矿山机械电气设备故障检修与分析

张奇，刘加琨

（山东华新建筑工程集团有限责任公司，山东 泰安 271219）

矿山机械电气设备在矿山生产中扮演着重要角色，其正常运行对于保障矿山生产的连续性和安全性至关重要。然而，由于矿山环境的恶劣和设备长时间运行的特点，设备故障时有发生，严重影响矿山生产的正常进行。矿山机械电气设备故障进行准确分析和及时检修，对于提高设备的可靠性和可用性，降低生产事故的发生率，保证矿山生产的安全和稳定有着重要意义。因此，需要对矿山机械电气设备故障深入研究，减少生产事故的发生，提高矿山生产的安全性和效益。

1 矿山机械电气设备故障类型

矿山机械电气设备常见的故障类型包括短路、短路、参数设置错误等。其中，短路故障通常是由于电气线路中的绝缘层破损、老化或设备过载等原因导致电流异常流程，从而烧毁电气设备或引起其他故障，往往会对整个电气系统产生严重影响，导致设备停机、生产中断、甚至造成严重的安全隐患；断路故障是由于线路中断或接触不良等原因造成电气设备无法正常工作。此外，由于电气设备的连锁保护也可能导致断路故障；参数设置错误多数是由于技术人员操作失误或设备老化引起。例如，技术人员在操作过程中输入错误的参数或者未按照操作手册进行正确的参数设置，都有可能导致设备运行异常。同时，随着设备的使用年限增加，设备自身可能出现老化、性能下降等问题，从而导致参数设置的不准确。

2 矿山机械电气设备故障分析方法

2.1 基于专家系统的故障分析

专家系统是一种计算机程序，利用人工智能模拟人类专家的知识和经验来解决特定问题。在矿山机械电气设备故障分析中，专家系统可以有效诊断和解决复杂的电气故障，采用静态特征，比如，将技术人员观察到的样本与传感器获取的数据进行比较，而且一些专家系统具备数学函数和计时的功能。专家系统会在机械电气设备出现故障问题的第一时间收集关于故障的各种信息，包括故障的外观表现、发生时间和环境条件等。然后，调取专家系统知识库中符合条件的知识，并根据输入的故障现象和条件规则，基于前向推理（从条件到结论）或后向推理（从结论到条件）确定可能的故障类型。最后，根据推理结果，确定可能的故障类型后，进一步进行故障诊断和解决，并根据专家系统的知识库，系统可以提供相应的故障处理建议或解决方法。

2.2 基于时间序列的故障分析

虽然在煤矿开采理论和技术不断更新发展下，矿山作业效率显著提升，但是机械电气设备故障仍然时常发生。但是故障发生后产生的报警信息和独特的时间序列特性，可以精准确定故障所在位置，判断故障类型，从而及时处理，防止可能的煤矿安全事故。基于时间序列的矿山机械电气设备故障分析，可以通过多个时间点，连续测量同一物理量，从而获取一系列测量值序列，如下：

图1 基于时间序列的故障诊断流程

在对矿山机械电气设备进行故障分析的过程中，需要做好数据验证和预处理工作，从而检验获取的离散时间序列的平稳定是否满足要求，并保证时间序列零均值，针对不符合要求的序列要先进行预处理，之后进行建模。在预处理时，包括零均值和平稳化两种处理方式。

其中，n为样本容量，可借用软件自带的mean函数实施零均值处理。

平稳化处理的核心在于找到序列中的趋势项，及经过零均值处理的序列中的不平稳项，以保证处理后的时间序列符合要求，公式如下：

2.3 基于模糊逻辑理论的故障分析

模糊逻辑理论是一种用于处理不确定性和模糊性问题的数学理论，与传统的布尔逻辑（只有真和假两个值）不同，模糊逻辑允许变量的值在0和1之间取任何介于两者之间的值，这种灵活性使得模糊逻辑能够更好地处理现实生活中模糊和不确定的信息。模糊结论理论和模糊集在风险评估方面具有一定的优势，可结合工作人员经验，对特定现象，即矿山机械电气设备故障问题，计算风险系数。

其中，S为系统发生影响程度；O为故障发生频率；D为潜在故障问题。一般这三个数值的取值范围为1～5或1～7，代表语言数值，可计算故障对系统的影响和故障发生频率。

在对矿山机械电气设备故障基于模糊逻辑理论进行分析时，对矿山机械电气设备故障进行初步检查，收集故障的基本信息，如故障类型、故障现象等，运用模糊逻辑理论对故障类型进行分类，确定故障所属的类型。在初步判断的基础上，对矿山机械电气设备的各个部件进行详细检查，特别是对于出现故障的部位要进行重点检查。然后，根据模糊逻辑理论，分析故障产生的原因，如可能是由于机械零件的磨损、变形、断裂等引起的，也可能是由于电路故障、控制系统失灵等原因引起的。根据分析出的原因，采取相应的措施进行排除。对于机械零件的磨损、变形、断裂等问题，可以更换新的零件；对于电路故障、控制系统失灵等问题，可以检查电路和控制系统并进行相应的修复。最后，在故障排除后，对矿山机械电气设备进行测试和验证，确保其能够正常运行。

3 矿山机械电气设备故障检修方法

3.1 了解设备类型与功能

在对矿山机械电气设备故障进行检修前，需要详细了解设备类型与功能，以便于更好地了解设备运行原理，从中分析出可能出现的故障，进而结合上文故障分析方法，再通过直观法、参数调整法、电压测量法、替代法明确故障原因。其中直观法是通过观察设备的外部表现来判断故障原因。例如，通过观察设备是否发出异常声音、是否有异常振动、是否有烟雾或异味等来初步判断故障可能的原因。通过这种方法，检修人员可以快速定位故障区域，并进行进一步的检修和修复。参数调整法适用于电气元件损坏的情况，通过调整设备的参数，如电压、电流、频率等，来观察设备的反应，以确定具体的故障元件。例如，通过逐步调整电压的大小，观察设备的工作状态是否有变化，从而确定是否存在电压元件损坏的问题。电压测量法是通过使用电压表或万用表等工具测量设备各个电路之间的电压情况，以确定是否存在电路断开或短路等问题。通过测量电压的变化，可确定具体的故障位置。替代法是通过替换可能出现故障的元件或设备部件，来判断故障原因。例如，可以替换电路板、电机等部件，观察设备是否恢复正常工作。如果替换后设备恢复正常，说明被替换的部件存在故障。

3.2 制定检修计划

根据矿山机械电气设备故障原因，制定合适的检修计划。首先，根据故障原因，确定需要更换的设备部件，并准备相应的备件，明确备件型号、规格、数量等信息。其次，合理分配维修人员和分工是提高检修效率的关键，需明确每个维修人员的职责和任务，在检修前需要准备好所需的工具和材料，如工具箱、维修手册、润滑剂、清洁剂、紧固件等。最后，采取一系列安全措施来保障维修人员的安全和设备的稳定，明确规定安全措施的执行流程和注意事项，包括设备断电、安全警示、操作规程等。在检修的过程中，需要严格执行检修计划，并根据实际情况进行灵活调整。同时，还需要加强对设备的监控和维护，及时发现和解决问题，确保设备的稳定性和可靠性。

4 矿山机械电气设备故障预防措施

4.1 建立定期检修制度

定期对设备进行检查、维护和保养，及时发现设备存在的潜在问题并采取相应的措施进行解决，从而避免故障的发生或者减轻故障带来的损失。在建立定期检修制度时，需要根据设备的实际情况和特点来制定检修制度，确定设备的检修周期，如每年、每季度、每月等进行检修，根据设备的使用情况和工作负荷来确定最合适的检修时间间隔；明确每次检修需要进行的具体工作内容，包括设备的清洁、润滑、紧固、调整、更换磨损部件等，根据设备的特点和使用要求，制定相应的检修标准和操作规程；建立设备检修的记录系统，详细记录每次检修的时间、内容、结果等信息，从而通过记录追踪设备的维护历史和故障情况，为后续的维修和决策提供参考；对于设备检修过程中发现的故障和问题，及时进行分析和改进，通过分析故障的原因和解决方案，不断提高设备的可靠性和维护效率，减少故障的发生和对生产的影响。

4.2 加强人员培训

机械设备往往容易受到人为操作不规范等因素的影响而出现各种故障，因此需要通过培训来提高相关人员的专业素质和操作技能水平。具体而言，可选择理论培训、实操培训、案例分析、模拟操作等，结合现场实际情况，进行现场培训和模拟操作，使培训更加贴近实际工作环境。此外，定期对参与培训的人员进行考核评估，通过笔试、实操考核、案例分析等形式，检验工作人员对培训内容的掌握和理解程度。

4.3 实施设备监测和诊断技术

通过对设备的实时监测和诊断，能够及时发现设备存在的潜在问题并采取相应的措施进行解决，从而避免故障的发生或者减轻故障带来的损失。具体实施中可以采取在线监测和离线监测相结合的方式进行监测和诊断，同时需要结合设备的实际情况制定相应的监测和诊断方案。在线监测方面，可通过安装传感器和监测设备，实时采集设备的运行数据，如温度、振动、压力、油液状态等，及时发现设备异常情况，并进行预警和故障诊断。在离线监测方面，可定期对设备进行常规检查、维护保养以及设备的性能测试等内容，检测设备的机械磨损、润滑状态、电气性能等方面的问题，并及时采取维修措施。在数据分析和诊断方面，采用数据挖掘、机器学习等技术，对数据进行处理和分析，建立故障诊断模型，并提出相应的维修建议。

5 结语

总之，由于矿山机械电气设备在运行过程中经常受到环境、使用、维护不当等各种因素的影响，极易导致设备出现故障，影响生产效率和安全性。因此，对矿山机械电气设备的故障进行分析和检修至关重要。只有通过不断提高检修技术水平和对设备进行全面管理和维护，才能有效减少设备故障的发生，提高设备运行效率和安全性，为矿山的可持续发展提供有力保障。