礦山機(jī)電設(shè)備的管理及診斷關(guān)鍵技術(shù)研究

王宏達(dá)

摘 要：近來年，由礦山機(jī)電設(shè)備故障引起的礦難尤其嚴(yán)重，而通過提高機(jī)電設(shè)備的穩(wěn)定性和安全性可有效解決這一問題，特別是在數(shù)字礦山的發(fā)展下，重視對礦山機(jī)電設(shè)備的管理與故障診斷變得尤其重要。據(jù)此，作者結(jié)合實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)，探究礦山機(jī)電設(shè)備的管理及故障診斷技術(shù)。

關(guān)鍵詞：礦山機(jī)電設(shè)備；管理與故障診斷；數(shù)字礦山

礦山的安全生產(chǎn)在促進(jìn)社會經(jīng)濟(jì)的健康發(fā)展上具有重要作用，但在實(shí)際工作中，機(jī)電設(shè)備常因超負(fù)荷、超強(qiáng)度、超長時(shí)間運(yùn)作及零件磨損而出現(xiàn)故障，這難免會影響到礦山安全生產(chǎn)目標(biāo)的實(shí)現(xiàn)。對此，筆者認(rèn)為應(yīng)重視對礦山機(jī)電設(shè)備的管理及故障診斷技術(shù)的研究。

1 礦山機(jī)電設(shè)備管理

據(jù)統(tǒng)計(jì)，每一年因機(jī)電設(shè)備故障引起的事故約占當(dāng)年礦山安全生產(chǎn)總事故的2/3，可見重視對礦山機(jī)電設(shè)備的管理具有重要價(jià)值。近年來，數(shù)字化礦山成為了礦山管理的研究熱點(diǎn)，即其指的是在同一時(shí)空下，通過對礦山的環(huán)境、人和機(jī)實(shí)時(shí)進(jìn)行三維數(shù)字化測控來實(shí)現(xiàn)礦山信息的實(shí)時(shí)自動化采集、高速網(wǎng)絡(luò)化傳輸、規(guī)范化集成、三維可視化仿真、自動化運(yùn)行和智能化決策。結(jié)合數(shù)字礦山的相關(guān)知識，建議采取如下措施來管理礦山機(jī)電設(shè)備。

1.1 運(yùn)用計(jì)算機(jī)管理技術(shù)

計(jì)算機(jī)技術(shù)與網(wǎng)絡(luò)技術(shù)是數(shù)字礦山的核心技術(shù)，則為了保證礦山生產(chǎn)的高效性、安全性和持續(xù)性，應(yīng)將計(jì)算機(jī)管理技術(shù)運(yùn)用在礦山機(jī)電設(shè)備管理中，從而滿足機(jī)電設(shè)備發(fā)展的多元化與多功能要求。計(jì)算機(jī)的基本應(yīng)用范圍為內(nèi)部局域網(wǎng)，則其可保證信息在不同部門間的高效傳遞，從而提高了資源的共享程度、數(shù)據(jù)處理的準(zhǔn)確度及資產(chǎn)的利用率，并最終為企業(yè)實(shí)現(xiàn)利益最大化創(chuàng)造了有利條件。

1.2 運(yùn)用先進(jìn)的設(shè)備診斷技術(shù)

數(shù)字礦山是一種基于信息數(shù)字化、生產(chǎn)過程虛擬化、管理控制一體化和決策處理的礦山類型，其中應(yīng)用到的機(jī)電設(shè)備種類較多，因此應(yīng)定期檢修和診斷機(jī)電設(shè)備，特別是在機(jī)電設(shè)備向精密化與大型化的發(fā)展中，設(shè)備的結(jié)構(gòu)及其故障的成因變得更為復(fù)雜。因此，為了提高礦山機(jī)電設(shè)備的故障診斷效果，建議運(yùn)用先進(jìn)的診斷技術(shù)和儀器來監(jiān)測設(shè)備。

1.3 重視設(shè)備的成本管理

機(jī)電設(shè)備是組成礦山機(jī)電企業(yè)固定資產(chǎn)的重要內(nèi)容，其在購置與檢修費(fèi)用上的投入尤其大，因此應(yīng)重視對機(jī)電設(shè)備的成本管理，具體措施如下：一是綜合論證企業(yè)在機(jī)電設(shè)備上的投資與管理決策，并據(jù)此控制機(jī)電設(shè)備的檢修成本；二是組織開展機(jī)電設(shè)備自檢與材料回收再利用等工作；三是建立一套完善的機(jī)電設(shè)備檢修逐級審批制度，并合理儲備機(jī)電設(shè)備。

1.4 注重人員的管理

數(shù)字礦山是3S技術(shù)、計(jì)算機(jī)技術(shù)、人工智能、信息科學(xué)和采礦科學(xué)高度結(jié)合的產(chǎn)物，這就要求培養(yǎng)一支專業(yè)素養(yǎng)較高的人才隊(duì)伍，以實(shí)現(xiàn)礦山機(jī)電企業(yè)的經(jīng)濟(jì)效益最大化及促進(jìn)企業(yè)良性發(fā)展。對此，建議制定一套完善的員工培訓(xùn)計(jì)劃，并將學(xué)習(xí)數(shù)字礦山的關(guān)鍵技術(shù)為培訓(xùn)的重點(diǎn)內(nèi)容，以提高其對現(xiàn)代化生產(chǎn)方式和機(jī)電設(shè)備管理的適應(yīng)能力。

2 礦山機(jī)電設(shè)備的故障診斷

為了實(shí)現(xiàn)礦山機(jī)電設(shè)備的安全可靠運(yùn)行，應(yīng)重視對礦山機(jī)電設(shè)備的故障診斷。鑒于礦山機(jī)電設(shè)備的運(yùn)行參數(shù)較多，則可通過建立數(shù)學(xué)模型來總結(jié)機(jī)電設(shè)備在正常運(yùn)行和故障運(yùn)行時(shí)的參數(shù)變化，并找出兩者的相互關(guān)系，用以指導(dǎo)礦山機(jī)電設(shè)備故障診斷工作的開展。此外，還可將信息采集技術(shù)、識別與分析技術(shù)及信息處理技術(shù)等運(yùn)用其中，以提高故障診斷的效率和可靠性。據(jù)此，筆者介紹幾種常用的礦山機(jī)電故障診斷方法。

2.1 故障記錄方法

故障記錄是一種常用的礦山機(jī)電設(shè)備故障診斷方法，其工作原理如下：根據(jù)故障出現(xiàn)的具體位置，深入分析引起故障的器件和系統(tǒng)，從而找出故障的成因。據(jù)此，故障記錄方法采用的是排查法，即針對機(jī)電設(shè)備故障的表征，逐一排查可能的影響因素，并得出最后的結(jié)論。顯然，故障記錄方法的重復(fù)工作量較小。

2.2 模糊數(shù)學(xué)方法

模糊數(shù)學(xué)方法是智能診斷技術(shù)與數(shù)學(xué)模型診斷技術(shù)的結(jié)合，即其運(yùn)用的原理如下：礦山機(jī)電設(shè)備故障的成因與參數(shù)密切相關(guān)，因此可從參數(shù)上來探尋故障的成因，其中包括隨機(jī)因素與確定性因素兩種。模糊數(shù)學(xué)方法的實(shí)現(xiàn)步驟如下：根據(jù)機(jī)電設(shè)備故障與參數(shù)的關(guān)系，先利用模糊數(shù)學(xué)的思路來診斷故障，并創(chuàng)建參數(shù)模型，然后再利用計(jì)算機(jī)來進(jìn)行定量和定性分析，從而實(shí)現(xiàn)對礦山機(jī)電設(shè)備故障的準(zhǔn)確診斷。

2.3 故障診斷專家系統(tǒng)

鑒于礦山機(jī)電設(shè)備故障具有隱蔽性、漸進(jìn)性和復(fù)雜性的特點(diǎn)，則采用傳統(tǒng)的故障診斷方法存在一定的局限性。對此，可將故障診斷專家系統(tǒng)應(yīng)用其中，這是一種智能診斷技術(shù)，其主要運(yùn)用專家工作系統(tǒng)來深入分析故障，并得出可靠性較高的診斷性結(jié)論，其中運(yùn)用到了定量與定性分析方法，即在分類分析故障成因的基礎(chǔ)上，建立故障樹模型，用以描述故障源的特征。發(fā)展至今，在故障診斷專家系統(tǒng)中引入了粗糙集等理論，用以排除其中干擾性的因素和屬性，這使得在表達(dá)故障成因上變得更為簡潔。

3 應(yīng)用實(shí)例分析

為了說明礦山機(jī)電設(shè)備故障診斷技術(shù)的運(yùn)用，本案引入如下兩組案例：

3.1 通風(fēng)機(jī)故障診斷

通風(fēng)機(jī)是一種從動的流體機(jī)械，即通過輸入機(jī)械能來提高氣體壓力及實(shí)現(xiàn)氣體的排送。在礦山生產(chǎn)中，通風(fēng)機(jī)作為一種重要的機(jī)電設(shè)備，其故障診斷流程如圖1所示。

結(jié)合圖1，通風(fēng)機(jī)故障診斷的實(shí)現(xiàn)步驟如下：一是細(xì)化診斷步驟，其中包括六個(gè)主要測點(diǎn)，即以軸承1、2、3、4為測點(diǎn)1、2、5、6及以液力耦合器前、后裝置為測點(diǎn)3和4；二是運(yùn)用專業(yè)的故障診斷儀器來診斷每一個(gè)測點(diǎn)；三是運(yùn)用處理器來檢測每一個(gè)測點(diǎn)；四是運(yùn)用定時(shí)器及按不同的時(shí)限來對每一個(gè)測點(diǎn)進(jìn)行定時(shí)；五是輸入和輸出檢測結(jié)果。

3.2 電動機(jī)故障診斷

電動機(jī)是一種將電能轉(zhuǎn)化為機(jī)械能的設(shè)備，其是一種十分關(guān)鍵的礦山機(jī)電設(shè)備，因此對其故障的診斷尤其關(guān)鍵，具體診斷流程見圖2。

結(jié)合圖2，電動機(jī)故障診斷的實(shí)現(xiàn)步驟如下：一是確定電動機(jī)的整體結(jié)構(gòu)，其主要由定子、轉(zhuǎn)子和其他附件（如端蓋、軸承、風(fēng)扇等）組成；二是測試電量參數(shù)和檢測通風(fēng)機(jī)參數(shù)；三是檢測電動機(jī)的環(huán)境參數(shù)。針對高頻率的異步電動機(jī)，可采用磁通檢測、電流高次諧波檢測和局部放電檢測三種方法。其中，局部放電檢測是利用高頻檢測儀和定子電流的電流互感器來辨別局放源，以診斷定子類故障；電流高次諧波檢測是根據(jù)電動機(jī)故障的表征，將其劃分為不對稱和對稱兩類故障，然后再進(jìn)行深入分析和判斷；磁通檢測是通過檢測切向與徑向分量磁通的變化來測定定子故障。目前，磁通檢測在高壓電動機(jī)定子類故障檢測中的應(yīng)用較為廣泛，但該方法的操作不夠便利，且檢測結(jié)果的精度得不到保證。

4 結(jié)束語

綜上，礦山機(jī)電設(shè)備的管理與診斷是一項(xiàng)極為系統(tǒng)的工程，其對礦山安全生產(chǎn)目標(biāo)的實(shí)現(xiàn)具有重要作用。此外，為了解決日漸嚴(yán)峻的礦山安全問題及適應(yīng)數(shù)字礦山的發(fā)展需要，應(yīng)在機(jī)電設(shè)備管理中施行“預(yù)防為主”的管理方針，并根據(jù)計(jì)劃性狀態(tài)檢修的要求，采取相應(yīng)的故障診斷技術(shù)。

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