唐偉

（鄭州煤電股份有限公司 河南鄭州 450000）

現(xiàn)如今，由于我國(guó)的市場(chǎng)經(jīng)濟(jì)發(fā)展速度較快，對(duì)煤炭資源的需要量也日益增大。在我國(guó)煤炭資源中，煤炭的開(kāi)采效益一直是我國(guó)煤炭企業(yè)所關(guān)注的重要問(wèn)題，而改善煤炭采礦效率的有效舉措主要是提高煤炭的采礦機(jī)械設(shè)備，并積極引入先進(jìn)、科學(xué)的采礦技術(shù)。當(dāng)企業(yè)采用煤炭機(jī)械技術(shù)設(shè)備時(shí)，由于特殊的環(huán)境以及長(zhǎng)時(shí)間地采用機(jī)械設(shè)備會(huì)造成機(jī)械技術(shù)設(shè)備發(fā)生失效，從而影響我國(guó)煤炭企業(yè)的采礦質(zhì)量和開(kāi)發(fā)效益。為保證機(jī)械的正常工作，有關(guān)人員必須科學(xué)合理地運(yùn)用故障判別技術(shù)，將故障診斷的項(xiàng)目技術(shù)運(yùn)用到礦山內(nèi)機(jī)械設(shè)備的修理中，既適應(yīng)當(dāng)前的國(guó)情，又吸取了先進(jìn)的科學(xué)技術(shù)與經(jīng)驗(yàn)，這就能夠很好地改善礦山的質(zhì)量管理，改善現(xiàn)有的維護(hù)制度，增強(qiáng)機(jī)械設(shè)備的穩(wěn)定性，使之更符合中國(guó)特色社會(huì)主義市場(chǎng)的操作規(guī)范。

1 機(jī)械設(shè)備故障診斷技術(shù)簡(jiǎn)介

1.1 設(shè)備故障診斷技術(shù)的發(fā)展概念

從根本上來(lái)說(shuō)，設(shè)備故障診斷技術(shù)是一項(xiàng)安全措施，即在不影響生產(chǎn)流程的狀況下，檢查該設(shè)備的各個(gè)主要組成部分的參數(shù)是否在該裝置最佳使用狀況的范圍之內(nèi)。通過(guò)比較精密的儀器和儀表上的數(shù)據(jù)，來(lái)了解被檢查的裝置是否適合長(zhǎng)期操作，能否起到正常的功能用途，是否有損壞或者一定程度的參數(shù)值發(fā)生了變化，或者一旦出現(xiàn)異常，究竟是由于何種因素而導(dǎo)致的問(wèn)題發(fā)生，損壞程度又是多大，還能否持續(xù)使用，同時(shí)，還要通過(guò)部分的損壞程度測(cè)出可以持續(xù)使用的時(shí)間長(zhǎng)短，以及評(píng)估其是否還能夠使用替代性的電子元器件來(lái)延長(zhǎng)使用時(shí)間，從而降低成本等。這一切都是可以在檢查裝置正常工作狀況下實(shí)現(xiàn)的［1］。

1.2 設(shè)備故障診斷技術(shù)的基本原理

顧名思義，機(jī)械設(shè)備故障問(wèn)題是通過(guò)檢測(cè)外在整個(gè)機(jī)械設(shè)備上顯示出的不協(xié)調(diào)性現(xiàn)象，也就是說(shuō)機(jī)械設(shè)備經(jīng)過(guò)檢測(cè)后發(fā)現(xiàn)了設(shè)備故障現(xiàn)象，而這個(gè)現(xiàn)象的形成是由于元器件損壞或者在實(shí)際運(yùn)用過(guò)程中受到某些影響，可能是長(zhǎng)期而不間歇的使用，也可能是電源流通量過(guò)大，又或者是機(jī)械設(shè)備不正確的運(yùn)行，所造成的技術(shù)參數(shù)值異于正常出廠設(shè)置偏大，更通俗地講是機(jī)械設(shè)備運(yùn)轉(zhuǎn)不準(zhǔn)確。如果出現(xiàn)了故障，這些參數(shù)的改變就外顯到部件的某個(gè)物理變化上，而這些改變就被稱為特性因子，也簡(jiǎn)稱特征參數(shù)。這些機(jī)械特性參數(shù)中，可以很敏感地反映機(jī)械系統(tǒng)故障狀況的值被稱作故障判別的敏感因子，當(dāng)設(shè)備不工作時(shí)，敏感因子的數(shù)值被稱作閥位。不要單純地只看到設(shè)備表面的改變而忽略了本質(zhì)性問(wèn)題，有可能電氣設(shè)備從外看并不存在任何異?；蚬δ懿唤∪?，但是由于檢測(cè)出的特性參數(shù)不正常增大，這也算是一個(gè)電氣設(shè)備故障，而只有當(dāng)這些主要參數(shù)在所設(shè)定的區(qū)域內(nèi)變化波動(dòng)，才能算是電氣設(shè)備在正常工作。特性參量是隨出現(xiàn)故障問(wèn)題嚴(yán)重性的增加而增大，也就是說(shuō)，出現(xiàn)故障問(wèn)題影響程度愈大，特性的主要參數(shù)也會(huì)愈大。綜上所述，可通過(guò)測(cè)量出來(lái)的特性參量來(lái)確定出現(xiàn)的故障問(wèn)題。其基本原理是：由于故障程度和特性基本參數(shù)是呈正相關(guān)性的，而這個(gè)特性基本參數(shù)往往要比外在的現(xiàn)象的故障程度要精確。也就是說(shuō)，可以利用不同的元器件的特征參數(shù)，來(lái)判斷哪些元器件存在了故障問(wèn)題、這些問(wèn)題是否會(huì)影響整個(gè)機(jī)器的正常工作，以及如何才能不被更換持續(xù)運(yùn)行，這也正是設(shè)備故障技術(shù)的基本原理［2］。

2 礦山機(jī)械裝置故障形成的因素

2.1 配合關(guān)系的變化

當(dāng)機(jī)械設(shè)備發(fā)生故障后，人們?cè)趯?duì)故障部位觀察時(shí)發(fā)覺(jué)大多故障的形成均是由零部件的自身磨損程度和零部件之間原配關(guān)系產(chǎn)生改變而引起的。零部件損壞是指零部件原有形狀和規(guī)格比原來(lái)設(shè)定的性能出現(xiàn)了偏差，該偏離是由于設(shè)備在運(yùn)用途中，各方面原因?qū)α慵餐饔眯纬傻暮蠊?。零部件常?jiàn)損壞主要由老化磨損和意外損壞引起。

2.2 設(shè)備的超負(fù)荷運(yùn)轉(zhuǎn)

各臺(tái)設(shè)備在設(shè)計(jì)時(shí)都對(duì)輸入與輸出參數(shù)設(shè)定了限制，當(dāng)設(shè)備實(shí)際輸入、輸出中的參數(shù)超過(guò)所設(shè)定輸出值的極限時(shí)，其正常工作狀況將會(huì)發(fā)生破壞出現(xiàn)故障。當(dāng)機(jī)械設(shè)備發(fā)生超負(fù)荷運(yùn)行而造成的故障時(shí)，就必須對(duì)機(jī)械設(shè)備技術(shù)參數(shù)作出適當(dāng)調(diào)整，并采取相應(yīng)修復(fù)措施，以提高機(jī)械設(shè)備工作的能力［3］。

3 故障診斷技術(shù)在礦山機(jī)械設(shè)備修理中的使用方法

3.1 故障記錄參考法

此種故障診斷技術(shù)運(yùn)用的重點(diǎn)就是構(gòu)建礦山機(jī)電器件故障判別信息庫(kù)。這就需要有關(guān)科研人員在平時(shí)的工作當(dāng)中，通過(guò)運(yùn)用信息系統(tǒng)或依賴性元器件，對(duì)設(shè)備事故發(fā)生率更多的部位進(jìn)行細(xì)致的排查、剖析，將其表現(xiàn)的特點(diǎn)、形成的成因及其解決方式加以概括、匯總，或進(jìn)行某種形式的錄入，進(jìn)而形成礦山機(jī)電器件故障判定信息庫(kù)。在企業(yè)的礦山或機(jī)械設(shè)備維護(hù)處理過(guò)程中，如果有與此數(shù)據(jù)庫(kù)中相似的機(jī)械設(shè)備故障發(fā)生時(shí)，就能夠按照以往的工作經(jīng)驗(yàn)進(jìn)行迅速、正確的修復(fù)，以便提升工作品質(zhì)與工作效率等。

3.2 溫度、氣壓檢測(cè)法

在礦山機(jī)械裝置的一般工作流程中，其軸承、傳動(dòng)箱等有關(guān)部位的工作溫度和氣壓參數(shù)是相對(duì)恒定的。因此，首先可將此參數(shù)形成數(shù)據(jù)并加以記憶；其次，對(duì)各種裝置、各個(gè)部位進(jìn)行有關(guān)參數(shù)的測(cè)量并與記錄的數(shù)值相對(duì)比，以精確、迅速地判斷當(dāng)前機(jī)電裝置的運(yùn)行狀況，對(duì)出現(xiàn)故障的裝置進(jìn)行有效的修復(fù)，保證礦井開(kāi)采工作的順利進(jìn)行。溫度、水壓測(cè)量技術(shù)有著直接、快捷的優(yōu)勢(shì)，是現(xiàn)階段礦井機(jī)電裝置檢修中最為普遍的故障診斷技術(shù)手段。

3.3 數(shù)學(xué)模型診斷法

數(shù)學(xué)模型的診斷法是由企業(yè)技術(shù)部門的科技人員利用數(shù)學(xué)的算法，對(duì)礦井機(jī)電裝置的一種復(fù)雜非線性映射關(guān)系而形成的數(shù)學(xué)檢測(cè)模型，并以礦井機(jī)電設(shè)備故障所產(chǎn)生的隱秘性和漸變性現(xiàn)象為基礎(chǔ)，建立了顯示故障產(chǎn)生原因和表現(xiàn)預(yù)兆現(xiàn)象之間模糊關(guān)系的矩陣。在對(duì)礦山機(jī)電設(shè)備的實(shí)際故障進(jìn)行診斷與處理的過(guò)程中，還可以根據(jù)自身專業(yè)經(jīng)驗(yàn)對(duì)該矩形陣加以調(diào)整，以形成定量、定性分析方法和專業(yè)經(jīng)驗(yàn)間的統(tǒng)一、融合，進(jìn)而實(shí)現(xiàn)故障診斷的高精確性。設(shè)備故障診斷數(shù)學(xué)模型的建設(shè)主要是以電腦制圖平臺(tái)為基礎(chǔ)的，其主要任務(wù)之一便是為診斷方案提供必要的基礎(chǔ)［4］。

4 故障診斷技能及在礦山機(jī)械設(shè)備修理中的運(yùn)用

4.1 診斷類型

故障診斷在礦山機(jī)械設(shè)備維護(hù)中的重要目的：對(duì)機(jī)械設(shè)備進(jìn)行計(jì)劃性的狀況維護(hù)檢測(cè)，以保證機(jī)械生產(chǎn)裝置能夠持續(xù)運(yùn)行。通常情況下，礦山機(jī)械設(shè)備故障判別維護(hù)檢測(cè)，根據(jù)其種類大致可以分為如下幾個(gè)類別。

4.1.1 事后維護(hù)檢修

事后檢測(cè)主要是指針對(duì)當(dāng)?shù)V機(jī)械裝置故障后所采用的一個(gè)處理，但卻并沒(méi)有實(shí)行主動(dòng)性措施，這就是由于當(dāng)時(shí)大部分的機(jī)械裝置是在毫無(wú)準(zhǔn)備的狀況下進(jìn)行的，所以對(duì)于礦機(jī)設(shè)備的事后故障診斷的這種措施，維護(hù)檢修人員維修質(zhì)量并不高、效益也不理想。

4.1.2 按照一定的運(yùn)行周期進(jìn)行檢修

這種維修方法相對(duì)穩(wěn)定，雖然相對(duì)帶有強(qiáng)制的含義，但實(shí)際上也是人對(duì)機(jī)器的相對(duì)責(zé)任的體現(xiàn)。而且這種方法的檢修也相對(duì)容易，在大多數(shù)情況下是按照機(jī)器所提供的既存的正常使用年限和保養(yǎng)時(shí)間進(jìn)行具體操作。雖然這樣在外看似乎是增加了勞動(dòng)成本和人工支出，但實(shí)際上是磨刀不誤砍柴工，因?yàn)檫@在某種意義上也是對(duì)生產(chǎn)成本的一個(gè)節(jié)省，對(duì)機(jī)器設(shè)備的積極保護(hù)，從而可以提高機(jī)器設(shè)備的壽命，拉長(zhǎng)了使用期限，可以及時(shí)發(fā)現(xiàn)大問(wèn)題而進(jìn)行維修，有效防止了由于大問(wèn)題所造成的機(jī)器長(zhǎng)期停工問(wèn)題［5］。

4.2 故障診斷的方法

4.2.1 參考故障歷史記錄診斷法

這個(gè)方法主要是根據(jù)礦山機(jī)械元件的系統(tǒng)內(nèi)部構(gòu)造原理，從發(fā)現(xiàn)的最突出的故障現(xiàn)象入手，對(duì)該局部故障現(xiàn)象的全部依賴性元電子器件和控制系統(tǒng)實(shí)行了分類排除，直至查明故障現(xiàn)象的癥結(jié)。當(dāng)?shù)V山機(jī)械裝置發(fā)生故障后，對(duì)發(fā)生故障現(xiàn)象形成的過(guò)程加以詳細(xì)排查，便能夠得到最終確診結(jié)果，把上述結(jié)果合理地集中匯總后，便能夠建立一次故障診斷集。

4.2.2 智能診斷技術(shù)

智能診斷技術(shù)指運(yùn)用整個(gè)信息系統(tǒng)，通過(guò)仿照人體大腦特性，合理地收集、傳輸、處理、再生和運(yùn)用故障信號(hào)，并運(yùn)用整個(gè)信息系統(tǒng)中已完成的專業(yè)人員的判斷經(jīng)歷和決策的一種方式。其主要分為模糊診斷法、灰色控制系統(tǒng)快速診斷方法、專家系統(tǒng)診斷法、神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)判斷法等。由于礦山中機(jī)械設(shè)備故障往往存在著重復(fù)性和隱蔽性，通過(guò)傳統(tǒng)的機(jī)械檢測(cè)方式很難迅速、精確地檢測(cè)。而專家分析機(jī)制則可以綜合利用領(lǐng)域?qū)＜业墓ぷ骱蛯ｉT知識(shí)，通過(guò)仿真專業(yè)人員的思維，對(duì)故障信息加以分類解決，從而得到正確的檢測(cè)結(jié)果。采用人工智能的專家診斷系統(tǒng)，是指利用計(jì)算機(jī)來(lái)仿真一個(gè)在特定領(lǐng)域中有突出貢獻(xiàn)的專業(yè)人員，并運(yùn)用其實(shí)際經(jīng)驗(yàn)方法來(lái)處理設(shè)備故障的一個(gè)全新檢測(cè)方式。

4.2.3 儀器診斷技術(shù)

其檢測(cè)方法是通過(guò)機(jī)械設(shè)備的液壓控制系統(tǒng)的某些內(nèi)部技術(shù)參數(shù)的控制，如氣壓、油溫、震動(dòng)、泄漏、運(yùn)行設(shè)備的轉(zhuǎn)速、扭矩等，然后經(jīng)過(guò)儀表的指示及電腦操作而得到診斷結(jié)論。檢測(cè)儀表可以大致分成3 類：通用型、專用型、綜合型。這些技術(shù)的開(kāi)發(fā)方式大多都是非接觸式、便攜式、多用途和自動(dòng)化。

4.2.4 數(shù)學(xué)模型診斷技術(shù)

數(shù)學(xué)模型檢驗(yàn)技術(shù)指利用數(shù)理技術(shù)手段來(lái)處理裝置的故障問(wèn)題的一類方式，一般是測(cè)出一個(gè)特性值，之后再經(jīng)過(guò)測(cè)試、數(shù)據(jù)分析、數(shù)據(jù)處理等信息來(lái)確定故障源部位。實(shí)質(zhì)內(nèi)容采用傳感器技術(shù)和動(dòng)態(tài)檢測(cè)技術(shù)為主要手段，并以信號(hào)處理與建模加工為最基本的檢查技術(shù)手段。

5 故障診斷技術(shù)在礦山及機(jī)械設(shè)備修理中的具體運(yùn)用措施

5.1 高壓異步機(jī)電動(dòng)機(jī)的故障診斷技術(shù)

這種電機(jī)與其他發(fā)電機(jī)不同的是其故障判定工作效率特別高，而且在機(jī)電設(shè)備的故障判定中很常用，能夠保證礦井開(kāi)發(fā)過(guò)程的順利進(jìn)行。其主要是依靠信息與智能技術(shù)來(lái)進(jìn)行故障判定，并且能夠有效、迅速地判斷機(jī)電設(shè)備出現(xiàn)發(fā)生故障的原因，從而大大提高故障判定的工作效率。在具體的機(jī)電設(shè)備故障判定流程中，能夠通過(guò)核磁檢查與部分放電法檢查這兩個(gè)方式組合起來(lái)進(jìn)行故障判定，還能夠使用輸出電流波進(jìn)行故障判定［6］。

5.2 采煤機(jī)故障診斷

從我國(guó)采煤機(jī)的故障判別技術(shù)被列入到國(guó)家九五重大技術(shù)計(jì)劃研發(fā)專項(xiàng)中開(kāi)始，我國(guó)在此方面的技術(shù)進(jìn)展速度就獲得了很大的提高。但對(duì)比外國(guó)領(lǐng)先的技術(shù)來(lái)說(shuō)，我國(guó)采煤機(jī)故障判別技術(shù)的水平尚有待進(jìn)一步提升，主要體現(xiàn)在對(duì)數(shù)據(jù)參數(shù)檢測(cè)能力低、測(cè)量系統(tǒng)涉及的區(qū)域范圍狹窄和故障診斷功能不完善等方面。但是，由于測(cè)量單元、電力變頻器通信單元和故障診斷單元等測(cè)量系統(tǒng)在采煤機(jī)左右擺動(dòng)臂中的廣泛使用，我國(guó)采煤機(jī)的故障概率已經(jīng)實(shí)現(xiàn)了明顯的降低。與此同時(shí)，通過(guò)對(duì)各實(shí)時(shí)生產(chǎn)工況的檢測(cè)，將信號(hào)傳送到電腦，繼而對(duì)機(jī)電設(shè)備進(jìn)行了溫度、過(guò)流、太壓等保護(hù)，并將檢測(cè)結(jié)果顯示在液晶屏上作出顯示報(bào)警，從而降低了機(jī)械故障的發(fā)病率和由此形成的不良后果。

5.3 提升機(jī)故障診斷

提升機(jī)是礦山中搬運(yùn)環(huán)節(jié)的主要機(jī)械設(shè)備構(gòu)件之一，其工作狀況直接決定著現(xiàn)場(chǎng)作業(yè)人員的工作安全性及生產(chǎn)效力。由于提升機(jī)故障主要包括軟故障與硬件故障兩類，其中，軟故障同時(shí)也是硬件故障的前兆，有著很大的預(yù)示意義，所以有關(guān)人員就需要給予應(yīng)有的關(guān)注，以保證預(yù)警與監(jiān)測(cè)的準(zhǔn)確性。在此，筆者以雙筒提升機(jī)的松繩故障診斷為例，加以分析。為了實(shí)時(shí)地檢測(cè)該裝置部位的運(yùn)行狀況，在提升機(jī)上的所有天輪上都安裝了一個(gè)小電磁鐵，并在合理的地方植入了霍爾傳感器，以便于對(duì)二天輪的速度進(jìn)行測(cè)量，如果速度對(duì)等。當(dāng)天輪之間的感應(yīng)器脈沖輸出一致時(shí)，即可證實(shí)工作狀況良好；反之，則證明飛機(jī)存在了故障，因此，必須及時(shí)地剎停提升機(jī)，從而保證其在正常工作過(guò)程中的穩(wěn)定性。

5.4 煤礦電動(dòng)機(jī)診斷技術(shù)

煤礦等機(jī)械設(shè)備故障中出現(xiàn)的電動(dòng)機(jī)故障和放電故障，在處理這一類故障時(shí)，通常情況下，是使用互感器和測(cè)試儀對(duì)電氣設(shè)備故障進(jìn)行判斷和測(cè)試。在實(shí)際的測(cè)試過(guò)程中，需要首先掌握設(shè)備出現(xiàn)故障時(shí)電機(jī)的工況數(shù)據(jù)，然后將獲得的工況數(shù)據(jù)與正常工作情況下的參數(shù)進(jìn)行對(duì)比，通過(guò)比較數(shù)據(jù)的變化，確定電機(jī)出現(xiàn)故障的真正原因，從而選擇合適的方案處理故障現(xiàn)象。

5.5 其他機(jī)電設(shè)備故障診斷

除了提升機(jī)與采煤機(jī)以外，礦井機(jī)電設(shè)備中通風(fēng)器等裝置也使用故障診斷技術(shù)，并將其應(yīng)用在礦井機(jī)械裝置的檢修流程中。當(dāng)前，正在研發(fā)并逐步運(yùn)用在礦山機(jī)電裝置修復(fù)中的先進(jìn)故障判別技術(shù)，有聲發(fā)射、鐵譜、測(cè)振、近紅外熱成像檢測(cè)溫度變化等，并獲得了良好的效益。社會(huì)經(jīng)濟(jì)在發(fā)展，生產(chǎn)技術(shù)也在提高，為了進(jìn)一步提高礦山機(jī)電裝置修復(fù)的效果，必須緊隨新時(shí)代的發(fā)展腳步，更加重視先進(jìn)故障判別技術(shù)的使用。

6 結(jié)語(yǔ)

煤礦企業(yè)在生產(chǎn)過(guò)程中必須使用機(jī)械設(shè)備，只有保證機(jī)電器材安全地工作，才能增加企業(yè)的效益。但是，由于礦井中機(jī)電設(shè)備長(zhǎng)期進(jìn)行超負(fù)荷工作，非常容易導(dǎo)致設(shè)備產(chǎn)生故障問(wèn)題，從而影響礦井企業(yè)的正常生產(chǎn)品質(zhì)和生產(chǎn)效益。因此，企業(yè)要針對(duì)具體的生產(chǎn)狀況選用合理的故障診斷技術(shù)，并以此來(lái)保證機(jī)電設(shè)備的正常生產(chǎn)工作，從而提升企業(yè)的生產(chǎn)效益。