礦山機電設備維修中故障診斷技術應用探討

董建廷

（臨礦集團株柏煤礦，山東 臨沂 276112）

1 故障診斷技術的發展

19 世紀60 年代，美國在宇航局的倡導下率先著手對機械設備的故障診斷技術進行開發，隨后英國和日本也加入了故障診斷技術開發的行列，并取得了世界機電設備故障診斷的世界領先地位。我國初步接觸機電設備診斷技術是從1979年開始，截至目前已經經歷了幾十年的發展，故障診斷技術已經普遍應用在航空航天、汽車、機床和礦山設備等領域。我國雖然在故障診斷技術開發中起步較晚，但是進步的速度較快，在一些特定設備的故障診斷研究方面發揮了我國的技術特色，形成了我國特有的監測技術，甚至已經趕超了其他技術先進國家。

2 故障診斷的方法

（1）故障的檢測。機電設備發生故障時，機電設備的系統參數將會發生不同程度的變化，例如，當機電設備處于故障狀態中時，系統的輸出變量、狀態變量、物理參數和模型參數等會出現一個或者多個數據的變化。對設備這些變量進行監測，通過數據發生偏離來判斷故障。故障檢測工作的重點在于如何確保檢測的及時性，提高檢測數據的準確性，降低故障檢測的誤差以及故障的漏報情況。

（2）故障的診斷。故障診斷是通過對故障檢測數據進行分析，確定出機電設備故障的部位，判斷設備故障的類型并對故障發生原因、產生的影響效果和發生時間進行評估，進而形成對故障的評價和決策。故障的評估和決策的過程是結合故障發生類別及損傷程度決定是否采用修復和更換等措施的判斷過程，進而對故障進行控制，降低故障發生中的生產效益損失和安全事故發生概率。

（2）故障的修復。結合故障診斷結論，采取形影的控制或重構等措施使機電設備系統能在故障發生中保持穩定和性能的改善。對礦山電氣設備而言，故障修復是基于自動控制和狀態監測、故障診斷緊密結合基礎而得出的有效處理方式。

3 礦山機電設備故障的特點

（1）礦山機電設備故障的潛在性。礦山生產環境較為復雜，一些機電設備長期處在灰塵和潮濕環境中運行，機電設備零部件和供電線路容易受到環境因素影響過早產生緩慢老化和銹蝕；此外，礦山機電設備要適應礦山生產的長時間運轉，加大了故障的發生概率。因此，礦山機電設備的機械故障在生產過程中是無法從根本上避免的，具有潛在性。

（2）礦山機電設備故障的規律性。礦山機電設備長時間處在惡劣生產環境中，環境的變化帶來設備運行過程中零部件的老化而使潛在的故障發生概率增加。礦山機電設備在生產過程中具有一定的抵御環境變化因素影響的設計，因此，受到環境因素影響產生故障的位置往往具有較高的規律性。故障發生的規律性有利于工作人員對機電設備故障作出準確的判斷。

（3）礦山機電設備故障的耗損性。礦山機電設備一般都具有較為固定的使用壽命，在壽命周期范圍內，礦山機電設備故障發生概率不僅與日常的維修和維護密切相關，使用方法也對機電設備具有重大影響。礦山企業生產工作強度大、時間長，設備處于長時間運轉中，零部件會因運轉產生高溫高熱，長時間高效運轉將加快機械的磨損，降低了機電設備的使用性能。

（4）礦山機電設備故障的模糊性。礦山機電設備長期處在惡劣環境中工作，從工作的強度上和工作時間上，設備長期處于滿負荷的工作狀態中，盡管在機電設備的設計中兼顧到了最大使用功率和額定功率的范圍，但是各零部件之間的損耗均處于工作參數的臨界狀態，增加了故障的不確定性。

4 礦山機電設備故障形成因素分析

（1）設備更新換代能力差。礦山企業在生產中對機電設備的依賴性較強，礦山機電設備的工作效率對企業經濟效益具有重要的影響。一些礦山企業為了能夠提高企業經濟效益，往往忽視對機電設備的保養和檢修。此外，礦山機電設備往往價格較高，企業為了能夠降低在設備方面的投入，尤其在設備的更新換代方面，更要經過企業經過對經營情況綜合衡量后才能做出決策。礦山機電設備更新換代能力弱，導致生產技術陳舊的設備應用到機電設備系統中，給整個生產機械系統帶來了木桶效應，機電設備系統故障發生概率加大。

（2）礦山機電設備運行中的損耗。礦山機電設備長期處在高速運行中，零部件在運行中產生高溫高熱，增加了關鍵部位的磨損程度；長期處在高負荷狀態下運轉，機電設備受力位置溫度將會過高，間隙將會增大，甚至會導致一些部件的扭曲和變形，增加了設備故障的發生。另外，受到工作環境酸堿值的影響，設備零部件也會產生一定的腐蝕，加重了機電設備運行中的損傷。

（3）礦山機電設備零部件配合關系變化。礦山機電設備是有各個具有一定功能的零部件組成，在安裝調試和運行過程中，各個零部件的協調工作，確保了礦山機電設備的綜合使用性能。在長期的工作中，各個零部件的運行狀態和環境因素發生了變化，零部件的物理狀態也在不斷改變，導致零部件之間的配合關系發生變化。零部件的配合度無法滿足機電設備運行要求時，導致機電設備故障的發生。例如，機電設備中的某個零部件產生磨損，將在設備運行中產生高溫高熱，帶來其他零部件工作環境的變化，破壞了零部件的整體配合度，長期處在不佳的配合關系狀態下，不僅會帶來設備的故障，也會對其他零部件帶來損傷。

（4）機電設備的超荷載運行。在市場經濟環境下，企業往往將經濟效益作為運營的核心目標，希望能夠在最短時間內完成最大的工作量，提高生產效率，創造更高的經濟價值，進而對機電設備的使用性能產生了忽視。機電設備長期處在高負荷狀態下運行，后期的保養和維護跟進不到位，就會導致故障發生概率的加大，甚至縮短了機電設備的使用壽命。隨著科技的發展，一些企業開始使用智能化設備，當機電設備處于負荷臨界值時，智能系統將會發出報警，甚至會終端設備的運行，不僅降低了因設備超負荷運行帶來的設備故障，也提高了設備工作的安全性。

5 礦山機電設備故障診斷技術

（1）維修人員經驗診斷技術。礦山機電設備長期處在特定的工作環境和工作狀態中，故障的發生呈現出一定的規律性，這種故障發生的特點給維修人員經驗診斷技術帶來了可能。在實際礦山企業生產中，主觀診斷是一種較為簡單有效的故障診斷方法，這種方法需要相關工作人員具有較豐富的實踐經驗，適合于礦山企業應急維修。但是，這種主觀診斷也存在較多的弊端，主要表現在診斷的準確度較低，對故障的綜合判斷具有局限性。機電設備是有各個零部件構成的和諧的整體運行環境，一個位置發生狀態變化，必然將會帶來其他零部件工作狀態的變化，單純依賴于經驗進行故障診斷，常常會產生頭疼醫頭腳疼醫腳的結果。

（2）振動監測診斷技術。振動監測診斷是借助于檢測設備輔助完成的，通過設備的振動參數和表現的振動特征對礦山機電設備進行狀態分析，進而實現對設備故障的判斷。這種方法在礦山機電設備故障診斷中應用較為廣泛。通過振動監測不僅能夠得出較為全面的振動參數，作為分析和判斷的依據，還能夠在檢測過程中確保設備的安全，避免檢查過程帶來的設備損傷。礦山機電設備的運行必然會帶動設備的振動，振動信息表明機械的工作狀態，機械振動參數包括機械啟動的加速度、運行速度和產生的位移等。在進行振動監測時，設備維修工作人員要選擇合適的振動測量點，結合機電設備頻率選擇測量的參數和傳感器。在測量點的選取中，一般選擇能夠對機械運行具有全面監測的位置，而且測量點盡量接近易損位置，這樣能夠確保振動監測信號的有效性。振動傳感器對機械運行的振動信息監測后，將設備的狀態信號放大濾波后輸送到轉換器，通過轉換器將模擬信號轉換為數字信號后，傳輸到數據分析和處理診斷裝置中進行分析，對數字信號進行分析后，輸出振動位移變化曲線圖和頻譜圖作為機電設備故障診斷的依據。振動監測診斷技術更加科學，能夠實時對設備進行監測，而且形成的數據分析報告更加直觀，能夠反映機電設備的動態特征和機械運行過程中的變化，具有較高的應用價值。

（3）油液磨屑分析檢測故障診斷技術。這種故障診斷技術是通過對油液磨屑進行采集，識別油液狀態和磨屑形狀，對油液的物理和化學狀態進行分析，進而得出機電設備的運行狀態結論。這種方法一般用于礦山機電設備的潤滑系統和液壓系統的故障檢測中。機械的運行將帶來零部件金屬表面的磨損，運行狀態的改變，磨損的程度也會發生改變，磨屑形狀和數量也會產生相應的變化，這些磨屑進入油液中，帶來油液的污染。因此，油液磨屑監測被作為機械運行狀態監測的表面特征。

（4）紅外測溫診斷技術。礦山機電設備運行過程中各個部位將發生溫度的變化，紅外測溫診斷技術是基于對溫度變化范圍分析進而對機電設備運行狀態進行判斷的方法。機電設備運行中產生的磨損、管道線路的阻塞、油液的潤滑和降溫性能以及電路通暢程度都能夠通過測溫進行分析，因此，紅外測溫故障診斷技術在礦山機電設備故障診斷中應用較為普遍。這種技術能夠在較遠的距離采用非接觸的方式對溫度進行監測，獲得較為準確的實時溫度測量參數，反應機電設備運行的環境溫度變化和工作狀態。在進行數據測量過程中，要注意外界環境溫度的影響，對測量數據進行修正，經過修正的數據通過接口傳輸到計算機系統中，實現對機電設備運行過程中的監測，通過與規范參數的比較，當溫度數據超出正常范圍時進行報警。紅外線測溫診斷技術使礦山機電設備故障診斷具有智能化，能夠避免機電設備運行狀態的進一步惡化，對確保設備正常運行和提高機電設備使用壽命具有重要作用。

6 結語

礦山機電設備在礦山企業生產中發揮著重要的作用，不僅能夠提高生產效率，確保企業經濟效益，還能夠提高設備運行安全系數，為安全生產提供保障。隨著當前計算機和網絡科學技術的發展，礦山機電設備故障診斷技術逐漸向著遠程協作和智能化技術發展，機電設備運行狀態的監測數據的收集、處理和分析將更加快捷，設備故障診斷更加準確，實操性能將越來越高，進而促進我國礦山機電設備診斷技術水平的提高。