礦山機械電氣設備故障檢修與分析

張奇，劉加琨

（山東華新建筑工程集團有限責任公司，山東 泰安 271219）

礦山機械電氣設備在礦山生產中扮演著重要角色，其正常運行對于保障礦山生產的連續性和安全性至關重要。然而，由于礦山環境的惡劣和設備長時間運行的特點，設備故障時有發生，嚴重影響礦山生產的正常進行。礦山機械電氣設備故障進行準確分析和及時檢修，對于提高設備的可靠性和可用性，降低生產事故的發生率，保證礦山生產的安全和穩定有著重要意義。因此，需要對礦山機械電氣設備故障深入研究，減少生產事故的發生，提高礦山生產的安全性和效益。

1 礦山機械電氣設備故障類型

礦山機械電氣設備常見的故障類型包括短路、短路、參數設置錯誤等。其中，短路故障通常是由于電氣線路中的絕緣層破損、老化或設備過載等原因導致電流異常流程，從而燒毀電氣設備或引起其他故障，往往會對整個電氣系統產生嚴重影響，導致設備停機、生產中斷、甚至造成嚴重的安全隱患；斷路故障是由于線路中斷或接觸不良等原因造成電氣設備無法正常工作。此外，由于電氣設備的連鎖保護也可能導致斷路故障；參數設置錯誤多數是由于技術人員操作失誤或設備老化引起。例如，技術人員在操作過程中輸入錯誤的參數或者未按照操作手冊進行正確的參數設置，都有可能導致設備運行異常。同時，隨著設備的使用年限增加，設備自身可能出現老化、性能下降等問題，從而導致參數設置的不準確。

2 礦山機械電氣設備故障分析方法

2.1 基于專家系統的故障分析

專家系統是一種計算機程序，利用人工智能模擬人類專家的知識和經驗來解決特定問題。在礦山機械電氣設備故障分析中，專家系統可以有效診斷和解決復雜的電氣故障，采用靜態特征，比如，將技術人員觀察到的樣本與傳感器獲取的數據進行比較，而且一些專家系統具備數學函數和計時的功能。專家系統會在機械電氣設備出現故障問題的第一時間收集關于故障的各種信息，包括故障的外觀表現、發生時間和環境條件等。然后，調取專家系統知識庫中符合條件的知識，并根據輸入的故障現象和條件規則，基于前向推理（從條件到結論）或后向推理（從結論到條件）確定可能的故障類型。最后，根據推理結果，確定可能的故障類型后，進一步進行故障診斷和解決，并根據專家系統的知識庫，系統可以提供相應的故障處理建議或解決方法。

2.2 基于時間序列的故障分析

雖然在煤礦開采理論和技術不斷更新發展下，礦山作業效率顯著提升，但是機械電氣設備故障仍然時常發生。但是故障發生后產生的報警信息和獨特的時間序列特性，可以精準確定故障所在位置，判斷故障類型，從而及時處理，防止可能的煤礦安全事故。基于時間序列的礦山機械電氣設備故障分析，可以通過多個時間點，連續測量同一物理量，從而獲取一系列測量值序列，如下：

圖1 基于時間序列的故障診斷流程

在對礦山機械電氣設備進行故障分析的過程中，需要做好數據驗證和預處理工作，從而檢驗獲取的離散時間序列的平穩定是否滿足要求，并保證時間序列零均值，針對不符合要求的序列要先進行預處理，之后進行建模。在預處理時，包括零均值和平穩化兩種處理方式。

其中，n為樣本容量，可借用軟件自帶的mean函數實施零均值處理。

平穩化處理的核心在于找到序列中的趨勢項，及經過零均值處理的序列中的不平穩項，以保證處理后的時間序列符合要求，公式如下：

2.3 基于模糊邏輯理論的故障分析

模糊邏輯理論是一種用于處理不確定性和模糊性問題的數學理論，與傳統的布爾邏輯（只有真和假兩個值）不同，模糊邏輯允許變量的值在0和1之間取任何介于兩者之間的值，這種靈活性使得模糊邏輯能夠更好地處理現實生活中模糊和不確定的信息。模糊結論理論和模糊集在風險評估方面具有一定的優勢，可結合工作人員經驗，對特定現象，即礦山機械電氣設備故障問題，計算風險系數。

其中，S為系統發生影響程度；O為故障發生頻率；D為潛在故障問題。一般這三個數值的取值范圍為1～5或1～7，代表語言數值，可計算故障對系統的影響和故障發生頻率。

在對礦山機械電氣設備故障基于模糊邏輯理論進行分析時，對礦山機械電氣設備故障進行初步檢查，收集故障的基本信息，如故障類型、故障現象等，運用模糊邏輯理論對故障類型進行分類，確定故障所屬的類型。在初步判斷的基礎上，對礦山機械電氣設備的各個部件進行詳細檢查，特別是對于出現故障的部位要進行重點檢查。然后，根據模糊邏輯理論，分析故障產生的原因，如可能是由于機械零件的磨損、變形、斷裂等引起的，也可能是由于電路故障、控制系統失靈等原因引起的。根據分析出的原因，采取相應的措施進行排除。對于機械零件的磨損、變形、斷裂等問題，可以更換新的零件；對于電路故障、控制系統失靈等問題，可以檢查電路和控制系統并進行相應的修復。最后，在故障排除后，對礦山機械電氣設備進行測試和驗證，確保其能夠正常運行。

3 礦山機械電氣設備故障檢修方法

3.1 了解設備類型與功能

在對礦山機械電氣設備故障進行檢修前，需要詳細了解設備類型與功能，以便于更好地了解設備運行原理，從中分析出可能出現的故障，進而結合上文故障分析方法，再通過直觀法、參數調整法、電壓測量法、替代法明確故障原因。其中直觀法是通過觀察設備的外部表現來判斷故障原因。例如，通過觀察設備是否發出異常聲音、是否有異常振動、是否有煙霧或異味等來初步判斷故障可能的原因。通過這種方法，檢修人員可以快速定位故障區域，并進行進一步的檢修和修復。參數調整法適用于電氣元件損壞的情況，通過調整設備的參數，如電壓、電流、頻率等，來觀察設備的反應，以確定具體的故障元件。例如，通過逐步調整電壓的大小，觀察設備的工作狀態是否有變化，從而確定是否存在電壓元件損壞的問題。電壓測量法是通過使用電壓表或萬用表等工具測量設備各個電路之間的電壓情況，以確定是否存在電路斷開或短路等問題。通過測量電壓的變化，可確定具體的故障位置。替代法是通過替換可能出現故障的元件或設備部件，來判斷故障原因。例如，可以替換電路板、電機等部件，觀察設備是否恢復正常工作。如果替換后設備恢復正常，說明被替換的部件存在故障。

3.2 制定檢修計劃

根據礦山機械電氣設備故障原因，制定合適的檢修計劃。首先，根據故障原因，確定需要更換的設備部件，并準備相應的備件，明確備件型號、規格、數量等信息。其次，合理分配維修人員和分工是提高檢修效率的關鍵，需明確每個維修人員的職責和任務，在檢修前需要準備好所需的工具和材料，如工具箱、維修手冊、潤滑劑、清潔劑、緊固件等。最后，采取一系列安全措施來保障維修人員的安全和設備的穩定，明確規定安全措施的執行流程和注意事項，包括設備斷電、安全警示、操作規程等。在檢修的過程中，需要嚴格執行檢修計劃，并根據實際情況進行靈活調整。同時，還需要加強對設備的監控和維護，及時發現和解決問題，確保設備的穩定性和可靠性。

4 礦山機械電氣設備故障預防措施

4.1 建立定期檢修制度

定期對設備進行檢查、維護和保養，及時發現設備存在的潛在問題并采取相應的措施進行解決，從而避免故障的發生或者減輕故障帶來的損失。在建立定期檢修制度時，需要根據設備的實際情況和特點來制定檢修制度，確定設備的檢修周期，如每年、每季度、每月等進行檢修，根據設備的使用情況和工作負荷來確定最合適的檢修時間間隔；明確每次檢修需要進行的具體工作內容，包括設備的清潔、潤滑、緊固、調整、更換磨損部件等，根據設備的特點和使用要求，制定相應的檢修標準和操作規程；建立設備檢修的記錄系統，詳細記錄每次檢修的時間、內容、結果等信息，從而通過記錄追蹤設備的維護歷史和故障情況，為后續的維修和決策提供參考；對于設備檢修過程中發現的故障和問題，及時進行分析和改進，通過分析故障的原因和解決方案，不斷提高設備的可靠性和維護效率，減少故障的發生和對生產的影響。

4.2 加強人員培訓

機械設備往往容易受到人為操作不規范等因素的影響而出現各種故障，因此需要通過培訓來提高相關人員的專業素質和操作技能水平。具體而言，可選擇理論培訓、實操培訓、案例分析、模擬操作等，結合現場實際情況，進行現場培訓和模擬操作，使培訓更加貼近實際工作環境。此外，定期對參與培訓的人員進行考核評估，通過筆試、實操考核、案例分析等形式，檢驗工作人員對培訓內容的掌握和理解程度。

4.3 實施設備監測和診斷技術

通過對設備的實時監測和診斷，能夠及時發現設備存在的潛在問題并采取相應的措施進行解決，從而避免故障的發生或者減輕故障帶來的損失。具體實施中可以采取在線監測和離線監測相結合的方式進行監測和診斷，同時需要結合設備的實際情況制定相應的監測和診斷方案。在線監測方面，可通過安裝傳感器和監測設備，實時采集設備的運行數據，如溫度、振動、壓力、油液狀態等，及時發現設備異常情況，并進行預警和故障診斷。在離線監測方面，可定期對設備進行常規檢查、維護保養以及設備的性能測試等內容，檢測設備的機械磨損、潤滑狀態、電氣性能等方面的問題，并及時采取維修措施。在數據分析和診斷方面，采用數據挖掘、機器學習等技術，對數據進行處理和分析，建立故障診斷模型，并提出相應的維修建議。

5 結語

總之，由于礦山機械電氣設備在運行過程中經常受到環境、使用、維護不當等各種因素的影響，極易導致設備出現故障，影響生產效率和安全性。因此，對礦山機械電氣設備的故障進行分析和檢修至關重要。只有通過不斷提高檢修技術水平和對設備進行全面管理和維護，才能有效減少設備故障的發生，提高設備運行效率和安全性，為礦山的可持續發展提供有力保障。