論礦山機電設備維修中故障診斷技術的運用

摘要：在高度民主自動化情況下，機電設備故障診斷需要高度民主重視。本文結合筆者的工作實踐，從故障診斷技術的內涵出發，分析了故障診斷技術運用于礦山機電設備維修過程中的方法與實例。

關鍵詞：故障診斷技術 礦山機電 設備維修

中圖分類號：TD4 文獻標識碼：A 文章編號：1674-098X(2012)01(C)-0086-01

自動化技術水平的不斷提高使機電設備在現代礦山生產中的作用和影響不斷增加，然而機電設備一旦發生運行故障將造成嚴重的經濟損失甚至重大人員傷亡事故，不利于企業的良性發展。在這一背景下，故障診斷技術因其具有的早期故障檢測判別功能開始受到煤炭行業的關注，并在實際推廣應用中避免了一系列事故風險的發生，促進了設備系統安全性的提高。

1 故障診斷技術的內涵及其發展趨勢

隨著科學技術，特別是自動化技術水平的不斷提高，機電設備在現代礦山生產中的作用和影響也在不斷增加，設備運行、維護、檢修的費用已經成為了煤礦生產成本的一大組成部分，加之礦山作業具其有特殊性，一旦機電設備發生運行故障將造成嚴重的經濟損失甚至重大人員傷亡事故，極大地不利于企業的良性發展。在這一背景下，故障診斷系統因其早期故障檢測判別功能開始受到煤炭行業的關注，并在實際推廣應用中避免了一系列事故風險的發生，促進了設備系統安全性的提高。

機電設備故障診斷技術是一項以預防設備運行事故發生為目的，基于計算機技術、信息技術、傳感器技術等多學科的綜合性技術，其原理是通過狀態檢測、故障診斷定量地掌握機電設備運行工況參數，對機電設備的安全可靠性和工作性能作出預測，并對異常原因、部位、危害程度等進行識別和評價，確定應采取的對策，既能檢測和識別現狀，又可以預測未來。上世紀70年代以來，該技術在歐美等工業較為發達的國家和地區得到率先應用，并因其分析能力強、準確率高等優點迅速得到發展和普及，我國在80年代初期也開始了對該技術的研究，并在近年來取得了一系列令人矚目的成果，但與國際先進水平相比，仍存在著不小的差距，尤其是煤礦設備故障診斷技術的應用還不夠成熟。因此礦山機電設備管理者應有意識地加快對故障診斷技術的認識和掌握，在設備運行信息的采集、整理與分析。檢測結果與標準的對比，確定故障狀態和部位，提出診斷決策方案和診斷結論等各個環節充分研究其特性與功能，以實現對設備故障準確，高效的預測，減少維修的盲目性，提高其運行效率。

2 將故障診斷技術運用于礦山機電設備的維修中

2.1 故障診斷技術的具體方法

故障診斷技術主要包括以下幾種具體方法：(1)參考故障記錄。該方法首先需要對較明顯的故障部位通過系統和依賴性元器件進行細致的分析排查，將以往產生事故的特征、原因、處理方法等結論歸納形成一個設備故障診斷數據庫，當相同故障再次出現的時候。可以依據歷史經驗快速定位事故的類型與原因。(2)溫度、壓力檢測。正常運行條件下礦山機電設備的軸承、傳動箱等相關部位具有相對恒定的溫度及壓力參數，通過對不同設備、不同部位相關參數的連續檢測并將其與歷史數據進行對比，即可靈敏，正確地反映出設備當前的狀態。該方法具有直觀、快速的優點，目前在礦山機電設備診斷中應用較為普遍。(3)運用小波神經網絡。該方法是礦山機電設備診斷中的前沿技術，通過學習可以描述幾乎所有任意的非線性系統。由于礦山機電設備的故障診斷中從故障初始征兆到故障源的映射通常具有復雜的非線性映射關系，因此該方法在故障診斷方面的作用非常突出。(4)引入模糊數學概念。模糊數學可以針對礦山機電故障中復雜的映射關系建立數學模型，并基于故障的隱蔽性與漸變性特點建立表示故障原因和各種征兆之間模糊因果關系對應矩陣。為提高精度，可在診斷的過程中根據經驗積累對權矩陣進行修改。使得定量分析與專家經驗、定性分析相結合，并在計算機上實現，為診斷決策提供依據。(5)故障診斷專家系統。該系統能夠綜合運用各專業技術、各領域經驗，模擬專家的思維過程，對故障進行分析診斷。國內現有的一些礦山機電設備故障診斷專家系統，其知識庫的構成通常先借助于建立采煤機故障樹，并在對故障樹進行定性，定量分析后得出由產生式表示成的多條規則。

2.2 礦山機電設備故障診斷的實例

2.2.1 提升機

提升機是礦井的主要運輸設備之一，其運行的可靠性直接決定著礦井生產能力與工作人員的作業安全。提升機的故障一般分為“軟”故障和“硬”故障兩種，而軟故障作為硬故障的前兆，具有極其重要的預警作用，必須對其進行及時的檢測和預報。以礦井雙筒提升機的松繩現象為例，可通過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，在正常運行時，天輪的轉速相同，兩個傳感器輸出的計數脈沖個數也基本相同，當出現松繩現象時，兩天輪的行程不同，該裝置可計算出兩天輪之間的行程差，并當行程差達到預報警值時發出松繩報警信號，使提升機及時剎車，以起到保護作用。

2.2.2 采煤機

電牽引采煤機工況檢測機故障診斷系統作為科研課題被列入“九五”重點科技攻關計劃以來，我國交流電牽引采煤機的故障診斷技術得到了迅速的發展，當前已經投入應用的系統包括采煤機左、右搖臂檢測單元、機身外圍檢測單元、高壓控制箱檢測單元、變頻器通信單元、工況檢測及故障診斷單元與檢測顯示單元等部分，通過對幾十個工況參數的實時檢測，將信息傳遞至微型計算機，通過各單元與控制中心接點通信的連接方式，對設備進行過壓、欠壓、過流、溫度等保護，當有故障發生或判定有故障風險時，可通過彩色液晶屏顯示診斷結果同時開通報警提示。

2.2.3 其他設備

除采煤機與提升機外，礦山通風機、高壓異步電動機等設備都可通過診斷技術的分析實現其早期故障管理，目前診斷技術研究中在聲發射，鐵譜、測振，紅外線熱成像測溫、金屬超聲探傷等領域取得的技術成果也正逐步應用于礦山設備的故障診斷，對并取得了良好的效果。

3 結語

作為一門新興科學，設備故障診斷技術涉及的學科多、內容復雜，并且要求其運用者必須掌握大量專業設備的運行、維護經驗。當前與我國礦山設備相適應的故障診斷技術無論在技術研發還是應用上都還不成熟，機電設備管理者應與技術人員共同努力，促進新技術的應用和推廣，以實現煤礦企業的經濟目標和安全目標。