到人。只有這樣才可以保證礦山設備正常、高效、安全的運行,推進我國經濟的高速發展。

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