浅谈故障诊断技术在矿山机电设备维修中的应用

唐伟

（郑州煤电股份有限公司 河南郑州 450000）

现如今，由于我国的市场经济发展速度较快，对煤炭资源的需要量也日益增大。在我国煤炭资源中，煤炭的开采效益一直是我国煤炭企业所关注的重要问题，而改善煤炭采矿效率的有效举措主要是提高煤炭的采矿机械设备，并积极引入先进、科学的采矿技术。当企业采用煤炭机械技术设备时，由于特殊的环境以及长时间地采用机械设备会造成机械技术设备发生失效，从而影响我国煤炭企业的采矿质量和开发效益。为保证机械的正常工作，有关人员必须科学合理地运用故障判别技术，将故障诊断的项目技术运用到矿山内机械设备的修理中，既适应当前的国情，又吸取了先进的科学技术与经验，这就能够很好地改善矿山的质量管理，改善现有的维护制度，增强机械设备的稳定性，使之更符合中国特色社会主义市场的操作规范。

1 机械设备故障诊断技术简介

1.1 设备故障诊断技术的发展概念

从根本上来说，设备故障诊断技术是一项安全措施，即在不影响生产流程的状况下，检查该设备的各个主要组成部分的参数是否在该装置最佳使用状况的范围之内。通过比较精密的仪器和仪表上的数据，来了解被检查的装置是否适合长期操作，能否起到正常的功能用途，是否有损坏或者一定程度的参数值发生了变化，或者一旦出现异常，究竟是由于何种因素而导致的问题发生，损坏程度又是多大，还能否持续使用，同时，还要通过部分的损坏程度测出可以持续使用的时间长短，以及评估其是否还能够使用替代性的电子元器件来延长使用时间，从而降低成本等。这一切都是可以在检查装置正常工作状况下实现的［1］。

1.2 设备故障诊断技术的基本原理

顾名思义，机械设备故障问题是通过检测外在整个机械设备上显示出的不协调性现象，也就是说机械设备经过检测后发现了设备故障现象，而这个现象的形成是由于元器件损坏或者在实际运用过程中受到某些影响，可能是长期而不间歇的使用，也可能是电源流通量过大，又或者是机械设备不正确的运行，所造成的技术参数值异于正常出厂设置偏大，更通俗地讲是机械设备运转不准确。如果出现了故障，这些参数的改变就外显到部件的某个物理变化上，而这些改变就被称为特性因子，也简称特征参数。这些机械特性参数中，可以很敏感地反映机械系统故障状况的值被称作故障判别的敏感因子，当设备不工作时，敏感因子的数值被称作阀位。不要单纯地只看到设备表面的改变而忽略了本质性问题，有可能电气设备从外看并不存在任何异常或功能不健全，但是由于检测出的特性参数不正常增大，这也算是一个电气设备故障，而只有当这些主要参数在所设定的区域内变化波动，才能算是电气设备在正常工作。特性参量是随出现故障问题严重性的增加而增大，也就是说，出现故障问题影响程度愈大，特性的主要参数也会愈大。综上所述，可通过测量出来的特性参量来确定出现的故障问题。其基本原理是：由于故障程度和特性基本参数是呈正相关性的，而这个特性基本参数往往要比外在的现象的故障程度要精确。也就是说，可以利用不同的元器件的特征参数，来判断哪些元器件存在了故障问题、这些问题是否会影响整个机器的正常工作，以及如何才能不被更换持续运行，这也正是设备故障技术的基本原理［2］。

2 矿山机械装置故障形成的因素

2.1 配合关系的变化

当机械设备发生故障后，人们在对故障部位观察时发觉大多故障的形成均是由零部件的自身磨损程度和零部件之间原配关系产生改变而引起的。零部件损坏是指零部件原有形状和规格比原来设定的性能出现了偏差，该偏离是由于设备在运用途中，各方面原因对零件共同作用形成的后果。零部件常见损坏主要由老化磨损和意外损坏引起。

2.2 设备的超负荷运转

各台设备在设计时都对输入与输出参数设定了限制，当设备实际输入、输出中的参数超过所设定输出值的极限时，其正常工作状况将会发生破坏出现故障。当机械设备发生超负荷运行而造成的故障时，就必须对机械设备技术参数作出适当调整，并采取相应修复措施，以提高机械设备工作的能力［3］。

3 故障诊断技术在矿山机械设备修理中的使用方法

3.1 故障记录参考法

此种故障诊断技术运用的重点就是构建矿山机电器件故障判别信息库。这就需要有关科研人员在平时的工作当中，通过运用信息系统或依赖性元器件，对设备事故发生率更多的部位进行细致的排查、剖析，将其表现的特点、形成的成因及其解决方式加以概括、汇总，或进行某种形式的录入，进而形成矿山机电器件故障判定信息库。在企业的矿山或机械设备维护处理过程中，如果有与此数据库中相似的机械设备故障发生时，就能够按照以往的工作经验进行迅速、正确的修复，以便提升工作品质与工作效率等。

3.2 温度、气压检测法

在矿山机械装置的一般工作流程中，其轴承、传动箱等有关部位的工作温度和气压参数是相对恒定的。因此，首先可将此参数形成数据并加以记忆；其次，对各种装置、各个部位进行有关参数的测量并与记录的数值相对比，以精确、迅速地判断当前机电装置的运行状况，对出现故障的装置进行有效的修复，保证矿井开采工作的顺利进行。温度、水压测量技术有着直接、快捷的优势，是现阶段矿井机电装置检修中最为普遍的故障诊断技术手段。

3.3 数学模型诊断法

数学模型的诊断法是由企业技术部门的科技人员利用数学的算法，对矿井机电装置的一种复杂非线性映射关系而形成的数学检测模型，并以矿井机电设备故障所产生的隐秘性和渐变性现象为基础，建立了显示故障产生原因和表现预兆现象之间模糊关系的矩阵。在对矿山机电设备的实际故障进行诊断与处理的过程中，还可以根据自身专业经验对该矩形阵加以调整，以形成定量、定性分析方法和专业经验间的统一、融合，进而实现故障诊断的高精确性。设备故障诊断数学模型的建设主要是以电脑制图平台为基础的，其主要任务之一便是为诊断方案提供必要的基础［4］。

4 故障诊断技能及在矿山机械设备修理中的运用

4.1 诊断类型

故障诊断在矿山机械设备维护中的重要目的：对机械设备进行计划性的状况维护检测，以保证机械生产装置能够持续运行。通常情况下，矿山机械设备故障判别维护检测，根据其种类大致可以分为如下几个类别。

4.1.1 事后维护检修

事后检测主要是指针对当矿机械装置故障后所采用的一个处理，但却并没有实行主动性措施，这就是由于当时大部分的机械装置是在毫无准备的状况下进行的，所以对于矿机设备的事后故障诊断的这种措施，维护检修人员维修质量并不高、效益也不理想。

4.1.2 按照一定的运行周期进行检修

这种维修方法相对稳定，虽然相对带有强制的含义，但实际上也是人对机器的相对责任的体现。而且这种方法的检修也相对容易，在大多数情况下是按照机器所提供的既存的正常使用年限和保养时间进行具体操作。虽然这样在外看似乎是增加了劳动成本和人工支出，但实际上是磨刀不误砍柴工，因为这在某种意义上也是对生产成本的一个节省，对机器设备的积极保护，从而可以提高机器设备的寿命，拉长了使用期限，可以及时发现大问题而进行维修，有效防止了由于大问题所造成的机器长期停工问题［5］。

4.2 故障诊断的方法

4.2.1 参考故障历史记录诊断法

这个方法主要是根据矿山机械元件的系统内部构造原理，从发现的最突出的故障现象入手，对该局部故障现象的全部依赖性元电子器件和控制系统实行了分类排除，直至查明故障现象的症结。当矿山机械装置发生故障后，对发生故障现象形成的过程加以详细排查，便能够得到最终确诊结果，把上述结果合理地集中汇总后，便能够建立一次故障诊断集。

4.2.2 智能诊断技术

智能诊断技术指运用整个信息系统，通过仿照人体大脑特性，合理地收集、传输、处理、再生和运用故障信号，并运用整个信息系统中已完成的专业人员的判断经历和决策的一种方式。其主要分为模糊诊断法、灰色控制系统快速诊断方法、专家系统诊断法、神经网络判断法等。由于矿山中机械设备故障往往存在着重复性和隐蔽性，通过传统的机械检测方式很难迅速、精确地检测。而专家分析机制则可以综合利用领域专家的工作和专门知识，通过仿真专业人员的思维，对故障信息加以分类解决，从而得到正确的检测结果。采用人工智能的专家诊断系统，是指利用计算机来仿真一个在特定领域中有突出贡献的专业人员，并运用其实际经验方法来处理设备故障的一个全新检测方式。

4.2.3 仪器诊断技术

其检测方法是通过机械设备的液压控制系统的某些内部技术参数的控制，如气压、油温、震动、泄漏、运行设备的转速、扭矩等，然后经过仪表的指示及电脑操作而得到诊断结论。检测仪表可以大致分成3 类：通用型、专用型、综合型。这些技术的开发方式大多都是非接触式、便携式、多用途和自动化。

4.2.4 数学模型诊断技术

数学模型检验技术指利用数理技术手段来处理装置的故障问题的一类方式，一般是测出一个特性值，之后再经过测试、数据分析、数据处理等信息来确定故障源部位。实质内容采用传感器技术和动态检测技术为主要手段，并以信号处理与建模加工为最基本的检查技术手段。

5 故障诊断技术在矿山及机械设备修理中的具体运用措施

5.1 高压异步机电动机的故障诊断技术

这种电机与其他发电机不同的是其故障判定工作效率特别高，而且在机电设备的故障判定中很常用，能够保证矿井开发过程的顺利进行。其主要是依靠信息与智能技术来进行故障判定，并且能够有效、迅速地判断机电设备出现发生故障的原因，从而大大提高故障判定的工作效率。在具体的机电设备故障判定流程中，能够通过核磁检查与部分放电法检查这两个方式组合起来进行故障判定，还能够使用输出电流波进行故障判定［6］。

5.2 采煤机故障诊断

从我国采煤机的故障判别技术被列入到国家九五重大技术计划研发专项中开始，我国在此方面的技术进展速度就获得了很大的提高。但对比外国领先的技术来说，我国采煤机故障判别技术的水平尚有待进一步提升，主要体现在对数据参数检测能力低、测量系统涉及的区域范围狭窄和故障诊断功能不完善等方面。但是，由于测量单元、电力变频器通信单元和故障诊断单元等测量系统在采煤机左右摆动臂中的广泛使用，我国采煤机的故障概率已经实现了明显的降低。与此同时，通过对各实时生产工况的检测，将信号传送到电脑，继而对机电设备进行了温度、过流、太压等保护，并将检测结果显示在液晶屏上作出显示报警，从而降低了机械故障的发病率和由此形成的不良后果。

5.3 提升机故障诊断

提升机是矿山中搬运环节的主要机械设备构件之一，其工作状况直接决定着现场作业人员的工作安全性及生产效力。由于提升机故障主要包括软故障与硬件故障两类，其中，软故障同时也是硬件故障的前兆，有着很大的预示意义，所以有关人员就需要给予应有的关注，以保证预警与监测的准确性。在此，笔者以双筒提升机的松绳故障诊断为例，加以分析。为了实时地检测该装置部位的运行状况，在提升机上的所有天轮上都安装了一个小电磁铁，并在合理的地方植入了霍尔传感器，以便于对二天轮的速度进行测量，如果速度对等。当天轮之间的感应器脉冲输出一致时，即可证实工作状况良好；反之，则证明飞机存在了故障，因此，必须及时地刹停提升机，从而保证其在正常工作过程中的稳定性。

5.4 煤矿电动机诊断技术

煤矿等机械设备故障中出现的电动机故障和放电故障，在处理这一类故障时，通常情况下，是使用互感器和测试仪对电气设备故障进行判断和测试。在实际的测试过程中，需要首先掌握设备出现故障时电机的工况数据，然后将获得的工况数据与正常工作情况下的参数进行对比，通过比较数据的变化，确定电机出现故障的真正原因，从而选择合适的方案处理故障现象。

5.5 其他机电设备故障诊断

除了提升机与采煤机以外，矿井机电设备中通风器等装置也使用故障诊断技术，并将其应用在矿井机械装置的检修流程中。当前，正在研发并逐步运用在矿山机电装置修复中的先进故障判别技术，有声发射、铁谱、测振、近红外热成像检测温度变化等，并获得了良好的效益。社会经济在发展，生产技术也在提高，为了进一步提高矿山机电装置修复的效果，必须紧随新时代的发展脚步，更加重视先进故障判别技术的使用。

6 结语

煤矿企业在生产过程中必须使用机械设备，只有保证机电器材安全地工作，才能增加企业的效益。但是，由于矿井中机电设备长期进行超负荷工作，非常容易导致设备产生故障问题，从而影响矿井企业的正常生产品质和生产效益。因此，企业要针对具体的生产状况选用合理的故障诊断技术，并以此来保证机电设备的正常生产工作，从而提升企业的生产效益。