礦山機(jī)電設(shè)備檢修中故障診斷技術(shù)淺議

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摘要：礦山開采的安全與效益，較大程度上依賴于機(jī)電設(shè)備，但受復(fù)雜井下環(huán)境及不良運(yùn)行維護(hù)影響，機(jī)電設(shè)備故障難以規(guī)避，并伴有極大損失與危害。出于降低故障損失考慮，應(yīng)從故障診斷技術(shù)入手，及時(shí)發(fā)現(xiàn)已有或潛在設(shè)備故障，提升礦山機(jī)電設(shè)備檢修效率。本文分析了礦山機(jī)電設(shè)備故障成因，并明確其診斷步驟與技術(shù)分類，最后就如何在實(shí)際檢修中合理化運(yùn)用相應(yīng)故障診斷技術(shù)提出具體策略，旨在維護(hù)好礦山機(jī)電設(shè)備運(yùn)行狀態(tài)。

關(guān)鍵詞：礦山；機(jī)電設(shè)備；檢修；故障診斷

現(xiàn)階段，用于礦山開采的機(jī)電設(shè)備多樣性及先進(jìn)性更甚以往，但隨著開采深入，機(jī)電設(shè)備作業(yè)環(huán)境愈加惡劣，故障發(fā)生成為常態(tài)，在礦山特殊環(huán)境下，將帶來連鎖性的巨大危害，所以，機(jī)電設(shè)備維修至關(guān)重要。但在實(shí)際維修前，需借助于技術(shù)手段，分析并診斷礦山機(jī)電設(shè)備狀態(tài)，發(fā)現(xiàn)其零部件或整體運(yùn)行異常，及早干預(yù)機(jī)電設(shè)備故障，并作出故障評估與預(yù)測，使礦山開采更為高效、持續(xù)。下面將從礦山機(jī)電設(shè)備故障成因入手，就故障診斷步驟、技術(shù)分類及其在設(shè)備檢修中應(yīng)用展開詳述。

1.礦山機(jī)電設(shè)備故障成因

結(jié)合設(shè)備運(yùn)維實(shí)踐，可發(fā)現(xiàn)機(jī)電設(shè)備故障的直接原因有：首先是設(shè)備損耗問題，在長時(shí)間、連續(xù)作業(yè)中，機(jī)電設(shè)備綜合性能將逐漸惡化，這是設(shè)備使用的必然過程，在此期間，機(jī)電設(shè)備零部件會因高強(qiáng)度礦山作業(yè)與惡劣運(yùn)行環(huán)境而出現(xiàn)老化、磨損、形變等不良狀況，零件間的配合度降低，還會出現(xiàn)間隙增大的情況。其次是配合關(guān)系出現(xiàn)變化，當(dāng)設(shè)備損耗達(dá)較高程度，其零部件會因損傷過大，而達(dá)不到機(jī)電設(shè)備設(shè)計(jì)要求的性能與尺寸標(biāo)準(zhǔn)，便將造成故障發(fā)生。最后是超負(fù)荷運(yùn)行問題，盡管礦山用機(jī)電設(shè)備環(huán)境耐受性強(qiáng)，但在設(shè)計(jì)上仍存在極限負(fù)荷能力，若長期處于超負(fù)荷或帶病狀態(tài)，超出其極限后，礦山機(jī)電設(shè)備將無法維持正常運(yùn)行狀態(tài)，機(jī)電設(shè)備故障將無法避免。

2.故障診斷步驟與技術(shù)分類

(1)主要技術(shù)類別

①主觀診斷技術(shù)該類技術(shù)所依據(jù)的是維修經(jīng)驗(yàn)，要求機(jī)電設(shè)備檢修人員，掌握一定故障診斷經(jīng)驗(yàn)，借助相對簡便的檢測儀器，在人為思考下進(jìn)行診斷，有的是依靠直覺與經(jīng)驗(yàn)，而歸結(jié)到診斷方法上，有故障樹分析、邏輯分析等方法。面對繁多的礦山機(jī)電設(shè)備，主觀診斷的優(yōu)勢在于直接、簡便，然而主要依靠主觀判斷，很難達(dá)到精確診斷效果。②儀器診斷技術(shù)該技術(shù)在機(jī)電設(shè)備故障診斷中，可通過收集設(shè)備運(yùn)行關(guān)鍵參數(shù)，然后在特定、專業(yè)儀器幫助下，得出較為準(zhǔn)確的診斷結(jié)果，其中，儀器的選擇決定著故障診斷準(zhǔn)確性，需予以合理化選用。③智能診斷技術(shù)在技術(shù)發(fā)展助推下，機(jī)電設(shè)備構(gòu)造愈加復(fù)雜，且有信息化、智能化發(fā)展傾向，在對其故障進(jìn)行診斷時(shí)，也出現(xiàn)諸如神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)、專家系統(tǒng)等適用于礦山機(jī)電設(shè)備的智能診斷方法，可在機(jī)電設(shè)備運(yùn)行數(shù)據(jù)基礎(chǔ)上，利用智能系統(tǒng)展現(xiàn)類人思維，解決復(fù)雜故障診斷問題。

(2)故障診斷相關(guān)步驟

在實(shí)際處理機(jī)電設(shè)備故障時(shí)，盡管可用診斷技術(shù)品類繁多，但在故障診斷步驟上有相似性。首先要構(gòu)建數(shù)學(xué)模型，通過搜集機(jī)電設(shè)備參數(shù)與運(yùn)行數(shù)據(jù)，可將其作為模型基礎(chǔ)，然后通過定性與定量分析，最終合理確立故障診斷基本模型，方便后續(xù)機(jī)電設(shè)備運(yùn)行分析。其次是處理并分析相關(guān)數(shù)據(jù)，通過構(gòu)建整套的兼具傳感、傳輸、存儲、處理等功能的機(jī)電設(shè)備監(jiān)測系統(tǒng)，實(shí)時(shí)、動態(tài)進(jìn)行數(shù)據(jù)采集，然后在處理器幫助下，剔除無用信息，并在故障診斷算法幫助下，獲取到表征機(jī)電設(shè)備故障的特定信號，進(jìn)而判定其故障所在，了解機(jī)電設(shè)備故障成因。最后是進(jìn)行故障預(yù)測，通過上述故障分析，可掌握機(jī)電設(shè)備真實(shí)狀態(tài)，并在此基礎(chǔ)上，預(yù)測其零部件故障，并評估其預(yù)期壽命，為后續(xù)機(jī)電設(shè)備保養(yǎng)、檢修帶來可靠數(shù)據(jù)支撐。

3.故障診斷下的機(jī)電設(shè)備維修策略

(1)故障診斷基本思路

對于不同礦山機(jī)電設(shè)備，在實(shí)際開展故障診斷時(shí)，其實(shí)施思路有所差異。這就要求，在特定故障診斷技術(shù)下，要想與機(jī)電設(shè)備更為匹配，需結(jié)合其礦山及設(shè)備特點(diǎn)，對診斷技術(shù)做適應(yīng)性優(yōu)化，切實(shí)提高故障診斷效果。但無論如何改變，機(jī)電設(shè)備故障診斷要符合基本思路，其技術(shù)應(yīng)用前提，均需準(zhǔn)確獲取機(jī)電設(shè)備狀態(tài)與故障特征信息。對處于井下環(huán)境的機(jī)電設(shè)備，應(yīng)對其設(shè)備特殊性與故障復(fù)雜性有充分認(rèn)識，確定其信息化、自動化改造的必要，基于現(xiàn)有機(jī)電設(shè)備，全方位的融入信息自動化技術(shù)，不僅可實(shí)現(xiàn)智能監(jiān)測功能，優(yōu)化機(jī)電設(shè)備監(jiān)控效果，還能結(jié)合監(jiān)控信息，評估機(jī)電運(yùn)輸狀態(tài)，并研判問題所在，使機(jī)電設(shè)備成效有顯著提升。當(dāng)然，在信息自動化技術(shù)引入后，還需針對機(jī)電運(yùn)輸操作人員，開展相應(yīng)技術(shù)培訓(xùn)，提升其對新技術(shù)的認(rèn)知，使其熟悉如何借此研判機(jī)電設(shè)備技術(shù)問題，更好的發(fā)揮技術(shù)效用，確保機(jī)電設(shè)備使用中的整體安全性。所以，針對特定的礦山工程，需結(jié)合其采掘性質(zhì)，合理采購或研制傳感裝置，并科學(xué)設(shè)計(jì)信號轉(zhuǎn)換模塊，在礦山開采中準(zhǔn)確、高效獲取機(jī)電設(shè)備運(yùn)行信息。其中，故障傳感器尤為關(guān)鍵，出于礦山開采安全考量，既要有防水、防塵、抗干擾等基本特性，還要考慮礦山開采工況，提高傳感器的抗震、耐高溫性能。

(2)科學(xué)提取故障特征信號

在不同類別礦山下，機(jī)電設(shè)備故障表征各有差異，如對于鉛鋅金屬礦，其在機(jī)電設(shè)備運(yùn)行狀態(tài)及故障特征提取上，相對于煤炭礦山而言，將面臨更大噪聲干擾，故障診斷更具難度。要想提高機(jī)電設(shè)備故障診斷的準(zhǔn)確性，首先需要準(zhǔn)確獲取故障信號特征。就鉛鋅金屬礦而言，其地質(zhì)環(huán)境十分特殊，與傳統(tǒng)煤礦在特征指標(biāo)和匹配準(zhǔn)則等方面具有明顯差異，但是可以適當(dāng)參考煤礦機(jī)電設(shè)備特性，提取以下故障特征：齒輪擦傷、點(diǎn)蝕和斷齒等，在此基礎(chǔ)上完成機(jī)電設(shè)備診斷。在進(jìn)行機(jī)電設(shè)備診斷時(shí)，維修人員可以選擇特征匹配準(zhǔn)則，并將其與自適應(yīng)提升小波分解算法相結(jié)合，獲取各種故障信號特征，例如齒輪損傷和滾動軸承等。同時(shí)借助初始雙正交濾波器組來完成提升，分別得到對應(yīng)提升算子，并構(gòu)建一個(gè)新小波基函數(shù)，在此基礎(chǔ)上借助更新器和預(yù)測器來完成預(yù)測更新工作，最后得到細(xì)節(jié)信號（高頻和低頻），進(jìn)而完成自適應(yīng)提升小波分解算法。

(3)機(jī)電設(shè)備維修措施

在實(shí)際工程中，借助于所提取到的故障信號特征，可針對機(jī)電設(shè)備做科學(xué)故障診斷，隨后通過大量實(shí)驗(yàn)研究和仿真，構(gòu)建故障數(shù)學(xué)力學(xué)模式，深入分析故障原因，在此基礎(chǔ)上維修相關(guān)機(jī)電設(shè)備。礦山機(jī)電設(shè)備多樣性明顯，維修人員應(yīng)當(dāng)明確不同設(shè)備特性，并結(jié)合機(jī)電設(shè)備診斷情況，實(shí)施相應(yīng)的維修策略。而且，根據(jù)維修動機(jī)與時(shí)機(jī)的不用，可區(qū)別為預(yù)防性、周期性、計(jì)劃性以及事后維修等方式，相關(guān)內(nèi)容如下：①當(dāng)涉及到預(yù)防性維修時(shí)，通常是指在事故未發(fā)生或者影響較小時(shí)，及時(shí)處理事故，在進(jìn)行機(jī)電設(shè)備監(jiān)測和診斷的過程中，一旦檢測到故障預(yù)兆，能夠快速進(jìn)行維修，起到一定的預(yù)防效果。②當(dāng)涉及到周期性維修時(shí)，通常是指結(jié)合故障診斷結(jié)果，分析設(shè)備運(yùn)行是否異常，并每隔一段時(shí)間就采取監(jiān)測和維護(hù)措施，避免出現(xiàn)故障發(fā)展的情況。③當(dāng)涉及到計(jì)劃性維修時(shí)，通常是指利用先進(jìn)故障診斷措施，合理分析機(jī)電設(shè)備故障，通常需要考慮以下幾個(gè)方面：時(shí)間、地點(diǎn)和原因等。預(yù)測設(shè)備發(fā)生故障的概率，并采取針對性措施進(jìn)行設(shè)備維修，及時(shí)將安全隱患排除，提高設(shè)備工作效率，延長設(shè)備使用周期。④當(dāng)涉及到事后檢修時(shí)，通常是指當(dāng)出現(xiàn)故障時(shí)，借鑒先前診斷內(nèi)容，找出故障發(fā)生原因，進(jìn)而采取切實(shí)有效的維護(hù)措施。

4.結(jié)束語

綜上所述，出于礦山開采效益與安全考量，需借助于故障診斷技術(shù)，輔助開展機(jī)電設(shè)備檢修，有效改善其設(shè)備狀況，更好的服務(wù)于礦山開采。而在智能技術(shù)發(fā)展推動下，涌現(xiàn)出多種適用于礦山機(jī)電設(shè)備的診斷技術(shù)，但要發(fā)揮其優(yōu)勢，需結(jié)合礦山及設(shè)備特點(diǎn)，掌握故障診斷基本思路，了解故障特征信號提取方法，并以此為基礎(chǔ)，科學(xué)制定檢修策略，保障機(jī)電設(shè)備性能。

作者:侯國強(qiáng) 單位:山西汾西礦業(yè)（集團(tuán)）生活服務(wù)總公司高陽管理中心水暖工區(qū)