礦山機(jī)電設(shè)備的管理及診斷關(guān)鍵技術(shù)研究

王宏達(dá)

摘 要：近來(lái)年，由礦山機(jī)電設(shè)備故障引起的礦難尤其嚴(yán)重，而通過(guò)提高機(jī)電設(shè)備的穩(wěn)定性和安全性可有效解決這一問(wèn)題，特別是在數(shù)字礦山的發(fā)展下，重視對(duì)礦山機(jī)電設(shè)備的管理與故障診斷變得尤其重要。據(jù)此，作者結(jié)合實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)，探究礦山機(jī)電設(shè)備的管理及故障診斷技術(shù)。

關(guān)鍵詞：礦山機(jī)電設(shè)備；管理與故障診斷；數(shù)字礦山

礦山的安全生產(chǎn)在促進(jìn)社會(huì)經(jīng)濟(jì)的健康發(fā)展上具有重要作用，但在實(shí)際工作中，機(jī)電設(shè)備常因超負(fù)荷、超強(qiáng)度、超長(zhǎng)時(shí)間運(yùn)作及零件磨損而出現(xiàn)故障，這難免會(huì)影響到礦山安全生產(chǎn)目標(biāo)的實(shí)現(xiàn)。對(duì)此，筆者認(rèn)為應(yīng)重視對(duì)礦山機(jī)電設(shè)備的管理及故障診斷技術(shù)的研究。

1 礦山機(jī)電設(shè)備管理

據(jù)統(tǒng)計(jì)，每一年因機(jī)電設(shè)備故障引起的事故約占當(dāng)年礦山安全生產(chǎn)總事故的2/3，可見(jiàn)重視對(duì)礦山機(jī)電設(shè)備的管理具有重要價(jià)值。近年來(lái)，數(shù)字化礦山成為了礦山管理的研究熱點(diǎn)，即其指的是在同一時(shí)空下，通過(guò)對(duì)礦山的環(huán)境、人和機(jī)實(shí)時(shí)進(jìn)行三維數(shù)字化測(cè)控來(lái)實(shí)現(xiàn)礦山信息的實(shí)時(shí)自動(dòng)化采集、高速網(wǎng)絡(luò)化傳輸、規(guī)范化集成、三維可視化仿真、自動(dòng)化運(yùn)行和智能化決策。結(jié)合數(shù)字礦山的相關(guān)知識(shí)，建議采取如下措施來(lái)管理礦山機(jī)電設(shè)備。

1.1 運(yùn)用計(jì)算機(jī)管理技術(shù)

計(jì)算機(jī)技術(shù)與網(wǎng)絡(luò)技術(shù)是數(shù)字礦山的核心技術(shù)，則為了保證礦山生產(chǎn)的高效性、安全性和持續(xù)性，應(yīng)將計(jì)算機(jī)管理技術(shù)運(yùn)用在礦山機(jī)電設(shè)備管理中，從而滿(mǎn)足機(jī)電設(shè)備發(fā)展的多元化與多功能要求。計(jì)算機(jī)的基本應(yīng)用范圍為內(nèi)部局域網(wǎng)，則其可保證信息在不同部門(mén)間的高效傳遞，從而提高了資源的共享程度、數(shù)據(jù)處理的準(zhǔn)確度及資產(chǎn)的利用率，并最終為企業(yè)實(shí)現(xiàn)利益最大化創(chuàng)造了有利條件。

1.2 運(yùn)用先進(jìn)的設(shè)備診斷技術(shù)

數(shù)字礦山是一種基于信息數(shù)字化、生產(chǎn)過(guò)程虛擬化、管理控制一體化和決策處理的礦山類(lèi)型，其中應(yīng)用到的機(jī)電設(shè)備種類(lèi)較多，因此應(yīng)定期檢修和診斷機(jī)電設(shè)備，特別是在機(jī)電設(shè)備向精密化與大型化的發(fā)展中，設(shè)備的結(jié)構(gòu)及其故障的成因變得更為復(fù)雜。因此，為了提高礦山機(jī)電設(shè)備的故障診斷效果，建議運(yùn)用先進(jìn)的診斷技術(shù)和儀器來(lái)監(jiān)測(cè)設(shè)備。

1.3 重視設(shè)備的成本管理

機(jī)電設(shè)備是組成礦山機(jī)電企業(yè)固定資產(chǎn)的重要內(nèi)容，其在購(gòu)置與檢修費(fèi)用上的投入尤其大，因此應(yīng)重視對(duì)機(jī)電設(shè)備的成本管理，具體措施如下：一是綜合論證企業(yè)在機(jī)電設(shè)備上的投資與管理決策，并據(jù)此控制機(jī)電設(shè)備的檢修成本；二是組織開(kāi)展機(jī)電設(shè)備自檢與材料回收再利用等工作；三是建立一套完善的機(jī)電設(shè)備檢修逐級(jí)審批制度，并合理儲(chǔ)備機(jī)電設(shè)備。

1.4 注重人員的管理

數(shù)字礦山是3S技術(shù)、計(jì)算機(jī)技術(shù)、人工智能、信息科學(xué)和采礦科學(xué)高度結(jié)合的產(chǎn)物，這就要求培養(yǎng)一支專(zhuān)業(yè)素養(yǎng)較高的人才隊(duì)伍，以實(shí)現(xiàn)礦山機(jī)電企業(yè)的經(jīng)濟(jì)效益最大化及促進(jìn)企業(yè)良性發(fā)展。對(duì)此，建議制定一套完善的員工培訓(xùn)計(jì)劃，并將學(xué)習(xí)數(shù)字礦山的關(guān)鍵技術(shù)為培訓(xùn)的重點(diǎn)內(nèi)容，以提高其對(duì)現(xiàn)代化生產(chǎn)方式和機(jī)電設(shè)備管理的適應(yīng)能力。

2 礦山機(jī)電設(shè)備的故障診斷

為了實(shí)現(xiàn)礦山機(jī)電設(shè)備的安全可靠運(yùn)行，應(yīng)重視對(duì)礦山機(jī)電設(shè)備的故障診斷。鑒于礦山機(jī)電設(shè)備的運(yùn)行參數(shù)較多，則可通過(guò)建立數(shù)學(xué)模型來(lái)總結(jié)機(jī)電設(shè)備在正常運(yùn)行和故障運(yùn)行時(shí)的參數(shù)變化，并找出兩者的相互關(guān)系，用以指導(dǎo)礦山機(jī)電設(shè)備故障診斷工作的開(kāi)展。此外，還可將信息采集技術(shù)、識(shí)別與分析技術(shù)及信息處理技術(shù)等運(yùn)用其中，以提高故障診斷的效率和可靠性。據(jù)此，筆者介紹幾種常用的礦山機(jī)電故障診斷方法。

2.1 故障記錄方法

故障記錄是一種常用的礦山機(jī)電設(shè)備故障診斷方法，其工作原理如下：根據(jù)故障出現(xiàn)的具體位置，深入分析引起故障的器件和系統(tǒng)，從而找出故障的成因。據(jù)此，故障記錄方法采用的是排查法，即針對(duì)機(jī)電設(shè)備故障的表征，逐一排查可能的影響因素，并得出最后的結(jié)論。顯然，故障記錄方法的重復(fù)工作量較小。

2.2 模糊數(shù)學(xué)方法

模糊數(shù)學(xué)方法是智能診斷技術(shù)與數(shù)學(xué)模型診斷技術(shù)的結(jié)合，即其運(yùn)用的原理如下：礦山機(jī)電設(shè)備故障的成因與參數(shù)密切相關(guān)，因此可從參數(shù)上來(lái)探尋故障的成因，其中包括隨機(jī)因素與確定性因素兩種。模糊數(shù)學(xué)方法的實(shí)現(xiàn)步驟如下：根據(jù)機(jī)電設(shè)備故障與參數(shù)的關(guān)系，先利用模糊數(shù)學(xué)的思路來(lái)診斷故障，并創(chuàng)建參數(shù)模型，然后再利用計(jì)算機(jī)來(lái)進(jìn)行定量和定性分析，從而實(shí)現(xiàn)對(duì)礦山機(jī)電設(shè)備故障的準(zhǔn)確診斷。

2.3 故障診斷專(zhuān)家系統(tǒng)

鑒于礦山機(jī)電設(shè)備故障具有隱蔽性、漸進(jìn)性和復(fù)雜性的特點(diǎn)，則采用傳統(tǒng)的故障診斷方法存在一定的局限性。對(duì)此，可將故障診斷專(zhuān)家系統(tǒng)應(yīng)用其中，這是一種智能診斷技術(shù)，其主要運(yùn)用專(zhuān)家工作系統(tǒng)來(lái)深入分析故障，并得出可靠性較高的診斷性結(jié)論，其中運(yùn)用到了定量與定性分析方法，即在分類(lèi)分析故障成因的基礎(chǔ)上，建立故障樹(shù)模型，用以描述故障源的特征。發(fā)展至今，在故障診斷專(zhuān)家系統(tǒng)中引入了粗糙集等理論，用以排除其中干擾性的因素和屬性，這使得在表達(dá)故障成因上變得更為簡(jiǎn)潔。

3 應(yīng)用實(shí)例分析

為了說(shuō)明礦山機(jī)電設(shè)備故障診斷技術(shù)的運(yùn)用，本案引入如下兩組案例：

3.1 通風(fēng)機(jī)故障診斷

通風(fēng)機(jī)是一種從動(dòng)的流體機(jī)械，即通過(guò)輸入機(jī)械能來(lái)提高氣體壓力及實(shí)現(xiàn)氣體的排送。在礦山生產(chǎn)中，通風(fēng)機(jī)作為一種重要的機(jī)電設(shè)備，其故障診斷流程如圖1所示。

結(jié)合圖1，通風(fēng)機(jī)故障診斷的實(shí)現(xiàn)步驟如下：一是細(xì)化診斷步驟，其中包括六個(gè)主要測(cè)點(diǎn)，即以軸承1、2、3、4為測(cè)點(diǎn)1、2、5、6及以液力耦合器前、后裝置為測(cè)點(diǎn)3和4；二是運(yùn)用專(zhuān)業(yè)的故障診斷儀器來(lái)診斷每一個(gè)測(cè)點(diǎn)；三是運(yùn)用處理器來(lái)檢測(cè)每一個(gè)測(cè)點(diǎn)；四是運(yùn)用定時(shí)器及按不同的時(shí)限來(lái)對(duì)每一個(gè)測(cè)點(diǎn)進(jìn)行定時(shí)；五是輸入和輸出檢測(cè)結(jié)果。

3.2 電動(dòng)機(jī)故障診斷

電動(dòng)機(jī)是一種將電能轉(zhuǎn)化為機(jī)械能的設(shè)備，其是一種十分關(guān)鍵的礦山機(jī)電設(shè)備，因此對(duì)其故障的診斷尤其關(guān)鍵，具體診斷流程見(jiàn)圖2。

結(jié)合圖2，電動(dòng)機(jī)故障診斷的實(shí)現(xiàn)步驟如下：一是確定電動(dòng)機(jī)的整體結(jié)構(gòu)，其主要由定子、轉(zhuǎn)子和其他附件（如端蓋、軸承、風(fēng)扇等）組成；二是測(cè)試電量參數(shù)和檢測(cè)通風(fēng)機(jī)參數(shù)；三是檢測(cè)電動(dòng)機(jī)的環(huán)境參數(shù)。針對(duì)高頻率的異步電動(dòng)機(jī)，可采用磁通檢測(cè)、電流高次諧波檢測(cè)和局部放電檢測(cè)三種方法。其中，局部放電檢測(cè)是利用高頻檢測(cè)儀和定子電流的電流互感器來(lái)辨別局放源，以診斷定子類(lèi)故障；電流高次諧波檢測(cè)是根據(jù)電動(dòng)機(jī)故障的表征，將其劃分為不對(duì)稱(chēng)和對(duì)稱(chēng)兩類(lèi)故障，然后再進(jìn)行深入分析和判斷；磁通檢測(cè)是通過(guò)檢測(cè)切向與徑向分量磁通的變化來(lái)測(cè)定定子故障。目前，磁通檢測(cè)在高壓電動(dòng)機(jī)定子類(lèi)故障檢測(cè)中的應(yīng)用較為廣泛，但該方法的操作不夠便利，且檢測(cè)結(jié)果的精度得不到保證。

4 結(jié)束語(yǔ)

綜上，礦山機(jī)電設(shè)備的管理與診斷是一項(xiàng)極為系統(tǒng)的工程，其對(duì)礦山安全生產(chǎn)目標(biāo)的實(shí)現(xiàn)具有重要作用。此外，為了解決日漸嚴(yán)峻的礦山安全問(wèn)題及適應(yīng)數(shù)字礦山的發(fā)展需要，應(yīng)在機(jī)電設(shè)備管理中施行“預(yù)防為主”的管理方針，并根據(jù)計(jì)劃性狀態(tài)檢修的要求，采取相應(yīng)的故障診斷技術(shù)。

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