礦山機(jī)電設(shè)備故障診斷技術(shù)探討

劉江斌

（陜西澄城董東煤業(yè)有限責(zé)任公司，陜西 渭南715200）

1 礦山機(jī)電設(shè)備故障診斷技術(shù)介紹

1.1 簡(jiǎn)單的主觀診斷

利用簡(jiǎn)單的診斷儀器和從業(yè)人員診斷方面的經(jīng)驗(yàn)對(duì)故障進(jìn)行診斷和檢修。主觀診斷技術(shù)有以下幾種方式:感官檢查、參數(shù)測(cè)量、邏輯分析、故障分析等。其中直覺法就是利用人體的感官對(duì)故障的原因進(jìn)行查找和分析；此種方式可即時(shí)的對(duì)故障進(jìn)行查找和排查，并進(jìn)行解決這種診斷技術(shù)對(duì)從業(yè)人員經(jīng)驗(yàn)要求較高，雖然直接方便、速度快，但是可靠性低，容易造成誤判。

1.2 儀器診斷法

儀器診斷法就是利用監(jiān)測(cè)儀器，如示波器#頻譜分析儀等對(duì)礦山機(jī)電進(jìn)行狀態(tài)監(jiān)測(cè)和數(shù)據(jù)采集。如：振動(dòng)幅值、頻率、相位、轉(zhuǎn)速、模態(tài)以及溫度、壓力、流量等工藝參數(shù)，然后用儀器顯示的結(jié)果，或者相應(yīng)軟件分析的結(jié)果，記錄分析結(jié)果并判斷故障的情況。一旦機(jī)電設(shè)備再出現(xiàn)故障，可以把當(dāng)前的數(shù)據(jù)和歷史數(shù)據(jù)進(jìn)行比較，再結(jié)合體現(xiàn)出來的故障特征，利用設(shè)備故障診斷知識(shí)，做出新一輪的故障判別，并再次做好記錄。通過這樣的方式，建立一種此類機(jī)電設(shè)備的故障診斷的數(shù)據(jù)庫，以應(yīng)對(duì)復(fù)雜多變的礦山機(jī)電設(shè)備故障問題。

1.3 無損檢測(cè)診斷技術(shù)

無損檢測(cè)技術(shù)是指在不破壞被檢測(cè)對(duì)象的情況下，對(duì)機(jī)電設(shè)備本體或者零件表面、金屬材料內(nèi)部、零部件之間的結(jié)合部等產(chǎn)生的缺陷和缺陷變化進(jìn)行探測(cè)的技術(shù)，一般包括$超聲波檢測(cè)技術(shù)、射線照相檢測(cè)技術(shù)#表面缺陷的檢測(cè)技術(shù)。這種故障診斷和檢測(cè)技術(shù)不會(huì)對(duì)檢測(cè)主體造成破壞，但是它的技術(shù)含量高，充分結(jié)合了計(jì)算機(jī)技術(shù)、傳感器技術(shù)和頻譜分析技術(shù)，費(fèi)用也相對(duì)較高，所以目前這種技術(shù)在很多方面還不是很成熟，但是它是機(jī)電設(shè)備故障診斷技術(shù)的一個(gè)未來發(fā)展趨勢(shì)。

1.4 智能診斷技術(shù)

隨著人工智能技術(shù)的不斷發(fā)展，以知識(shí)處理為核心的智能故障診斷技術(shù)已經(jīng)成為設(shè)備故障診斷技術(shù)的一個(gè)主要發(fā)展方向。智能故障診斷技術(shù)是在自動(dòng)測(cè)試技術(shù)和信號(hào)處理技術(shù)的基礎(chǔ)之上，將人工智能的理論和方法應(yīng)用到機(jī)電設(shè)備故障診斷領(lǐng)域，實(shí)現(xiàn)診斷過程的智能化。目前神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)和專家系統(tǒng)是現(xiàn)代化機(jī)電設(shè)備主要的智能故障診斷技術(shù)。

2 采煤機(jī)工況的故障檢測(cè)與診斷

2.1 變頻器通信單元

所用變頻器可檢測(cè)27個(gè)工況檢測(cè)參數(shù)，并有獨(dú)立的液屏，顯示屏，能顯示采煤機(jī)的牽引速度牽引電機(jī)電流、變頻器輸入電壓等參數(shù)，并具有溫度保護(hù)、過壓、欠壓、過流、過載等多種保護(hù)功能。變頻器通信單元的主要功能是將變頻器工述檢測(cè)信號(hào)傳送到工況檢測(cè)及故障診斷中心，由檢測(cè)中心進(jìn)行相應(yīng)的處理，并進(jìn)行中文或圖形方式集中顯示。

2.2 工況檢測(cè)及故障診斷單元

該單元嵌入微型計(jì)算機(jī)中，采用Windows操作系統(tǒng)。該單元與采煤機(jī)控制中心采用接點(diǎn)通信方式，一旦故障診斷單元檢測(cè)、診斷出有故障或事故發(fā)生時(shí)，屏幕立刻顯示出故障類型，并向控制中心發(fā)出相應(yīng)信號(hào)，由控制中心進(jìn)行相應(yīng)的控制操作，如進(jìn)行聲光報(bào)警或進(jìn)行故障保護(hù)。

2.3 檢測(cè)152.4mm顯示單元

該顯示單元由一塊480×640線的彩色液晶顯示屏及有關(guān)電路組成。顯示內(nèi)容包括采煤機(jī)所有工況檢測(cè)參數(shù)、操作及運(yùn)行狀態(tài)報(bào)警提示和故障診斷結(jié)果等。此外還有左、右搖臂檢測(cè)單元；機(jī)身外圍檢測(cè)單元；高壓控制箱檢測(cè)單元三個(gè)主要單元。

3 礦用高壓異步電動(dòng)機(jī)的故障檢測(cè)與診斷

常見故障特征提取方法包括信號(hào)處理、模式識(shí)別和參數(shù)辯識(shí)。現(xiàn)代信號(hào)處理技術(shù)的發(fā)展為故障診斷提供了強(qiáng)有力的工具，人工智能技術(shù)的應(yīng)用大大提高了診斷的精度和范圍。模糊邏輯、人工神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)、專家系統(tǒng)等人工智能技術(shù)都被應(yīng)用于異步電動(dòng)機(jī)的故障診斷，取得了較好的效果。異步電動(dòng)機(jī)故障常見的檢測(cè)與診斷方法有：

3.1 局部放電檢測(cè)

利用檢測(cè)定子電流的電流互感器(CT)和高頻檢測(cè)儀，或通過射頻天線和帶通濾波器檢測(cè)局放脈沖，可辨別各種局放源以診斷定子的不同故障。這種方法對(duì)有些低壓電機(jī)效果較差。

3.2 電流高次諧波檢測(cè)

定子繞組故障可引起定子電流的高次諧波增加，尤其是定子繞組匝間短路故障。據(jù)研究，匝間短路時(shí)定子電流的5、11、17次諧波顯著增加，其中5次諧波增加較多。根據(jù)電動(dòng)機(jī)故障所表現(xiàn)的不同特征，又分為對(duì)稱故障和不對(duì)稱故障兩大類：(1)對(duì)稱故障如過載、堵轉(zhuǎn)和三相短路等，這類故障最明顯的特征是電動(dòng)機(jī)電流明顯增大，因此可通過電動(dòng)機(jī)過流程度來診斷這類故障。(2)不對(duì)稱故障如斷相、相間短路、匝間短路、單相接地和兩相接地等。有關(guān)研究表明，當(dāng)定子繞組的一個(gè)線圈對(duì)中性點(diǎn)短路時(shí)，三相電流的幅值為1.07、0.89、0.91（標(biāo)么值）。因此，利用定子電流的不平衡現(xiàn)象檢測(cè)異步電動(dòng)機(jī)的定子繞組故障較為方便有效。這類故障最明顯的特征是電動(dòng)機(jī)電流中出現(xiàn)負(fù)序電流和零序電流，因此以零序電流和負(fù)序電流分量作為鑒別不對(duì)稱故障的判據(jù)有較高的可靠性。不對(duì)稱故障根據(jù)故障點(diǎn)的不同又可分為接地性和非接地性兩大類，故障的類型不同其信號(hào)的檢測(cè)方法也不同。

3.3 磁通檢測(cè)

電機(jī)的定子故障會(huì)使內(nèi)部磁通在徑向和切向工的分量發(fā)生變化，所以只要檢測(cè)出這兩個(gè)分量的磁通變化情況，也可診斷出定子故障。這種方法在高壓電機(jī)的定子側(cè)的多種故障檢測(cè)得到了應(yīng)用，但這種方法需要專門的磁通檢測(cè)儀器，使用不方便，對(duì)弱信號(hào)不易檢測(cè)。

4 礦井提升機(jī)設(shè)備的故障檢測(cè)與診斷

提升機(jī)是礦山機(jī)電設(shè)備中最常見、使用最頻繁的設(shè)備之一，其主要作用和職能是對(duì)材料、礦石，煤炭和工作人員的升降，因此它與礦山企業(yè)的正常生產(chǎn)和工作人員的生命安全息息相關(guān)。提升機(jī)最容易出現(xiàn)的故障就是松繩故障，一旦發(fā)生其危害性是非常重大的，有可能會(huì)造成嚴(yán)重的經(jīng)濟(jì)損失或人員傷亡。

目前，比較先進(jìn)、高效、簡(jiǎn)單的松繩監(jiān)測(cè)裝置，主要包括霍爾傳感器、單片機(jī)兩部分，工作原理是：在提升機(jī)天輪上逐個(gè)安裝小磁鋼，并將霍爾傳感器安裝在最合理的位置，進(jìn)而實(shí)現(xiàn)對(duì)提升機(jī)天輪運(yùn)轉(zhuǎn)速度的有效檢測(cè)。提升機(jī)在正常工作狀態(tài)下，也就是不會(huì)出現(xiàn)松繩故障時(shí)，提升機(jī)天輪的運(yùn)轉(zhuǎn)速度是保持不變的，霍爾傳感器測(cè)算出來的計(jì)數(shù)脈沖個(gè)數(shù)也并無差異，所以單片機(jī)得出的天輪行程差為零。而當(dāng)?shù)V用提升機(jī)的鋼絲存在松繩隱患時(shí)，提升機(jī)的兩個(gè)天輪行程會(huì)出現(xiàn)不同程度的差異，這時(shí)單片機(jī)能夠?qū)蓚€(gè)天輪的行程差進(jìn)行快速的計(jì)算，當(dāng)其達(dá)到預(yù)警值后會(huì)及時(shí)發(fā)出報(bào)警信號(hào)。當(dāng)保護(hù)值和行程差一致時(shí)，該裝置會(huì)及時(shí)發(fā)出對(duì)提升機(jī)設(shè)備的控制信號(hào)，使提升機(jī)能夠及時(shí)剎車并停止運(yùn)轉(zhuǎn)，進(jìn)而確保提升機(jī)周邊環(huán)境的安全。

5 結(jié)語

礦山機(jī)電設(shè)備的故障檢測(cè)診斷技術(shù)可以為礦山機(jī)電設(shè)備的相關(guān)維護(hù)人員和維修人員及時(shí)并有效地進(jìn)行機(jī)電設(shè)備的故障預(yù)測(cè)，發(fā)現(xiàn)機(jī)電設(shè)備的故障源頭，分析并找到機(jī)電設(shè)備的故障原因以及給出機(jī)電設(shè)備的故障解決方案，防止并預(yù)防煤礦機(jī)電設(shè)備安全事故的發(fā)生。因此煤礦企業(yè)應(yīng)該大力推動(dòng)礦山機(jī)電設(shè)備智能診斷檢測(cè)技術(shù)的研究和發(fā)展，以保證礦山機(jī)電設(shè)備的安全性與可靠性，減少并力爭(zhēng)避免安全事故的產(chǎn)生。

［1］孫新城.淺析煤礦機(jī)電設(shè)備維修中故障檢測(cè)診斷技術(shù)的應(yīng)用[J].企業(yè)技術(shù)開發(fā),2011.

［2］井學(xué)慶.礦山機(jī)電設(shè)備故障診斷技術(shù)的研究與探討[J].黑龍江科技信息,2012.