山東金嶺礦業(yè)股份有限公司 王 芳

礦山資源是推動(dòng)社會(huì)發(fā)展的核心資源之一，礦山機(jī)電設(shè)備正是保證礦山生產(chǎn)作業(yè)質(zhì)量的重中之重。通過不斷加強(qiáng)礦山機(jī)電設(shè)備管理水平并提高設(shè)備檢修時(shí)的故障診斷技術(shù)，可有效提高礦山作業(yè)質(zhì)量，增加機(jī)電設(shè)備的運(yùn)行效率。

1 礦山機(jī)電設(shè)備故障診斷技術(shù)特征與故障原因分析

1.1 礦山機(jī)電設(shè)備故障診斷技術(shù)綜述

經(jīng)濟(jì)的不斷發(fā)展讓社會(huì)對(duì)于礦山資源的需求量越來(lái)越大，礦山開采難度的不斷增加導(dǎo)致礦山機(jī)電設(shè)備經(jīng)常會(huì)因?yàn)楦鞣N因素而出現(xiàn)故障問題。對(duì)于機(jī)電設(shè)備而言，設(shè)備檢修與故障診斷的主要目的在于掌握機(jī)電設(shè)備的運(yùn)行情況，提高設(shè)備礦山開采時(shí)的使用壽命。通常情況下，故障診斷將會(huì)涉及到計(jì)算機(jī)、傳感器等多種技術(shù)，通過狀態(tài)檢測(cè)等方法可有效掌握機(jī)電設(shè)備的運(yùn)行參數(shù)，提高設(shè)備運(yùn)行時(shí)的安全性。而且通過對(duì)機(jī)電設(shè)備性能參數(shù)進(jìn)行分析，還可在一定程度上實(shí)現(xiàn)對(duì)設(shè)備性能的預(yù)測(cè)，提高機(jī)電設(shè)備的故障判斷準(zhǔn)確性，為后續(xù)開展的一系列檢修作業(yè)提供幫助。

礦山機(jī)電設(shè)備運(yùn)行正常與否，主要取決于設(shè)備是否能滿足礦山生產(chǎn)需求，機(jī)電設(shè)備在非正常運(yùn)轉(zhuǎn)時(shí)，往往會(huì)對(duì)設(shè)備其他零部件的運(yùn)行效果帶來(lái)干擾，進(jìn)而導(dǎo)致機(jī)電設(shè)備無(wú)法滿足礦山生產(chǎn)需求，通過合理利用故障診斷技術(shù)對(duì)設(shè)備信號(hào)變化進(jìn)行分析，能夠及時(shí)發(fā)展設(shè)備運(yùn)行期間存在的各種故障問題，此時(shí)便可通過故障檢修的方式來(lái)保證礦山機(jī)電設(shè)備實(shí)現(xiàn)正常運(yùn)行。

1.2 機(jī)電設(shè)備故障診斷技術(shù)特征

目標(biāo)性。故障診斷技術(shù)具有目標(biāo)性，故障診斷期間的核心目標(biāo)就是盡快實(shí)現(xiàn)故障定位與故障分析，通過及時(shí)完成故障診斷，能夠?yàn)樵O(shè)備檢修提供重要的故障數(shù)據(jù)支持，防止檢修工作出現(xiàn)無(wú)從下手的情況。除此之外，在故障診斷的基礎(chǔ)上制定一系列高效維修方案，不僅可讓設(shè)備維修效果得到保障，還可進(jìn)一步提高礦山機(jī)電設(shè)備的使用壽命。

復(fù)雜性。故障診斷技術(shù)包含的內(nèi)容極為復(fù)雜，諸如動(dòng)力學(xué)、物理學(xué)等學(xué)科均有涉獵。通過對(duì)多學(xué)科進(jìn)行整合，能有效提高故障診斷效果，為機(jī)電設(shè)備檢修帶來(lái)更多幫助；實(shí)踐性。故障診斷技術(shù)是一種能夠及時(shí)從理論轉(zhuǎn)化為實(shí)踐的技術(shù)，所有的理論知識(shí)都可在診斷過程中直接進(jìn)行實(shí)踐，并在實(shí)際操作中對(duì)故障情況進(jìn)行分析，通過將實(shí)操過程中的反饋結(jié)果與設(shè)備故障相結(jié)合，可大幅提高礦山機(jī)電設(shè)備的檢修效果。

1.3 礦山機(jī)電設(shè)備故障原因分析

零件配合關(guān)系惡化。在機(jī)電設(shè)備發(fā)生故障問題時(shí)，通常在觀察設(shè)備故障部位后會(huì)發(fā)現(xiàn)設(shè)備零部件相互間的運(yùn)行關(guān)系產(chǎn)生了變化。當(dāng)零部件的原本形態(tài)與尺寸和設(shè)計(jì)額時(shí)的狀態(tài)出現(xiàn)偏離后，就會(huì)導(dǎo)致機(jī)電設(shè)備出現(xiàn)異常故障問題。這種零部件配合配差是長(zhǎng)期使用中各種因素共同作用下所帶來(lái)的結(jié)果，目前最為常見的配合惡化原因便是零部件老化與各種意外損傷[1]。

機(jī)電設(shè)備超負(fù)荷運(yùn)行損壞。機(jī)電設(shè)備在設(shè)計(jì)之初便會(huì)對(duì)各項(xiàng)功率有所限制，當(dāng)機(jī)電設(shè)備的輸出功率達(dá)到了設(shè)置中的極限參數(shù)后并不會(huì)直接造成損壞，而是會(huì)導(dǎo)致機(jī)電設(shè)備的運(yùn)行質(zhì)量下滑速度增加，此時(shí)的機(jī)電設(shè)備往往更加容易在各種外界因素的影響下發(fā)生質(zhì)量問題。超負(fù)荷運(yùn)轉(zhuǎn)意味著機(jī)電設(shè)備超出了運(yùn)行極限，設(shè)備運(yùn)行承受能力難以將輸出功率帶來(lái)的影響控制在有效范圍內(nèi)。因此機(jī)電設(shè)備在運(yùn)行階段必須對(duì)功率進(jìn)行限制，避免因?yàn)槌?fù)荷運(yùn)行而縮短設(shè)備的使用壽命

機(jī)電設(shè)備性能損耗。機(jī)電設(shè)備運(yùn)行能力損耗屬于長(zhǎng)期過程，機(jī)電設(shè)備在運(yùn)行期間，將會(huì)在內(nèi)、外因素的共同作用下導(dǎo)致運(yùn)行期間的設(shè)備綜合能力持續(xù)下滑，這種性能損耗不可避免。通常情況下，設(shè)備在長(zhǎng)期運(yùn)行中將會(huì)導(dǎo)致零部件配合剛性降低、摩擦系數(shù)增加，當(dāng)機(jī)電設(shè)備的重要負(fù)荷部件出現(xiàn)扭曲、磨損等問題時(shí)，就會(huì)導(dǎo)致機(jī)電設(shè)備性能在短時(shí)間內(nèi)大幅下降。

2 礦山機(jī)電設(shè)備檢修中的故障診斷方法分析

建立機(jī)電設(shè)備數(shù)據(jù)模型。礦山機(jī)電設(shè)備在時(shí)代背景下得到了長(zhǎng)足的發(fā)展，機(jī)電設(shè)備的各種技術(shù)參數(shù)如今已經(jīng)達(dá)到了世界先進(jìn)水平。在開展故障診斷時(shí)，通常需要結(jié)合機(jī)電設(shè)備的各項(xiàng)技術(shù)參數(shù)來(lái)判斷設(shè)備的真實(shí)運(yùn)行情況，技術(shù)參數(shù)是否異常便是機(jī)電設(shè)備性能檢測(cè)時(shí)的關(guān)鍵。為了完成對(duì)機(jī)電設(shè)備各項(xiàng)性能參數(shù)的整理與歸納，應(yīng)該構(gòu)建出切實(shí)可行的數(shù)據(jù)模型，借助建模的優(yōu)勢(shì)發(fā)現(xiàn)機(jī)電設(shè)備故障，保證設(shè)備正常運(yùn)行。

采集設(shè)備參數(shù)信息。傳感器是機(jī)電設(shè)備使用中的關(guān)鍵輔助設(shè)備，能在機(jī)電設(shè)備運(yùn)行期間，針對(duì)設(shè)備運(yùn)行參數(shù)進(jìn)行感應(yīng)，進(jìn)而獲取機(jī)電設(shè)備運(yùn)行時(shí)所生成的各種參數(shù)信息，通過將這部分?jǐn)?shù)據(jù)信息傳遞至儲(chǔ)存系統(tǒng)，然后及時(shí)針對(duì)機(jī)電設(shè)備數(shù)據(jù)進(jìn)行故障排查，便可發(fā)現(xiàn)機(jī)電設(shè)備運(yùn)行時(shí)的各種異常情況[2]。

機(jī)電設(shè)備異常狀態(tài)識(shí)別。因?yàn)闊o(wú)法利用機(jī)電設(shè)備直接識(shí)別傳感器采集到的各種參數(shù)信息，因此在開展故障診斷時(shí)，還應(yīng)該針對(duì)機(jī)電設(shè)備的參數(shù)信息進(jìn)行判斷，通過對(duì)識(shí)別后的參數(shù)與設(shè)備運(yùn)行期間的常規(guī)參數(shù)進(jìn)行對(duì)比，可有效判斷出機(jī)電設(shè)備運(yùn)行期間與常規(guī)狀態(tài)下的差異，進(jìn)而掌握機(jī)電設(shè)備的異常情況。需要注意的是，傳感器采集的很多信息都需要利用信息處理技術(shù)開展數(shù)據(jù)加工，只有這樣才能夠?qū)崿F(xiàn)對(duì)故障原因的總結(jié)。

機(jī)電設(shè)備故障預(yù)測(cè)。通過針對(duì)機(jī)電設(shè)備的各項(xiàng)參數(shù)進(jìn)行分析與整理，能夠直接發(fā)現(xiàn)機(jī)電設(shè)備運(yùn)行期間出現(xiàn)的各種變化，結(jié)合性能規(guī)律來(lái)開展機(jī)電設(shè)備的故障判斷，就能夠?qū)崿F(xiàn)對(duì)機(jī)電設(shè)備故障問題的預(yù)測(cè)，提前了解機(jī)電設(shè)備運(yùn)行期間可能出現(xiàn)的故障問題，降低機(jī)電設(shè)備突發(fā)故障所造成的影響。而且通過故障預(yù)測(cè)還能夠提前開展機(jī)電設(shè)備的檢修、維護(hù)處理，進(jìn)一步延長(zhǎng)礦山機(jī)電設(shè)備的運(yùn)行壽命。

經(jīng)驗(yàn)故障判斷。經(jīng)驗(yàn)故障判斷對(duì)檢修人員的檢修能力要求極高，檢修人員憑借自身的專業(yè)性與檢修經(jīng)驗(yàn)，可在面對(duì)各種故障問題時(shí)作出合理判斷。這種判斷的核心依據(jù)是個(gè)人能力與經(jīng)驗(yàn)直覺，因此具有一定程度的局限性。在面對(duì)各種復(fù)雜的機(jī)電設(shè)備故障時(shí)，若因?yàn)槿藶榻?jīng)驗(yàn)判斷而出現(xiàn)失誤，就將會(huì)對(duì)后續(xù)開展的設(shè)備檢修工作帶來(lái)非常嚴(yán)重的影響。

綜合故障診斷。就是要靈活應(yīng)用各種設(shè)備儀器針對(duì)機(jī)電設(shè)備的運(yùn)行狀態(tài)進(jìn)行檢測(cè)，這種故障診斷模式并沒有固定方法，在診斷故障時(shí)需要綜合實(shí)際情況來(lái)合理選擇適當(dāng)?shù)脑\斷模式。由于故障診斷的核心目的在于消除機(jī)電設(shè)備的運(yùn)行隱患，解決現(xiàn)有的設(shè)備故障，所以在必要時(shí)可選擇采用多種檢測(cè)模式在診斷完成后進(jìn)行對(duì)比分析，以此來(lái)保證最終診斷效果。

智能故障診斷。是一種依托于科學(xué)技術(shù)水平的一種故障判斷模式，若礦山企業(yè)的科技能力無(wú)法滿足智能故障診斷的實(shí)際需求，就無(wú)法真正發(fā)揮出智能診斷應(yīng)有的效果。作為一種智能化檢測(cè)方法，智能故障診斷技術(shù)可對(duì)人腦進(jìn)行模擬分析，并在分析過程中獲取并篩選有效信息。在發(fā)現(xiàn)設(shè)備運(yùn)行中的異常情況時(shí)，可通過預(yù)警的方式對(duì)檢修人員進(jìn)行提示，進(jìn)而讓機(jī)電設(shè)備的故障診斷工作變得更加具有針對(duì)性[3]。

3 機(jī)電設(shè)備檢修中的故障診斷技術(shù)應(yīng)用分析

3.1 故障診斷專家系統(tǒng)

礦山機(jī)電設(shè)備的故障問題往往具有復(fù)雜性與隱蔽性，若單純采用傳統(tǒng)故障診斷方法很難直接診斷出故障位置與故障實(shí)際情況，嚴(yán)重時(shí)甚至?xí)绊懙胶罄m(xù)維修工作的正常開展。而采用專家系統(tǒng)針對(duì)設(shè)備運(yùn)行故障進(jìn)行分析能大幅縮短故障檢修時(shí)間，快速發(fā)現(xiàn)導(dǎo)致機(jī)電設(shè)備出現(xiàn)故障的重要原因。專家系統(tǒng)的故障診斷方法，便是通過對(duì)專家思維過程進(jìn)行全方位模擬，然后針對(duì)機(jī)電設(shè)備的故障參數(shù)進(jìn)行分析與求解，最終獲得足夠可靠的故障診斷結(jié)論。故障樹是開展故障診斷時(shí)的重要基礎(chǔ)模型，能夠針對(duì)機(jī)電設(shè)備的歷史故障數(shù)據(jù)進(jìn)行分類整合，這部分經(jīng)過整合的數(shù)據(jù)信息不僅包括了故障源的部分內(nèi)容，還包括了進(jìn)行故障決策時(shí)所需要的目標(biāo)節(jié)點(diǎn)。所以在開展機(jī)電設(shè)備的故障診斷時(shí)，需要考慮機(jī)電設(shè)備運(yùn)行期間的實(shí)際情況。

圖1 專家診斷系統(tǒng)

3.2 故障歷史記錄的應(yīng)用

機(jī)電設(shè)備故障診斷技術(shù)在使用過程中，需根據(jù)礦山機(jī)電設(shè)備的整體結(jié)構(gòu)與故障部位的實(shí)際情況，來(lái)判斷設(shè)備運(yùn)行時(shí)各個(gè)零部件與系統(tǒng)整體之間的差異性，因此故障診斷的核心目的是發(fā)現(xiàn)機(jī)電設(shè)備在運(yùn)行時(shí)遇到的故障原因。機(jī)電設(shè)備運(yùn)行中能出現(xiàn)的各種故障基本可歸類為外界故障與內(nèi)部故障兩類，很多時(shí)候都可發(fā)現(xiàn)與故障相關(guān)的歷史故障記錄，此時(shí)便可結(jié)合其來(lái)針對(duì)故障問題進(jìn)行全面檢測(cè)與排查。借助歷史記錄進(jìn)行故障診斷是一種依托歷史經(jīng)驗(yàn)分析故障的方法，若機(jī)電設(shè)備在運(yùn)行歷史中并沒有出現(xiàn)同類型故障就無(wú)法快速解決故障問題，進(jìn)而影響到機(jī)電設(shè)備檢修效率。所以為了讓機(jī)電設(shè)備檢修發(fā)揮出應(yīng)有的作用，就應(yīng)加強(qiáng)對(duì)各個(gè)環(huán)節(jié)的管理，提前了解歷史故障情況，進(jìn)而讓歷史故障記錄發(fā)揮出應(yīng)有的價(jià)值。

3.3 溫度壓力檢測(cè)

機(jī)電設(shè)備的溫度、壓力檢測(cè)是常見性能檢測(cè)方法，通過對(duì)機(jī)電設(shè)備的軸承等零部件進(jìn)行參數(shù)分析，能掌握不同零部件的運(yùn)行情況。在設(shè)置溫度、壓力傳感器時(shí)，需同時(shí)從多個(gè)角度進(jìn)行參數(shù)設(shè)置，只有從多個(gè)角度同時(shí)開展溫度、壓力檢測(cè)，才能讓檢測(cè)質(zhì)量得到保障，避免機(jī)電設(shè)備故障問題出現(xiàn)進(jìn)一步惡化。一般而言，當(dāng)掌握重要零部件的各項(xiàng)性能參數(shù)后便可實(shí)現(xiàn)對(duì)機(jī)電設(shè)備零部件運(yùn)行狀態(tài)的分析，并在分析中了解故障情況的未來(lái)發(fā)展趨勢(shì)，所以須保證性能參數(shù)的檢測(cè)準(zhǔn)確性，以此來(lái)降低機(jī)電設(shè)備故障問題所帶來(lái)的影響[4]。

3.4 神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)與模糊數(shù)學(xué)的檢修應(yīng)用

機(jī)電設(shè)備的檢修技術(shù)將會(huì)隨著科技的發(fā)展不斷進(jìn)步，數(shù)學(xué)理論基礎(chǔ)是機(jī)電設(shè)備檢修時(shí)的關(guān)鍵，目前應(yīng)用較為廣泛的一種方式便是小波神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)技術(shù)，通過利用其自有的學(xué)習(xí)功能，能夠利用神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)來(lái)完成對(duì)數(shù)據(jù)參數(shù)的判斷、學(xué)習(xí)，神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)可在故障識(shí)別、信號(hào)處理等多個(gè)環(huán)節(jié)發(fā)揮出極強(qiáng)的功能性。

圖2 神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)

故障診斷技術(shù)能夠按照機(jī)電設(shè)備的系統(tǒng)結(jié)構(gòu)，對(duì)故障部分的顯著程度等參數(shù)來(lái)完成對(duì)局部故障問題的全方位排查。故障排查時(shí)的主要目標(biāo)就是找出機(jī)電設(shè)備故障原因。在開展故障診斷時(shí)，還可對(duì)故障征兆與故障源映射的關(guān)系進(jìn)行分析，提高故障診斷時(shí)的精確度。就目前而言，神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)在機(jī)電設(shè)備故障診斷中具有極為明顯的優(yōu)勢(shì)。而模糊數(shù)學(xué)技術(shù)則能夠在故障診斷期間完成對(duì)模糊診斷模型的構(gòu)建，數(shù)學(xué)模型能夠結(jié)合定量分析與專家分析等方法來(lái)得出故障參數(shù)，進(jìn)而為礦山機(jī)電設(shè)備的故障診斷決策人員提供具有輔助價(jià)值的故障數(shù)據(jù)。

4 結(jié)語(yǔ)

礦山機(jī)電設(shè)備的運(yùn)行環(huán)境十分復(fù)雜、惡劣，因此機(jī)電設(shè)備故障問題是不可避免的重要問題，通過對(duì)機(jī)電設(shè)備檢修中的故障診斷進(jìn)行分析，可有效提高檢修質(zhì)量，延長(zhǎng)設(shè)備使用壽命。相信隨著更多人意識(shí)到故障診斷技術(shù)的價(jià)值，機(jī)電設(shè)備檢修技術(shù)一定會(huì)更加完善。