王 闖
(內(nèi)蒙古平莊煤業(yè)(集團(tuán))有限責(zé)任公司機(jī)電動(dòng)力部,內(nèi)蒙古 赤峰 024076)
導(dǎo)致礦山中機(jī)電設(shè)備出現(xiàn)故障的成因主要可歸納為以下幾點(diǎn):
首先,由于礦山中所用機(jī)電設(shè)備的運(yùn)行環(huán)境相對(duì)來說比較特殊,其運(yùn)行期間需要消耗的電能遠(yuǎn)超過常規(guī)機(jī)電設(shè)備,其故障發(fā)生率也更高。例如,礦山生產(chǎn)過程中機(jī)電設(shè)備中的鉆頭裝置應(yīng)用頻率非常高,需要長(zhǎng)時(shí)間鉆擊地面,設(shè)備溫度在長(zhǎng)期運(yùn)行期間會(huì)不斷提升,超過設(shè)備能夠承受的溫度范圍之后,現(xiàn)場(chǎng)技術(shù)人員必須對(duì)鉆頭裝置及時(shí)進(jìn)行降溫處理,但是部分礦山生產(chǎn)現(xiàn)場(chǎng)缺乏相應(yīng)的故障診斷設(shè)備,不能及時(shí)判斷設(shè)備運(yùn)行溫度,設(shè)備長(zhǎng)期處于高溫環(huán)境中運(yùn)行非常容易損壞。
其次,機(jī)電設(shè)備的零部件受損或者配件組合狀態(tài)的變化也是礦山機(jī)電設(shè)備的故障主要誘因。礦山機(jī)電設(shè)備使用期間其內(nèi)部結(jié)構(gòu)零配件相互作用摩擦,在高強(qiáng)度運(yùn)作期間零部件的結(jié)構(gòu)形態(tài)和原有屬性會(huì)逐漸發(fā)生變化,嚴(yán)重者會(huì)直接損壞。使得設(shè)備整體工作效率降低,最終導(dǎo)致設(shè)備故障的出現(xiàn)。
第三,礦山生產(chǎn)過程中工作環(huán)境比較惡劣,這也在一定程度上加重了其機(jī)電環(huán)境的運(yùn)行負(fù)荷,機(jī)電設(shè)備在這種環(huán)境下會(huì)出現(xiàn)比較嚴(yán)重的損耗,容易頻繁出現(xiàn)故障。
第四,礦山機(jī)電設(shè)備的超限期使用也是導(dǎo)致故障發(fā)生的主要因素。部分礦場(chǎng)生產(chǎn)期間為了節(jié)省更多費(fèi)用,違規(guī)使用已經(jīng)超過既定使用年限的機(jī)電設(shè)備。這些機(jī)電設(shè)備已經(jīng)超過了標(biāo)準(zhǔn)壽命年限,繼續(xù)使用很容易出現(xiàn)各種故障。此外礦山生產(chǎn)工作量較大,為了提升生產(chǎn)效益,很多礦場(chǎng)延長(zhǎng)生產(chǎn)時(shí)間,令機(jī)電設(shè)備長(zhǎng)期高負(fù)荷甚至超負(fù)荷運(yùn)轉(zhuǎn),這樣會(huì)嚴(yán)重加劇設(shè)備的老化速度,導(dǎo)致各配件受損嚴(yán)重,故障頻發(fā)。
第五,礦山機(jī)電設(shè)備維修與檢測(cè)的過程中,仍然存在檢測(cè)技術(shù)水平不足、技術(shù)更新緩慢等問題,影響礦山機(jī)電設(shè)備維修的綜合水平。此外,設(shè)備故障診斷中難以建立完善的檢測(cè)體系,因此在很大程度上制約了礦山資源的開采,導(dǎo)致了機(jī)電設(shè)備效率低下,始終無法提高礦山的開采效率。
故障診斷技術(shù)是通過借助各種檢測(cè)方法和手段,來對(duì)機(jī)電設(shè)備及其相關(guān)系統(tǒng)存在故障進(jìn)行檢測(cè)的過程,從本質(zhì)上而言,故障診斷技術(shù)是一種防范設(shè)備故障發(fā)生、保護(hù)機(jī)電設(shè)備安全的技術(shù)。
具體地說,故障診斷技術(shù)是通過使用各種精密的測(cè)量?jī)x器來檢測(cè)運(yùn)行中的機(jī)電設(shè)備,得到相應(yīng)測(cè)量數(shù)據(jù)后,通過對(duì)數(shù)據(jù)的處理得到有效信息,再將其與機(jī)電設(shè)備規(guī)定的標(biāo)準(zhǔn)參數(shù)來進(jìn)行對(duì)比,分析機(jī)電設(shè)備本身是否有異常狀況存在,如破損和老化等,如果有,則準(zhǔn)確將其識(shí)別出來,并根據(jù)問題的具體原因提出相應(yīng)維修方案。由上述可知,在礦山機(jī)電設(shè)備中使用故障診斷技術(shù),可充分保證機(jī)電設(shè)備運(yùn)行狀態(tài)在規(guī)定的安全范圍之內(nèi),其技術(shù)參數(shù)指標(biāo)不超出標(biāo)準(zhǔn)參數(shù),保證機(jī)電設(shè)備運(yùn)行狀態(tài)良好。
礦山中機(jī)電設(shè)備零部件組成比較復(fù)雜,其中任何系統(tǒng)或者部件出現(xiàn)異常都可能引發(fā)故障,故障診斷期間,可根據(jù)機(jī)電設(shè)備中零部件和設(shè)備子系統(tǒng)的種類對(duì)故障診斷技術(shù)進(jìn)行分類,其中常見技術(shù)包括的機(jī)械元件診斷技術(shù)、電氣裝置診斷技術(shù)、液壓裝置診斷技術(shù)、工程結(jié)構(gòu)診斷技術(shù)等等。
礦山的機(jī)電設(shè)備運(yùn)行期間可能會(huì)出現(xiàn)各種物理性的變化,其中包括設(shè)備溫度的變化、設(shè)備噪音的出現(xiàn)或者設(shè)備振動(dòng)等等。通過對(duì)這些物理性變化進(jìn)行分析,也可實(shí)施故障診斷,通過此依據(jù)可將故障診斷技術(shù)分為污染故障診斷技術(shù)、溫度故障診斷技術(shù)、壓力故障診斷技術(shù)、振動(dòng)故障診斷技術(shù)等等。
首先是功能診斷技術(shù)和運(yùn)行診斷技術(shù)。功能診斷技術(shù)一般用來檢測(cè)礦山新購(gòu)置的機(jī)電設(shè)備,或者剛剛維修完成的機(jī)電設(shè)備或元件。運(yùn)行診斷技術(shù)是指對(duì)機(jī)電設(shè)備系統(tǒng)運(yùn)行情況進(jìn)行檢測(cè)分析。其次是按照時(shí)間周期作為依據(jù)的檢測(cè)技術(shù)分類,常見有周期檢測(cè)技術(shù),這種技術(shù)是指每到設(shè)備的固定檢修周期就進(jìn)行一次例行故障檢測(cè)。第三是簡(jiǎn)易診斷技術(shù)和精密診斷技術(shù),簡(jiǎn)易診斷技術(shù)是故障診斷技術(shù)人員通過觀察、觸摸等各種簡(jiǎn)單的方式進(jìn)行人為故障分析,精密診斷是指借助各種專業(yè)檢測(cè)設(shè)備和儀器實(shí)施診斷的技術(shù)。第四是在線診斷技術(shù)和離線診斷技術(shù),在線診斷技術(shù)是在現(xiàn)場(chǎng)對(duì)礦山機(jī)電設(shè)備直接實(shí)施故障分析,離線診斷技術(shù)是指根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備運(yùn)行情況的監(jiān)測(cè)錄像和監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)對(duì)設(shè)備故障進(jìn)行離線診斷。
礦山生產(chǎn)中使用的機(jī)電設(shè)備系統(tǒng)結(jié)構(gòu)復(fù)雜,為保證設(shè)備能夠安全的運(yùn)行,設(shè)備的在線狀態(tài)檢測(cè)非常必要,在線狀態(tài)檢測(cè)技術(shù)能夠在最短時(shí)間內(nèi)發(fā)現(xiàn)設(shè)備運(yùn)行中存在的問題。應(yīng)用該技術(shù)進(jìn)行故障檢測(cè)時(shí)有幾點(diǎn)要注意。首先,礦山機(jī)電設(shè)備系統(tǒng)中具體自動(dòng)化控制功能,將計(jì)算機(jī)在線監(jiān)測(cè)系統(tǒng)和設(shè)備的自動(dòng)化控制系統(tǒng)實(shí)施關(guān)聯(lián),能夠通過計(jì)算機(jī)設(shè)備監(jiān)測(cè)設(shè)備的運(yùn)行情況,在線監(jiān)測(cè)系統(tǒng)能夠?qū)崟r(shí)獲取設(shè)備運(yùn)行參數(shù),根據(jù)參數(shù)數(shù)值判斷運(yùn)行狀態(tài)。其次,現(xiàn)場(chǎng)對(duì)于機(jī)電設(shè)備實(shí)施在線故障檢測(cè)的時(shí)候要使用專業(yè)儀器,對(duì)不同工況下機(jī)電設(shè)備運(yùn)行期間各部分壓力參數(shù)、設(shè)備溫度以及位移等重要參數(shù)信息進(jìn)行采集。然后借助狀態(tài)檢測(cè)系統(tǒng)對(duì)現(xiàn)場(chǎng)采集的數(shù)據(jù)進(jìn)行故障分析。
數(shù)據(jù)模型故障診斷方式效率高且診斷結(jié)果精準(zhǔn),技術(shù)人員應(yīng)用該技術(shù)進(jìn)行故障檢測(cè)時(shí),要根據(jù)機(jī)電設(shè)備的系統(tǒng)結(jié)構(gòu)類型、設(shè)備運(yùn)行方式等進(jìn)行專業(yè)數(shù)據(jù)模型的建立,科學(xué)的機(jī)電設(shè)備數(shù)據(jù)模型的建立能夠?qū)崿F(xiàn)對(duì)于機(jī)電系統(tǒng)中各元部件的參數(shù)控制,根據(jù)模型中參數(shù)變化,故障診斷人員能夠清晰判斷設(shè)備中各元件的剩余使用年限和老化程度,及時(shí)發(fā)現(xiàn)故障隱患。
歷史記錄診斷技術(shù)是指,故障診斷技術(shù)人員通過礦山機(jī)電設(shè)備過往的故障診斷記錄資料進(jìn)行調(diào)查分析,對(duì)機(jī)設(shè)備高發(fā)故障進(jìn)行針對(duì)性復(fù)查和故障排除,保證機(jī)電設(shè)備的正常使用。通過應(yīng)用這種診斷技術(shù),能夠更加迅速且直觀的發(fā)現(xiàn)機(jī)電設(shè)備中的常見故障問題和故障發(fā)生點(diǎn)位,并對(duì)其進(jìn)行重點(diǎn)檢測(cè)和處理,排查完設(shè)備的歷史故障類型之后,再對(duì)其他未出現(xiàn)故障的部分實(shí)施例行診斷。礦山機(jī)電設(shè)備在長(zhǎng)期使用期間,其設(shè)備的診斷維護(hù)記錄已經(jīng)相對(duì)完善,故障類型和診斷方式內(nèi)容相對(duì)完整,對(duì)于故障診斷人員來說非常具備參考價(jià)值,診斷記錄中的故障在機(jī)電設(shè)備中再次出現(xiàn)之后,借助故障檢測(cè)記錄能夠顯著提升設(shè)備故障診斷效率和準(zhǔn)確率,且可大大縮短設(shè)備故障診斷時(shí)長(zhǎng)。
智能化技術(shù)當(dāng)前已經(jīng)滲透到多個(gè)領(lǐng)域當(dāng)中,在礦山機(jī)電設(shè)備的故障診斷中也有所應(yīng)用。智能化故障診斷技術(shù)是指,對(duì)人腦特征進(jìn)行模擬,開發(fā)出模擬控制系統(tǒng),實(shí)現(xiàn)對(duì)診斷數(shù)據(jù)的智能化控制處理分析,得出科學(xué)的故障診斷結(jié)果。當(dāng)前常見的智能化機(jī)電設(shè)備故障診斷系統(tǒng)有兩種。
第一種是故障診斷專家系統(tǒng),由于礦山機(jī)電設(shè)備的故障類型較多,故障成因復(fù)雜且不易發(fā)現(xiàn),導(dǎo)致很多故障都是在發(fā)生之后才能被發(fā)現(xiàn)和檢修。而故障診斷專家系統(tǒng)中能夠收納各類機(jī)電設(shè)備故障檢修經(jīng)驗(yàn),通過智能化模擬,實(shí)現(xiàn)自動(dòng)化專家思維診斷,對(duì)機(jī)電設(shè)備的故障類型進(jìn)行自動(dòng)化專業(yè)分析,顯著提升故障診斷效率和準(zhǔn)確率。第二種是人工神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)故障診斷系統(tǒng)。這種系統(tǒng)進(jìn)行機(jī)電設(shè)備故障診斷的時(shí)候,主要優(yōu)勢(shì)體現(xiàn)在設(shè)備故障信息數(shù)據(jù)的識(shí)別和處理上,礦山機(jī)電設(shè)備剛剛出現(xiàn)故障的時(shí)候,其設(shè)備的狀態(tài)信息數(shù)據(jù)會(huì)出現(xiàn)非線性映射的關(guān)系,比較復(fù)雜,人工神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)診斷系統(tǒng)具有強(qiáng)大的學(xué)習(xí)功能和適應(yīng)能力,可對(duì)復(fù)雜的非線性映射關(guān)系數(shù)據(jù)進(jìn)行優(yōu)化分析,從中獲取真正的故障原因。
振動(dòng)監(jiān)測(cè)診斷技術(shù)的使用必須要借助專業(yè)的設(shè)備監(jiān)測(cè)裝置,通過監(jiān)測(cè)裝置獲取的設(shè)備振動(dòng)性質(zhì)和參數(shù)變化能夠間接的判斷出礦山機(jī)電設(shè)備的故障原因及類型。這種方式當(dāng)前在礦山設(shè)備檢修中應(yīng)用頻率較高。振動(dòng)檢測(cè)診斷技術(shù)在實(shí)施故障診斷的過程中不會(huì)對(duì)設(shè)備造成任何不良影響,通過此種方式能夠的完整的設(shè)備振動(dòng)信息數(shù)據(jù),檢測(cè)結(jié)果更加可靠。機(jī)電設(shè)備使用過程中必然會(huì)伴隨著一定頻率的振動(dòng),通過對(duì)各種振動(dòng)參數(shù)實(shí)施分析,就能夠清晰的得知設(shè)備實(shí)際工作狀態(tài),機(jī)電設(shè)備的重要振動(dòng)參數(shù)包括設(shè)備啟動(dòng)速率、設(shè)備位移以及啟動(dòng)加速度等參數(shù)。故障檢測(cè)人員實(shí)施振動(dòng)參數(shù)監(jiān)測(cè)的時(shí)候要根據(jù)機(jī)電設(shè)備類型選取合適的監(jiān)測(cè)點(diǎn)位和監(jiān)測(cè)裝置。振動(dòng)參數(shù)監(jiān)測(cè)點(diǎn)要有足夠的覆蓋率,能夠?qū)崿F(xiàn)機(jī)電設(shè)備的全面監(jiān)測(cè),監(jiān)測(cè)點(diǎn)位越靠近設(shè)備的易損點(diǎn)位越好,以確?,F(xiàn)場(chǎng)設(shè)備監(jiān)測(cè)信號(hào)的傳輸強(qiáng)度。進(jìn)行振動(dòng)監(jiān)測(cè)時(shí)使用的設(shè)備為傳感器裝置,這種裝置能夠有效放大機(jī)電設(shè)備的運(yùn)行狀態(tài)信號(hào),將其信號(hào)濾波放大之后傳送到指定的轉(zhuǎn)換器當(dāng)中,然后將其中的模擬信號(hào)進(jìn)行轉(zhuǎn)換,轉(zhuǎn)換成數(shù)字信號(hào)之后傳送到故障診斷系統(tǒng)當(dāng)中進(jìn)行處理分析,系統(tǒng)會(huì)根據(jù)數(shù)字信號(hào)繪制出相應(yīng)的設(shè)備振動(dòng)頻譜以及振動(dòng)位移參數(shù)變化曲線圖,以此作為故障診斷的科學(xué)依據(jù)。振動(dòng)監(jiān)測(cè)診斷技術(shù)能夠?qū)崿F(xiàn)對(duì)于機(jī)電設(shè)備的實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)分析,其得出的診斷結(jié)果科學(xué)精準(zhǔn),能夠直觀反應(yīng)機(jī)電設(shè)備的工作狀態(tài),令診斷人員準(zhǔn)確掌握設(shè)備的動(dòng)態(tài)變化情況,值得在故障檢測(cè)中應(yīng)用推廣。
礦山機(jī)電設(shè)備在啟動(dòng)運(yùn)行之后,設(shè)備中各部分溫度必然會(huì)發(fā)生變化,如果各部分溫度值超出標(biāo)準(zhǔn)波動(dòng)范圍,就表明設(shè)備狀態(tài)出現(xiàn)異常。紅外測(cè)溫診斷技術(shù)主要就是通過對(duì)于設(shè)備溫度變化情況的監(jiān)測(cè)實(shí)施故障診斷。機(jī)電設(shè)備使用過程中系統(tǒng)元件之間的損耗,電路運(yùn)行情況、系統(tǒng)降溫功能以及油液潤(rùn)滑程度等都能通過紅外測(cè)溫系統(tǒng)進(jìn)行監(jiān)測(cè),此種技術(shù)能夠?qū)崿F(xiàn)遠(yuǎn)距離監(jiān)測(cè)控制,無需直接接觸就能夠獲取設(shè)備溫度參數(shù)的波動(dòng)數(shù)據(jù),這些數(shù)據(jù)能夠準(zhǔn)確反應(yīng)設(shè)備的實(shí)際溫度變化與使用狀態(tài)。機(jī)電設(shè)備運(yùn)行期間其外部環(huán)境可能會(huì)對(duì)設(shè)備的實(shí)際運(yùn)行溫度造成影響,因此進(jìn)行溫度監(jiān)測(cè)的時(shí)候不要忽略外部環(huán)境因素的干擾,在實(shí)施參數(shù)對(duì)比的時(shí)候要及時(shí)修正溫度參數(shù)。當(dāng)設(shè)備運(yùn)行溫度超出標(biāo)準(zhǔn)波動(dòng)范圍后,紅外測(cè)溫系統(tǒng)會(huì)及時(shí)發(fā)出預(yù)警,提醒技術(shù)人員及時(shí)處理設(shè)備溫度出現(xiàn)異常的部分,找出溫度異常原因,及時(shí)消除故障,最大程度降低對(duì)設(shè)備運(yùn)行的影響。這種診斷技術(shù)能夠顯著延長(zhǎng)礦山機(jī)電設(shè)備的使用年限,并有效減少實(shí)際檢修次數(shù)。
礦山生產(chǎn)過程中,金屬礦的施工作業(yè)相比煤炭類礦山的施工作業(yè)噪聲更大,即使施工中機(jī)電設(shè)備狀態(tài)異常也不易被發(fā)現(xiàn),設(shè)備的故障特征相對(duì)隱蔽。對(duì)此類礦山機(jī)電設(shè)備實(shí)施故障診斷的時(shí)候要想得出準(zhǔn)確的診斷結(jié)果,需要應(yīng)用特定的設(shè)備故障信號(hào)特征提出檢測(cè)技術(shù),確保設(shè)備中的故障信號(hào)特征可以被清晰識(shí)別。金屬類礦山的巖層結(jié)構(gòu)和地質(zhì)環(huán)境特殊,故障診斷人員可以通過其機(jī)電設(shè)備齒輪裝置、軸承裝置等重要部分的使用狀態(tài)進(jìn)行判斷,觀察其是否存在脫離、擦傷或者斷齒等明顯的沖擊故障。技術(shù)人員進(jìn)行故障診斷的時(shí)候?yàn)榱擞行Й@取出機(jī)電設(shè)備中較為微弱的故障信號(hào),可以選用自適應(yīng)提升小波分解算法進(jìn)行分析,并應(yīng)用特征匹配準(zhǔn)則實(shí)施判斷。另外也可以使用初始雙正交濾波器組,對(duì)原始信號(hào)進(jìn)行預(yù)測(cè)更新運(yùn)算,以此獲得機(jī)電設(shè)備故障的高頻細(xì)節(jié)信號(hào)與低頻信號(hào),從而實(shí)現(xiàn)自適應(yīng)提升小波分解算法。
此種機(jī)電設(shè)備故障診斷技術(shù)是指,采集設(shè)備中的油液磨屑之后對(duì)其進(jìn)行形態(tài)分析,對(duì)其中化學(xué)性質(zhì)和物理性質(zhì)進(jìn)行判斷,進(jìn)而分析出機(jī)電設(shè)備是否存在故障。這種診斷技術(shù)一般被技術(shù)人員用來檢測(cè)礦山機(jī)電設(shè)備中的液壓裝置和潤(rùn)滑系統(tǒng)。機(jī)電設(shè)備運(yùn)行過程中,設(shè)備中各元件金屬表層的磨損程度會(huì)發(fā)生變化,久而久之就會(huì)增加磨屑的數(shù)量,且磨屑的形態(tài)也會(huì)改變,這些磨屑會(huì)進(jìn)入到油液當(dāng)中,加重油液的污染程度,故障診斷人員通過判斷機(jī)電設(shè)備中油液狀態(tài),可以間接判斷出相關(guān)設(shè)備的運(yùn)行狀態(tài),因此,油液磨屑監(jiān)測(cè)被作為機(jī)械運(yùn)行狀態(tài)監(jiān)測(cè)的表面特征。
無損故障診斷技術(shù)最大的技術(shù)優(yōu)勢(shì)就是故障檢測(cè)旗期間不會(huì)對(duì)檢測(cè)對(duì)象造成任何影響,其主要應(yīng)用在機(jī)電比較隱蔽部位的故障診斷,其中多為機(jī)電設(shè)備的主體內(nèi)部結(jié)構(gòu)的檢測(cè)。該技術(shù)在檢測(cè)過程中借助了射線照相技術(shù)、超聲波探測(cè)技術(shù)以及表面缺陷檢測(cè)技術(shù)等,無論對(duì)于機(jī)電設(shè)備的表層和內(nèi)部系統(tǒng)運(yùn)行都不會(huì)造成任何干擾。但在實(shí)際檢測(cè)中,由于此種故障檢測(cè)手段對(duì)于技術(shù)要求較高,需要綜合多種高新檢測(cè)技術(shù),且故障診斷費(fèi)用相對(duì)高昂,因此使用頻率較低。
綜上所述,隨著我國(guó)采礦行業(yè)的快速發(fā)展和對(duì)先進(jìn)設(shè)備需求的不斷增加,市面上出現(xiàn)了許多新的設(shè)備和技術(shù)。在礦山機(jī)電設(shè)備維修的過程中,優(yōu)化故障診斷與設(shè)備維修方案,可進(jìn)一步提高礦山機(jī)電設(shè)備的故障處理與故障維修的有效性、可靠性與安全性。新設(shè)備和技術(shù)與信息時(shí)代的結(jié)合提高了采礦業(yè)的安全性,也大大提高了各個(gè)采礦企業(yè)的經(jīng)濟(jì)效益。要想實(shí)現(xiàn)礦山開采工作的可持續(xù)發(fā)展,只有通過全面分析機(jī)械設(shè)備故障診斷技術(shù),并有效掌握各項(xiàng)技術(shù),保證我國(guó)礦山開采的生產(chǎn)質(zhì)量以及生產(chǎn)效率。