礦用掘進機機電設(shè)備智能診斷系統(tǒng)的研究

李嘉裕

（晉能控股煤業(yè)集團煤峪口礦，山西 大同 037003）

引言

掘進機是一種集機、電、液于一體的大型機械設(shè)備，是煤礦井下掘進作業(yè)的核心，工作時的可靠性直接決定了巷道掘進效率和掘進安全性。在工作過程中掘進機通過電氣控制系統(tǒng)控制液壓系統(tǒng)，液壓系統(tǒng)又控制相關(guān)執(zhí)行機構(gòu)進行掘進作業(yè)，所涉及的相關(guān)系統(tǒng)有電氣系統(tǒng)、液壓系統(tǒng)、截割機構(gòu)等，其中又以液壓系統(tǒng)的故障率最高，當發(fā)生故障后需要人工根據(jù)經(jīng)驗逐項進行排查分析，故障排除周期長，給煤礦井下的掘進效率和掘進安全造成了較大的隱患。因此，本文總結(jié)了掘進機機電設(shè)備的常見問題，提出了礦用掘進機機電設(shè)備智能診斷系統(tǒng)，對提升掘進機故障維護效率具有十分重要的意義。

1 掘進機故障分析

通過對掘進機工作過程中機電設(shè)備運行故障的分析匯總，電氣設(shè)備故障、液壓系統(tǒng)故障、截割機構(gòu)故障占據(jù)了整個機電設(shè)備故障的96%以上[1]，因此本文重點對該三類故障進行分析。

1.1 電氣系統(tǒng)故障

電氣故障主要是指掘進機的控制系統(tǒng)故障，通過對電氣系統(tǒng)故障類別的分析，工作過程中線路問題發(fā)生故障的概率較低，一般性的線路問題主要是由于掘進機使用時間長導(dǎo)致的線路老化問題，該類問題占據(jù)了約3%，另一部分是可編程控制器故障，該故障類型占據(jù)了整個故障類型的95%以上。該故障主要表現(xiàn)為可編程控制器的無信號輸出和接觸器接觸不良。

可編程控制器的無信號輸出主要是線路虛插、控制系統(tǒng)元器件異常等，該故障可以通過采用狀態(tài)指示來判斷，設(shè)置一個判斷程序，若指示燈顯示綠色則表示有信號輸出，若顯示紅色就表示無信號輸出。接觸器接觸不良主要是由于接觸器的線圈異常導(dǎo)致的，可以通過利用萬用表對線圈的電阻率進行測定，確定故障區(qū)域和原因。若是出現(xiàn)接觸器無法吸合的問題，則可能是供電電壓不穩(wěn)導(dǎo)致電源下降導(dǎo)致的，此時可以通過增加穩(wěn)壓電源來解決。

1.2 液壓系統(tǒng)故障

掘進機掘進作業(yè)時的動力主要來自于液壓系統(tǒng)，因此液壓系統(tǒng)不僅要頻繁地進行換向、伸縮油缸等，而且還要承受截割作業(yè)時巨大的截割沖擊作用。液壓系統(tǒng)常見的故障主要是液壓元件在高強度工作下的損壞、管路漏液等，目前的液壓系統(tǒng)一般都設(shè)置有蓄能器緩沖裝置，能夠極大地降低液壓沖擊。另一方面由于煤礦井下工作環(huán)境較為惡劣，粉塵濃度大，經(jīng)常出現(xiàn)油液污染的現(xiàn)象，導(dǎo)致?lián)Q向閥堵塞等，因此需要重點對油缸進行密封，在油管處設(shè)置多重過濾裝置，定期更換液壓系統(tǒng)的油液。

1.3 截割機構(gòu)故障

截割機構(gòu)主要包括截割滾筒、截割傳動系統(tǒng)、截割頭等，截割機構(gòu)的故障主要是截割過程中截割頭斷裂，該故障主要是由于截割控制系統(tǒng)對截割過程控制失效導(dǎo)致的，目前多采用優(yōu)化控制系統(tǒng)，采用記憶截割或者自適應(yīng)截割控制來實現(xiàn)截割作業(yè)過程中的智能調(diào)節(jié)。

2 掘進機故障庫的建立

在對掘進機常見故障類型進行分析的基礎(chǔ)上，為了實現(xiàn)對各類故障的分類存儲和快速匹配，本文提出了以故障樹模型機理為基礎(chǔ)，建立掘進機機電設(shè)備故障層級庫[2]，能夠?qū)崿F(xiàn)將所有故障、原因分析、解決措施進行匯總的目的，便于在下次故障發(fā)生后能夠在最短的時間內(nèi)完成對故障的排查和定位，快速修復(fù)掘進機，降低對巷道掘進作業(yè)的影響，該掘進機故障庫邏輯原理如下頁圖1所示[3]。

圖1 掘進機故障庫邏輯原理示意圖

在該掘進機故障庫中，采用了故障案例完善和自我學(xué)習(xí)的雙軌制，既能夠通過人工進行故障原因、維修措施、經(jīng)驗教訓(xùn)的輸入，也能夠通過系統(tǒng)對故障處理過程的自我學(xué)習(xí)進行不斷完善，若在工作過程中發(fā)現(xiàn)故障庫內(nèi)的案例需要進行修正，則可以通過獲取相應(yīng)的權(quán)限進行完善，確保故障庫內(nèi)案例的準確性和完整性，提高故障庫的豐富程度，為實現(xiàn)故障的智能診斷和處理奠定基礎(chǔ)。

3 掘進機故障智能診斷系統(tǒng)的應(yīng)用效果

在建立掘進機機電系統(tǒng)故障樹的基礎(chǔ)上，為了進一步提升對故障判斷的準確性，提升掘進機的運行穩(wěn)定，本文建立了基于智能控制的掘進機故障診斷系統(tǒng)，系統(tǒng)結(jié)構(gòu)如圖2所示。

圖2 掘進機故障智能診斷系統(tǒng)

由圖2可知，該故障智能診斷系統(tǒng)主要是依靠布置在掘進機機電系統(tǒng)上的傳感器對掘進機運行過程中的機電信號、液壓系統(tǒng)的工作壓力、活塞桿行程、截割負載、截割電機電流情況進行監(jiān)測，將監(jiān)測信息經(jīng)過A/D轉(zhuǎn)換后傳輸?shù)奖O(jiān)測系統(tǒng)內(nèi)進行分析，該監(jiān)測系統(tǒng)的判斷邏輯是基于對機電系統(tǒng)常見故障類別、故障現(xiàn)象的分析，采用了故障樹分析方法，從上到下逐層對故障原因進行分析，識別出故障后與系統(tǒng)存儲的故障類型進行對比，從而快速判斷出掘進機的故障原因，提供解決方法，從而有效地縮短故障排除時間，提高系統(tǒng)運行的可靠性。

通過應(yīng)用掘進機故障診斷系統(tǒng)，不僅能夠快速地鎖定故障類型，也能夠減少因維修人員經(jīng)驗不足導(dǎo)致的維修異常，根據(jù)實際對比，采用掘進機故障自動診斷后，對故障的維修時間降低了83%，故障一次鎖定率提升了92%，對提升掘進機故障維護效率具有十分重大的意義。

4 機電設(shè)備維保機制

通過對掘進機機電設(shè)備故障的分析，發(fā)現(xiàn)多數(shù)故障的發(fā)生都是由于維護保養(yǎng)不及時導(dǎo)致的，因此建立一個規(guī)范、有序的機電設(shè)備故障維護機制對降低設(shè)備故障率、延長使用壽命具有十分重要的意義[4]。對機電設(shè)備的維護主要是要建立定期檢查、維護保養(yǎng)機制，形成點檢記錄文件，進行日檢、周檢、月檢、季檢、年檢，分層級進行，逐步深入，確保設(shè)備元器件均處于良好的工作狀態(tài)，對降低故障率具有十分重要的意義。

要建立人員培訓(xùn)機制，持證上崗，定期對人員應(yīng)知應(yīng)會進行抽查，建立“回爐”機制，確保人員具備較高的專業(yè)素質(zhì)能力。

5 結(jié)論

1）掘進機機電設(shè)備運行故障主要包括電氣設(shè)備故障、液壓系統(tǒng)故障、截割機構(gòu)故障，故障類型占據(jù)了整個掘進機機電故障的96%以上；

2）以故障樹分析法為基礎(chǔ)，實現(xiàn)了對故障的自動識別和分析，快速提供解決方案，提高掘進機運行穩(wěn)定性，能夠?qū)⒐收暇S修時間降低83%，將故障一次鎖定率提升92%，對提升掘進機故障維護效率具有十分重大的意義；

3）通過建立機電設(shè)備定期維護保養(yǎng)機制和人員培訓(xùn)機制，對提升掘進機運行可靠性具有十分重要的意義。