機(jī)械設(shè)備故障診斷技術(shù)及其發(fā)展趨勢

王仕軍　歐陽宇珉　鄧邦

摘要：文章從礦山機(jī)械設(shè)備故障產(chǎn)生的原因入手，具體論述了礦山機(jī)械設(shè)備故障診斷方法，然后探討了礦山機(jī)械設(shè)備診斷技術(shù)的發(fā)展趨勢，給從事礦山機(jī)械設(shè)備的故障診斷和維修人員提供了有力的技術(shù)支持。

關(guān)鍵詞：機(jī)械設(shè)備；故障診斷；故障維修；礦山安全；設(shè)備故障 文獻(xiàn)標(biāo)識碼：A

中圖分類號：TH165 文章編號：1009-2374（2015）29-0072-02 DOI：10.13535/j.cnki.11-4406/n.2015.29.036

機(jī)械設(shè)備故障診斷技術(shù)及其發(fā)展趨勢關(guān)乎機(jī)械設(shè)備是否能夠健康有序運(yùn)轉(zhuǎn)，關(guān)乎生產(chǎn)業(yè)績及經(jīng)濟(jì)效益，更關(guān)乎人身安全。深入探討機(jī)械設(shè)備故障診斷技術(shù)及其發(fā)展趨勢具有重要意義。

1 礦山機(jī)械設(shè)備故障產(chǎn)生的原因

1.1 管理制度存短板

安全重于泰山。當(dāng)前，人們把礦山安全提到了重要位置，制定了一系列的安全生產(chǎn)責(zé)任制度，但對于礦山機(jī)械設(shè)備的管理卻不夠重視，還在沿用傳統(tǒng)的管理模式，以計(jì)劃預(yù)防為主。雖然也制定了一定的管理制度，但因?yàn)槿狈ο鄳?yīng)的目標(biāo)考核和檢查監(jiān)督，很多制度都執(zhí)行不嚴(yán)格、不到位，甚至形同虛設(shè)，導(dǎo)致礦山機(jī)械設(shè)備的日常檢修、維護(hù)保養(yǎng)等不能及時(shí)有效進(jìn)行，礦山機(jī)械設(shè)備管理已經(jīng)遠(yuǎn)遠(yuǎn)不能適應(yīng)生產(chǎn)發(fā)展的要求，直接影響了礦山的經(jīng)濟(jì)效益，也給礦山安全帶來了潛在的安全隱患，甚至造成了不可挽回的損失。

1.2 設(shè)備技術(shù)有缺陷

礦山機(jī)械設(shè)備構(gòu)造一般都精密復(fù)雜，配件十分先進(jìn)，一旦發(fā)生故障，需要先進(jìn)的維修技術(shù)。但目前礦山機(jī)械設(shè)備檢修隊(duì)伍的維修技術(shù)還十分落后，長期得不到及時(shí)的專業(yè)技術(shù)培訓(xùn)，全靠自己在維修中摸索，全憑經(jīng)驗(yàn)來維修。當(dāng)設(shè)備發(fā)生問題時(shí)，從表象發(fā)現(xiàn)不了，也無法提前進(jìn)行故障檢測，維修質(zhì)量得不到保證。同時(shí)礦山機(jī)械設(shè)備的采購人員對礦山機(jī)械設(shè)備的性能等缺乏全面系統(tǒng)的了解，依據(jù)的都是從設(shè)備說明書上了解到的知識，聽的都是銷售方單方面對設(shè)備功能的講解，致使采購的礦山機(jī)械設(shè)備功能落后，有缺陷，甚至不合規(guī)定。

1.3 檢修隊(duì)伍不過硬

在礦山企業(yè)中，領(lǐng)導(dǎo)十分注重生產(chǎn)指標(biāo)和生產(chǎn)業(yè)績，把主要力量和骨干力量都安排到生產(chǎn)第一線。對礦山機(jī)械設(shè)備檢修隊(duì)伍不重視，不僅人員數(shù)量少，而且流動(dòng)性很強(qiáng)。檢修人員工作缺乏穩(wěn)定性和連續(xù)性，不能安心地在檢修隊(duì)伍工作，僅僅為了維修而維修，不去認(rèn)真了解設(shè)備故障產(chǎn)生的原因，不能全面了解設(shè)備的性能，不去深入鉆研維修技術(shù)，致使維修質(zhì)量大幅度的下降。同時(shí)，檢修隊(duì)伍與其他礦山工種相比，工資普遍偏低，也在一定程度挫傷了檢修人員的工作積極性和熱情。

1.4 設(shè)備操作有不當(dāng)

一些礦山機(jī)械設(shè)備檢修人員在進(jìn)行設(shè)備安裝時(shí)，不了解設(shè)備的全面情況，不閱讀使用說明書，就按照經(jīng)驗(yàn)進(jìn)行安裝，結(jié)果在安裝過程中，由于安裝方向不對，不僅使設(shè)備不能正常運(yùn)轉(zhuǎn)，而且在拆裝過程中，對設(shè)備也造成了一定的損害。在對機(jī)械設(shè)備進(jìn)行檢修和拆卸時(shí)，不按操作規(guī)程操作，比如在拆軸承和皮帶輪等設(shè)備零部件拆不掉時(shí)，就直接生硬地用錘子敲打，敲打力量過大，無形中也對設(shè)備的零部件造成了損壞，縮短了設(shè)備的使用壽命，導(dǎo)致設(shè)備故障的頻頻發(fā)生。

2 礦山機(jī)械設(shè)備故障的診斷方法

2.1 振動(dòng)監(jiān)測診斷

振動(dòng)檢測能夠?qū)崟r(shí)、直觀、精確地對礦山機(jī)械設(shè)備振動(dòng)進(jìn)行檢測，并根據(jù)振動(dòng)是否異常、是否有規(guī)律來判斷設(shè)備是否運(yùn)轉(zhuǎn)正常，是礦山機(jī)械設(shè)備故障診斷的常用方法，也是首選方法。振動(dòng)檢測主要是先通過測定振動(dòng)強(qiáng)度，然后通過對振動(dòng)頻譜分析，最后有針對性地對零部件進(jìn)行分析而得出科學(xué)診斷結(jié)論的一種診斷方法。通過振動(dòng)強(qiáng)度分析，可以了解設(shè)備運(yùn)轉(zhuǎn)是否正常。通過振動(dòng)頻譜分析，可以清楚設(shè)備發(fā)生問題的環(huán)節(jié)和部位。通過零部件分析，可以準(zhǔn)確找出故障，并及時(shí)維修。

2.2 紅外測溫診斷

發(fā)動(dòng)機(jī)排煙管堵塞、液壓系統(tǒng)油液劣化、機(jī)械設(shè)備內(nèi)部接點(diǎn)燒壞、機(jī)械磨損等都會(huì)引起礦山機(jī)械設(shè)備溫度升高，在溫度上顯示出來。紅外測溫法就是利用紅外測溫儀，通過對機(jī)械設(shè)備內(nèi)部各個(gè)部位的溫度進(jìn)行測定，并根據(jù)溫度變化來判斷設(shè)備是否正常運(yùn)轉(zhuǎn)的一種方法。紅外測溫法可以遠(yuǎn)距離、非接觸性測溫，可以進(jìn)行信息處理、數(shù)據(jù)運(yùn)算和判斷，比一般傳感器測量出來的溫度更精確，更能準(zhǔn)確確定設(shè)備的環(huán)境溫度狀態(tài)和變化。通過紅外測溫診斷，可以提早對機(jī)械磨損、油液劣化現(xiàn)象采取相應(yīng)措施處理，能夠保證設(shè)備正常運(yùn)轉(zhuǎn)，延長設(shè)備使用壽命。

2.3 潤滑油樣分析

潤滑油在機(jī)械設(shè)備中循環(huán)流動(dòng)，攜帶著大量設(shè)備零部件運(yùn)行工作狀態(tài)的信息。通過對油液磨屑粒形狀和對油液介質(zhì)的物理和化學(xué)成分進(jìn)行分析識別，可以判斷設(shè)備中零部件的磨損程度、部位和類型，進(jìn)行故障診斷，這種診斷方法稱之為潤滑油樣分析法。這種診斷方法主要應(yīng)用于機(jī)械設(shè)備潤滑系統(tǒng)和液壓系統(tǒng)，具體主要有三種分析方法：光譜分析法主要適用于磨屑粒徑小于10um的磨損顆粒，其診斷準(zhǔn)確，分析速度快。它主要利用光譜儀檢測各種元素受到一定能量激發(fā)時(shí)具有發(fā)射的特定波長光的化學(xué)成分和含量，準(zhǔn)確判斷設(shè)備的磨損部位和程度；鐵譜分析法適用范圍很廣，主要用于檢測磨屑粒徑在10～50um的磨損顆粒，但分析速度慢。它主要利用高強(qiáng)度磁場將油液中的金屬磁性顆粒分離出來，然后用鐵譜儀制成譜片，用光學(xué)顯微鏡觀察磨屑的成分、大小、形態(tài)、色澤，判斷設(shè)備的磨損部位、類型和運(yùn)行狀態(tài)；磁塞檢查法主要適用于磨屑粒徑在50um以上的磨損顆粒檢測，其方法簡單，多用于檢測設(shè)備零部件后期磨損。它是用帶磁性的塞頭插入潤滑系統(tǒng)的管路內(nèi)，收集油中的磨損顆粒，然后用肉眼直接進(jìn)行觀察并判斷零部件的磨損狀態(tài)，進(jìn)行故障診斷。

2.4 無損探傷診斷

機(jī)械設(shè)備在生產(chǎn)時(shí)，其鑄件、鍛件、焊接件的表面及內(nèi)部不免存在裂紋、氣孔等肉眼觀察不到的各種缺陷，在使用過程中缺陷可能會(huì)進(jìn)一步惡化，影響設(shè)備的性能和正常運(yùn)轉(zhuǎn)。無損探傷診斷法就是利用聲、光、磁和電等特性，在不損害或不影響機(jī)械設(shè)備使用性能的前提下，檢測其是否存在焊縫、是否存在不均勻性、是否存在材質(zhì)方面的缺陷，是對機(jī)械設(shè)備進(jìn)行早期故障診斷的一種有效方法，能夠及早發(fā)現(xiàn)設(shè)備缺陷，保證機(jī)械設(shè)備的正常運(yùn)轉(zhuǎn)。常有的探傷方法有射線探傷、超聲波探傷等。

3 礦山機(jī)械設(shè)備故障診斷技術(shù)的發(fā)展趨勢

3.1 傳感器與監(jiān)測儀器廣泛應(yīng)用

礦山機(jī)械設(shè)備故障診斷主要靠傳感器和監(jiān)測儀器，但現(xiàn)有的傳感器檢測水平差、檢測數(shù)據(jù)不準(zhǔn)確，可靠性差，監(jiān)測儀器功能單一，監(jiān)測技術(shù)水平低，這些都已經(jīng)遠(yuǎn)遠(yuǎn)不能適應(yīng)礦山機(jī)械設(shè)備故障診斷的需要，迫切需要研發(fā)出先進(jìn)的多功能型的傳感器和監(jiān)測儀器。因?yàn)槊糠N監(jiān)測方法對不同故障的敏感程度不同。所以，研發(fā)時(shí)要從準(zhǔn)確選擇振動(dòng)、溫度、噪音、油液中磨屑及其形態(tài)等參量入手，要使傳感器和監(jiān)測儀器能夠快速準(zhǔn)確識別故障，能夠在礦山機(jī)械設(shè)備故障診斷領(lǐng)域得到廣泛應(yīng)用。

3.2 開發(fā)小波分析診斷技術(shù)應(yīng)用

在進(jìn)行礦山機(jī)械設(shè)備故障診斷時(shí)，由于機(jī)械設(shè)備內(nèi)部的零部件結(jié)構(gòu)不同，所以產(chǎn)生的信號中有大量的非平穩(wěn)信號，而傳統(tǒng)的基于快速傅里葉變換的頻譜分析方法只適用于分析平穩(wěn)信號，對非平穩(wěn)信號和突變信號無能為力。所以在此基礎(chǔ)上，人們推出了一種新興理論，那就是小波分析法。它具有可變分辨率，具有時(shí)域和頻域局部化分析功能，可以把不同頻道的信號進(jìn)行不同的分解，分解到不同頻道的分解序列，為進(jìn)行故障的診斷提供可靠準(zhǔn)確的理論依據(jù)。小波分析目前已被逐漸廣泛應(yīng)用到風(fēng)機(jī)、發(fā)動(dòng)機(jī)、提升機(jī)、液壓泵等機(jī)械設(shè)備的狀態(tài)監(jiān)測和故障診斷中。

3.3 研制人工智能神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)技術(shù)

人工智能神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)技術(shù)是在生物神經(jīng)學(xué)研究的基礎(chǔ)上提出的人工智能概念，是對人的大腦的一些基本特征和神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)組織的模擬。具體到機(jī)械故障診斷來說，就是把來自機(jī)設(shè)備不同結(jié)構(gòu)和狀態(tài)的振動(dòng)信號收集匯總，通過其特征進(jìn)行對比選擇，然后找到對故障反映最敏感的特征信號作為神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的輸入向量，同時(shí)結(jié)合專家系統(tǒng)提供的由規(guī)則轉(zhuǎn)變而來的學(xué)習(xí)樣本和實(shí)例，建立故障模式訓(xùn)練樣本集，對網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行訓(xùn)練，最后達(dá)到用人工智能神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行機(jī)械設(shè)備故障診斷的目的。

4 結(jié)語

隨著高科技的發(fā)展，礦山機(jī)械設(shè)備故障診斷技術(shù)會(huì)越來越先進(jìn)，會(huì)得到更長足和長遠(yuǎn)的發(fā)展，診斷結(jié)果會(huì)更精確，將為機(jī)械設(shè)備故障的診斷提供強(qiáng)有力的技術(shù)保障，為礦山企業(yè)的安全生產(chǎn)保駕護(hù)航。

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（責(zé)任編輯：秦遜玉）