礦井機電設備故障分析與維修技術研究

章俊

摘 要：為高效、快速解決礦井機電設備故障，促進礦井穩定、連續、安全生產，進行了礦井機電設備故障分析與維修技術的研究。在分析礦井機電設備常見故障以及故障產生原因的基礎上，詳細闡述了基于設備運行狀態和設備管理的兩種礦井機電設備故障診斷方案，并分析其應用場景和優缺點，最后分析了礦井機電設備維修中存在的問題。

關鍵詞：故障分析;故障診斷;機電設備;礦井

中圖分類號：TD407;TD607 文獻標識碼：A 文章編號：1003-5168（2021）29-0078-03

Research on Fault Analysis and Maintenance Technology of

Mine Electromechanical Equipment

ZHANG Jun

（Shanxi Baoli Pingshan Coal Industry Co.， Ltd.， Jincheng Shanxi 048205）

Abstract：In order to solve the failure of mine electromechanical equipment efficiently and quickly， and promote the stable， continuous and safe production of mine， the research on the failure analysis and maintenance technology of mine electromechanical equipment was carried out. Based on the analysis of common faults and causes of mine electromechanical equipment， the article elaborates on two mine electromechanical equipment fault diagnosis schemes based on equipment status operation and equipment management， and analyzes application scenarios， advantages and disadvantages. Finally， the maintenance technology and existing problems of mine electromechanical equipment are analyzed.? for reducing the failure rate of mine electromechanical equipment and improving the level of maintenance.

Keywords： fault analysis;fault diagnosis;maintenance technology;electromechanical equipment;mine

礦井機電設備是煤礦高效率、高質量安全生產系統的重要組成部分，如綜掘工作面的掘進機、連續采煤機、破碎機、梭車;綜采工作面的采煤機、液壓支架、刮板輸送機、轉載運輸機;負責礦井通風的局部通風機;負責井下無軌運輸的鏟車、支架搬運車、料車、載人車等。對礦井機電設備進行科學合理的維修檢查，降低礦井機電設備的故障發生率是提升礦井機電設備運行效率、實現煤礦安全高效生產的有效途徑[1-2]。為將礦井機電設備故障影響降至最低，煤礦企業及科研機構對礦井機電設備故障預警展開了一系列研究，田曉斐[3]針對礦井提升機設計了設備故障信號頻域分析檢測系統，提升了礦井提升機的故障預警水平;王慧敏[4]開發了基于高階累積量信號分析的礦井設備機械故障檢測診斷系統，可實現礦井設備振動信號的時域、頻率及現代譜分析，準確診斷設備故障;張建勛[5]基于VC++及仿真軟件實現了對掘進機齒輪的故障診斷，可根據采集的數據信號繪制時頻域圖并完成傅立葉變換，實現對掘進機齒輪斷齒、磨損、劃傷等故障的判斷。筆者以礦井機電設備為研究對象，分析常見故障及故障原因，詳細闡述基于設備運行狀態和設備管理的故障診斷方案，為降低礦井機電設備故障發生率，實現礦井高效、高質量生產提供支持。

1 機電設備故障原因

①運行時間過長，如刮板輸送機保持長時間連續不間斷高負荷運行，造成機頭、機尾電動機發生過載、過流、兩相粘連等故障，縮短電動機使用壽命;高強度長時間運行使得礦井機電設備間的配合度下降，極易發生斷鏈、跑偏及機械故障。②超負荷運行，如掘進機截割較堅硬的煤層時，會因截割功率低燒毀截割電動機，引發安全故障;刮板輸送機長時間超載運行后會引發機頭、機尾電動機故障;液壓支架推移油缸存在管路堵塞時會引發油泵電動機故障等。③礦井機電設備部件缺陷，如部件尺寸、形態、性能與標準部件存在較大差異會影響礦井機電設備的安全、連續運行，存在故障風險。

2 機電設備故障診斷

2.1 基于設備運行狀態的故障診斷

基于設備運行狀態的故障診斷流程如圖1所示。對礦井設備的原始信號進行預處理后，進行時域、頻域、現代譜分析。根據分析結果提取特征值，完成解釋輸出、診斷推理、故障特征庫后輸出該礦井設備的故障診斷結果。

2.1.1 時域分析。礦井設備運行狀態原始數據信號時域分析方法即觀察原始數據信號的時域波形數據，如周期、幅值、波形及變化規律等。采用概率密度函數ρ（x）表征時域信號幅值概率，可直觀說明礦井設備正常運行、異常運行時的振動信號明顯差異。采用偏態指標[Ki]及峭度指標[Kj]表征時域信號概率密度分布的偏峭程度，即獲取信號偏離正態分布的程度。該值越大，表明該礦井設備發生故障的概率越大[6-7]。礦井設備狀態時域分析方案適用于對礦井設備典型信號的簡易診斷分析，且需要由具有故障診斷分析經驗的專業人員完成。

2.1.2 頻域分析。礦井設備狀態運行原始數據信號頻域分析方法即將原始數據信號進行傅立葉變換，頻率為以橫坐標，可分析該原始信號的幅值、相位。對比正常運行數據的特征頻譜、細化譜、解周譜，發現礦井設備故障運行數據，最終鎖定礦井設備故障。

2.1.3 現代譜分析。礦井設備狀態運行原始數據現代譜分析方法即將原始數據信號進行小波分析和Hilbcrt-Huang變換，使變換后的信號具有較好的時頻局部化特性、去噪能力及高分辨率，從而更加準確、直觀、便捷地檢測礦井設備故障[8]。

2.2 基于設備管理的故障診斷

基于設備管理的礦井設備故障診斷流程如圖2所示。基于設備管理的故障診斷由系統監測子系統、數據分析子系統、數據管理子系統、用戶管理子系統及系統幫助子系統5部分組成。系統監測子系統用于完成礦井設備運行狀態的在線實時監測，如監測采煤機設備運行時的牽引方向、牽引速度、截割滾筒高度、截割頻率、電動機電壓及電動機溫度等，完成礦井設備數據的在線周期性采集及時域指標計算;數據分析子系統用于完成礦井設備運行狀態數據的時域、頻域波形實時顯示及頻譜分析，同時需要對安裝在礦井設備本體的傳感器數據進行分析，判斷傳感器數值是否超限，如果超限，則需要發出故障預警;數據管理子系統用于完成礦井設備運行狀態數據的存儲、查詢、刪除等，并可直觀地給出指定特征信號的歷史曲線、實時動態曲線;用戶管理子系統用于完成故障診斷控制平臺用戶的信息管理、登錄/退出管理，還可設置、修改使用權限[8];系統幫助子系統可方便用戶進行幫助信息查詢。以礦井設備管理為基礎，各大煤礦企業大力推廣礦井設備點檢制，對礦井設備進行信息化、網絡化管理，進而實現礦井設備故障診斷的智能化。

3 機電設備故障診斷流程及面臨的修維問題

礦井機電設備故障診斷系統運行流程如圖3所示，設備運行過程中，控制系統實時采集安裝在礦井機電設備機身的傳感器數據[9-12]，經信號分析、邏輯判斷后，診斷該傳感器數據是否超出設定的閾值，如果超出，則需停機檢修;沒有超出，則繼續實時監測。

為保證礦井機電設備穩定、連續、安全運行，要加強對礦井機電設備的科學管理修與維，將故障、事故發生率降至最低。礦井機電設備維修面臨的問題主要有以下幾個。①專業礦井設備維修人員嚴重缺乏。由于煤礦工作環境惡劣，專業機電設備維修人員來礦工作的意愿不強，人才缺口現象嚴重。②礦方重視程度不夠。礦方一味追求生產效益，例如：未能及時完成礦井機電設備的維修、維護，甚至礦井機電設備出現故障時“帶病”工作。③機電設備維修不科學。未制定科學、合理、周期性的設備維修方案;未及時發現設備運行過程中的微小磨損、細微隱患。

4 機電設備診斷預警系統

礦井機電設備診斷預警系統如圖4所示，分為在線監測、信號處理、數據庫管理、用戶管理以及幫助系統5個部分，是一個實時的多線程系統[13-16]。在線監測模塊主要完成對機電設備運行狀態和傳感器數據的監測;信號處理模塊主要對采集到的傳感器數據進行A/D轉換、閾值判斷以及邏輯處理等;數據庫模塊主要用于存儲機電設備的電壓、電流、故障信息、傳感器數據等;用戶管理模塊用于完成對登錄該預警系統的用戶的分級管理，不同級別的用戶權限不同;幫助系統用于對該預警系統中遇到的問題進行簡單提示和幫助。

礦井機電設備診斷預警系統中的核心功能為數據管理，如圖5所示。該系統可實現機電設備診斷數據的存儲、顯示、查詢以及刪除，還能實時更新礦井機電設備預警數據，同時與故障監控平臺進行無縫銜接，在線、實時顯示故障信息，提示礦井機電設備維護人員及時發現并解決故障[17-18]。

5 結語

以礦井機電設備為研究對象，詳細分析了礦井機電設備的常見故障及故障產生原因。針對礦井機電設備故障診斷，闡述了基于設備運行狀態和設備管理的兩種故障診斷方案，指出各自的應用場合及優缺點，并分析了礦井機電設備維修技術中存在的問題。為保證礦井機電設備連續、穩定、安全運行，需要加強礦井機電設備的維修、故障診斷、故障預警工作，提高礦井生產的經濟效益和安全性。

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