徐國明

（遼寧新都黃金有限責(zé)任公司，遼寧 朝陽 122000）

我國的礦產(chǎn)資源豐富，在礦山開采工程中需要使用許多機械、電氣以及電氣自動化等機電設(shè)備。礦山機電設(shè)備在使用中會因為自身設(shè)計以及日常使用維護、管理等因素，出現(xiàn)不同類型、程度的故障從而導(dǎo)致礦山開采工程在施工時因機電設(shè)備的故障因素而出現(xiàn)施工危險或影響施工進程。機械故障診斷技術(shù)包含了機械故障檢測、識別、故障位置定位以及做出故障診斷決策方案等環(huán)節(jié)。隨著對設(shè)備故障檢測技術(shù)的研究不斷深入，越來越多不同類型的故障診斷技術(shù)應(yīng)用于多種行業(yè)設(shè)備使用[1]。而在礦山生產(chǎn)過程中應(yīng)用故障診斷技術(shù)能夠降低礦山機電設(shè)備出現(xiàn)故障的概率，避免因機電設(shè)備故障影響工程作業(yè)安全，拖緩礦山施工效率?；谝陨戏治鰞?nèi)容，本文將對礦山機電設(shè)備設(shè)計與管理中機械故障診斷技術(shù)的應(yīng)用進行研究。

1 機械故障診斷技術(shù)分析

不同的種類機械故障診斷技術(shù)適用于不同類型的礦山機電設(shè)備，本節(jié)將對常見的機械故障診斷技術(shù)進行分析，從而研究在礦山機電設(shè)備設(shè)計與管理中機械故障診斷技術(shù)的應(yīng)用。

根據(jù)相關(guān)資料，機械設(shè)備故障診斷技術(shù)根據(jù)原理可以劃分為基于解析模型的故障診斷技術(shù)、基于信號處理的故障診斷技術(shù)和基于知識的故障診斷技術(shù)三種類型，這三種故障診斷技術(shù)依據(jù)其原理的不同適用的故障診斷條件不同。若需要故障診斷的機械設(shè)備的抽象模型已知，則可以采用基于解析模型的故障診斷技術(shù)；若機械設(shè)備的輸入、輸出信號已知，可以采用基于信號處理的故障診斷技術(shù)進行故障診斷；若無法建立診斷對象的定量模型也無法獲取診斷設(shè)備的輸入、輸出信號，則可以采用基于知識的故障診斷技術(shù)。

如今利用信號處理原理的故障診斷技術(shù)通過短時傅里葉變換、小波變換等信號處理方法結(jié)合時頻域分析方法，實現(xiàn)了較為精準(zhǔn)的信號故障診斷。其中，基于共振稀疏分解的故障診斷方法是利用礦山機電設(shè)備發(fā)生故障后，通過對信號采集裝置采集到設(shè)備的振動信號進行共振稀疏分解。具體利用共振稀疏分解原理進行故障診斷的流程圖如下所示[2]。

圖1 共振稀疏分解故障診斷流程

由于在機械設(shè)備中，軸承、齒輪部件的振動信號更加容易被采集，而且軸承、齒輪部件極易受到其它連接部件的影響。除此之外，在設(shè)備的正常工作運行中，軸承、齒輪部件的磨損率較大，更容易出現(xiàn)故障，而這種故障診斷技術(shù)主要應(yīng)用于對轉(zhuǎn)動機械中的齒輪部件進行故障診斷，能夠及時判斷軸承、齒輪部件是否需要替換，降低相關(guān)部件的損耗幾率。

現(xiàn)代機械設(shè)備向自動化、智能化、大型化方向發(fā)展，根據(jù)信號處理原理對大型復(fù)雜機械設(shè)備進行故障診斷時會受到機械內(nèi)部其它部件運行時的影響，而大型機械設(shè)備的復(fù)雜構(gòu)造，無法建立準(zhǔn)確的設(shè)備系統(tǒng)模型，只能采用基于知識的故障診斷技術(shù)。隨著人工智能技術(shù)的發(fā)展，利用人工智能進行知識的自動獲取提高了故障診斷的準(zhǔn)確率和效率。基于支持向量回歸原理的機械故障診斷技術(shù)利用算法提取機械故障特征，再經(jīng)由支持向量分類處理后，實現(xiàn)對機械故障的診斷。這種故障診斷技術(shù)的精度高、速度快，并且能夠同時對復(fù)雜大型機械內(nèi)部所有可疑故障位置同時進行故障診斷，診斷效率極高。而且隨著機器學(xué)習(xí)相關(guān)領(lǐng)域研究的不斷深入，通過引入專家系統(tǒng)可以在精準(zhǔn)診斷出機械故障的同時給出較為詳細(xì)的故障維修管理方案，進一步保障機械運行的平穩(wěn)安全。

基于模型的故障診斷技術(shù)通過將誘拐診斷和一致性診斷相結(jié)合的形式，利用機械產(chǎn)生故障行為的因果模型作為分析對象，從而實現(xiàn)對機械故障的診斷。這種故障診斷技術(shù)的核心是對機械部件碰集的求解，即通過對機械故障特征集合、征兆與機械故障之間先驗信息關(guān)系的定量或定性分析。利用相關(guān)改進算法能夠進一步提高基于模型的機械故障診斷技術(shù)的精確度。但是這種故障診斷技術(shù)在診斷時無法靈活調(diào)整模型對待診斷對象的表征，而且在求解問題時，這種診斷技術(shù)的開銷較大，只適用于對小型、簡單、靜態(tài)控制的機械系統(tǒng)進行故障診斷[3]。

根據(jù)以上分析內(nèi)容，本文將結(jié)合實際研究礦山機電設(shè)備設(shè)計與管理中的機械故障診斷技術(shù)應(yīng)用。

2 礦山機電設(shè)備設(shè)計與管理中機械故障診斷技術(shù)的應(yīng)用

2.1 故障診斷在礦山機電設(shè)備設(shè)計中的應(yīng)用

在礦山機電設(shè)備設(shè)計的過程中的機械故障診斷技術(shù)主要是應(yīng)用于對設(shè)備控制的軟件部分的相關(guān)參數(shù)進行監(jiān)測以及故障診斷。在礦山機電設(shè)備運行的過程中，設(shè)備的控制參數(shù)出現(xiàn)故障時，會導(dǎo)致機電設(shè)備從軟故障轉(zhuǎn)變?yōu)橛补收?，從而引發(fā)機械的重大故障。因此，在礦山機電設(shè)備設(shè)計中，對于容易發(fā)生振動的部件加裝振動傳感器采集這一類振動部件的振動頻率信號，并將振動信號傳輸至設(shè)備的運行管理終端，從而利用基于信號分析的故障診斷技術(shù)對振動部件的工作狀態(tài)進行監(jiān)測和故障診斷。

對礦山開采使用的礦用高壓異步機設(shè)計時采用基于模型的故障診斷技術(shù)和基于信號分析的故障診斷技術(shù)相結(jié)合的形式。在設(shè)計時首先根據(jù)礦山開采工程的相關(guān)參數(shù)，在計算機建模軟件中對礦用高壓異步機在工程作業(yè)時的具體過程進行建模。根據(jù)計算機建立的相關(guān)模型使用基于模型的故障診斷技術(shù)進行模擬故障診斷，根據(jù)故障診斷結(jié)果對實際的礦用高壓異步機設(shè)計參數(shù)進行相對應(yīng)的調(diào)整，從而實現(xiàn)在設(shè)計初期最大程度上避免因設(shè)計參數(shù)因素而導(dǎo)致礦用高壓異步機出現(xiàn)故障。除此之外，在礦用高壓異步機的結(jié)構(gòu)設(shè)計時，加入傳感器零件，以便于在礦用高壓異步機使用時結(jié)合其它故障診斷技術(shù)，提升礦用高壓異步機使用的可靠性。

對于礦用開采使用的大型設(shè)備，主要根據(jù)開采礦物的硬度、開采總作業(yè)量、日計劃開采作業(yè)量等詳細(xì)作業(yè)參數(shù)，通過數(shù)據(jù)定量建模的形式對開采設(shè)備在開采作業(yè)中容易出現(xiàn)大量磨損的部件的使用壽命進行估算。結(jié)合相關(guān)礦采工程歷史數(shù)據(jù)，設(shè)計礦用開采各易磨損部件的使用壽命閾值。當(dāng)實際使用時，根據(jù)設(shè)計的閾值及時 替換相關(guān)部件。

在礦井提升機的設(shè)計過程中，根據(jù)礦采工程作業(yè)規(guī)模，計算礦井提升機的最大承載重量，以及在最大承載重量下能夠平穩(wěn)提升作業(yè)的最大次數(shù)。設(shè)定礦井提升機的最大作業(yè)量，并在提升機上加裝保險繩索，進一步保障礦井提升機在施工作業(yè)時的正常運行穩(wěn)定。

除此之外，考慮礦用機電設(shè)備在工作時由于作業(yè)開采量較大，機械設(shè)備容易出現(xiàn)發(fā)熱問題，因此機電設(shè)備在設(shè)計時需要考慮溫度因素。當(dāng)機械運行時超出設(shè)計的正常工作溫度時，則考慮可能因為機械設(shè)備內(nèi)部溫度升高而導(dǎo)致機械出現(xiàn)故障。在礦山機電設(shè)備設(shè)計過程中應(yīng)用多種故障診斷技術(shù)能夠有效提升設(shè)備使用時故障排除效率，避免因設(shè)計缺陷影響礦山工程作業(yè)進度。

2.2 故障診斷在礦山機電設(shè)備管理中的應(yīng)用

除了在礦用機電設(shè)備設(shè)計時應(yīng)用故障診斷技術(shù)，在礦采施工作業(yè)時對設(shè)備的管理維護也需要應(yīng)用故障診斷技術(shù)。

在礦用高壓異步機日常工作作業(yè)時，主要采用局部放電檢測技術(shù)、磁通檢測技術(shù)、電流高次諧波技術(shù)三種基于信號處理分析的故障診斷檢測技術(shù)綜合對礦用高壓異步機的作業(yè)狀態(tài)進行故障診斷處理。在礦用高壓異步機的日常作業(yè)過程中，對高壓部件采用局部放電檢測技術(shù)采集對應(yīng)部件的脈沖信號變化量，經(jīng)過分析后判斷對應(yīng)部件是否出現(xiàn)故障。對于高壓異步機中的磁感應(yīng)構(gòu)件采用磁通探傷傳感器采集損傷部件的磁通信號變化，并根據(jù)磁感應(yīng)構(gòu)件設(shè)計使用的材料特性，考慮材料本身特性造成的磁通信號非均勻性變化，以及溫度、濕度等外界環(huán)境的影響，精準(zhǔn)對磁感應(yīng)構(gòu)件進行故障診斷。由于礦用高壓異步機的運行狀態(tài)也受供電電網(wǎng)中電壓、電流的影響，使用電流高次諧波技術(shù)對供電電網(wǎng)中的信號進行諧波分析，結(jié)合電網(wǎng)正常運行供電時的電壓、電流信號諧波特征，從而完成對礦用高壓異步機的故障診斷。

在礦用機電設(shè)備的管理過程中，對礦用通風(fēng)機的故障診斷主要使用集成了信號監(jiān)測、采集、故障診斷分析的專業(yè)故障診斷儀進行礦用通風(fēng)機的日常運行狀態(tài)故障診斷。當(dāng)?shù)V用通風(fēng)機出現(xiàn)故障時，由故障診斷儀對故障位置、原因等進行詳細(xì)檢測，設(shè)備管理人員需要根據(jù)儀器顯示的相關(guān)結(jié)果結(jié)合自身機械設(shè)備維修管理經(jīng)驗，對礦用通風(fēng)機出現(xiàn)的故障進行處理。

礦采提升機的日常管理維護過程中，需要每日檢測提升機械軟件控制部分是否存在報錯，并對軟件控制部分進行運行故障診斷。除了對軟件控制部分進行故障診斷，還需根據(jù)礦采作業(yè)人員的反饋對硬件部分的構(gòu)件進行故障診斷。對于其它小型或特殊用途的機電設(shè)備主要采用故障檢測儀、人工經(jīng)驗監(jiān)測、無損檢測等多種方法 進行故障診斷，建立完善的故障分析與排除機制，從而定時養(yǎng)護、更換、維修故障率較高的機電設(shè)備機械構(gòu)件。通過在礦山機電設(shè)備的日常管理中應(yīng)用多種故障診斷技術(shù)能夠有效提高機械設(shè)備的使用壽命，保證礦山工程的安全生產(chǎn)。

以上內(nèi)容，即為本文對礦山機電設(shè)備設(shè)計與管理中機械故障診斷技術(shù)的應(yīng)用的研究。3 結(jié)語

礦山機電設(shè)備的設(shè)計性能和運行狀態(tài)對礦山開采工程的正常開展十分重要。在礦山機電設(shè)備的設(shè)計和使用運行的過程中，都需要應(yīng)用到機械故障診斷技術(shù)。通過應(yīng)用針對不同設(shè)備部件的診斷技術(shù)，能夠維護設(shè)備在礦山工程中的日常運行，避免因機電設(shè)備故障導(dǎo)致礦山工程停工或出現(xiàn)施工危險。在未來的研究過程中仍需要針對當(dāng)前故障診斷技術(shù)的確定進行深入研究，以提高故障診斷技術(shù)的使用精度。