礦山機(jī)電設(shè)備故障檢測(cè)診斷技術(shù)分析

新巴爾虎右旗榮達(dá)礦業(yè)有限責(zé)任公司　劉金玉

0.引言

隨著鉛鋅礦開采難度的增大及環(huán)保要求的提高，相關(guān)配套設(shè)備也在不斷升級(jí)改造，高技術(shù)含量的機(jī)電設(shè)備得到廣泛使用，大大的提高了開采效率及產(chǎn)量。但是由于礦山設(shè)備工作環(huán)境的特殊性，礦山機(jī)電設(shè)備在使用過程中會(huì)出現(xiàn)很多問題。如果不能及時(shí)維修會(huì)影響產(chǎn)量，嚴(yán)重的會(huì)出現(xiàn)安全事故。所以這就需要一種能在設(shè)備運(yùn)行中檢測(cè)異常提前發(fā)現(xiàn)故障并及時(shí)報(bào)告的系統(tǒng)出現(xiàn)。

1.機(jī)電設(shè)備故障產(chǎn)生的原因

1.1　設(shè)備公差配合的變化

設(shè)備的裝配設(shè)計(jì)必須有合理的公差配合，這樣才能保證設(shè)備的高效運(yùn)行。但是設(shè)備在使用的過程中由于載荷、溫度以及受力零件自身的蠕變等因素，有配合關(guān)系的相鄰零部件的初始形態(tài)變化及尺寸變化方向不一致會(huì)造成配合關(guān)系發(fā)生變化。零部件配合關(guān)系的變化是造成零件相互干涉及損傷的主要原因。

1.2　設(shè)備長(zhǎng)時(shí)間超負(fù)荷運(yùn)轉(zhuǎn)

礦山機(jī)電設(shè)備都有安全系數(shù)，可滿足短時(shí)間的超負(fù)荷運(yùn)行，但設(shè)備超負(fù)荷運(yùn)行時(shí)自身流過的電流會(huì)變大，運(yùn)動(dòng)零部件的溫度會(huì)升高。如果長(zhǎng)時(shí)間超負(fù)荷運(yùn)行。設(shè)備實(shí)際輸出的參數(shù)高于設(shè)計(jì)許用值，設(shè)備線路及相關(guān)零部件很容易出現(xiàn)故障。

1.3　設(shè)備的老化

設(shè)備的使用過程伴隨著老化，使用時(shí)間越長(zhǎng)，設(shè)備受到的內(nèi)因及外因的影響就越大，零部件的磨損就越嚴(yán)重，并且維修的次數(shù)越多老化速度就越快。

1.4　設(shè)備潤(rùn)滑不及時(shí)

設(shè)備在使用的過程中需要制定一個(gè)合理的潤(rùn)滑制度，零部件之間油膜的破壞會(huì)造成零件之間的直接摩擦，不能及時(shí)補(bǔ)充潤(rùn)滑油也是設(shè)備出現(xiàn)故障的一個(gè)重要因素。

2.故障診斷技術(shù)的特點(diǎn)及方法

故障檢測(cè)技術(shù)能根據(jù)機(jī)電設(shè)備的工作狀態(tài)信息發(fā)現(xiàn)問題并快速處理。它包括故障檢測(cè)和故障診斷兩個(gè)方面。具有目的性強(qiáng)、復(fù)合性、適用性等特點(diǎn)。

圖1　故障檢測(cè)診斷方法

如圖1所示故障檢測(cè)及診斷方法可以分成兩大類：一是基于數(shù)學(xué)模型的故障診斷方法，二是基于人工智能的故障診斷方法。目前基于專家系統(tǒng)的診斷方法經(jīng)歷了由淺知識(shí)到深知識(shí)再到深淺混合的發(fā)展過程，實(shí)際應(yīng)用較廣泛。基于神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的診斷方法通過領(lǐng)域內(nèi)權(quán)威專家解決問題的實(shí)際案例來總結(jié)訓(xùn)練，采取隱式表示方法總結(jié)同一問題的相關(guān)知識(shí)點(diǎn)，便于實(shí)現(xiàn)知識(shí)的獲取和推理，有很高的通用性；基于模糊數(shù)學(xué)的診斷方法用來診斷一些狀態(tài)是模糊的故障；依據(jù)故障、原因、故障率等原始數(shù)據(jù)可建立故障樹，可實(shí)現(xiàn)逐級(jí)提問就推理的過程。故障樹的診斷方法符合邏輯推理思維方式，與其他方法結(jié)合使用有更好的診斷效果。

另外，在礦山設(shè)備的檢測(cè)過程中，溫度、壓力檢測(cè)診斷方法也有大量應(yīng)用。傳感器能準(zhǔn)確、靈敏、實(shí)時(shí)的反饋檢測(cè)件的數(shù)據(jù)信息。一般包括溫度及壓力檢測(cè)。他能及時(shí)檢測(cè)軸承的溫度、油箱溫度、受力件的受力情況。通過記錄溫度、受力等數(shù)據(jù)的變化對(duì)設(shè)備進(jìn)行診斷和故障預(yù)測(cè)。

3.故障診斷技術(shù)的應(yīng)用

3.1　故障診斷技術(shù)的實(shí)現(xiàn)過程

3.1.1數(shù)學(xué)模型的建立

礦用機(jī)電設(shè)備在使用時(shí)過程中會(huì)產(chǎn)生許多數(shù)據(jù)，這些數(shù)據(jù)能反映設(shè)備的運(yùn)行情況。因此需要建立一個(gè)數(shù)學(xué)模型能對(duì)這些設(shè)備運(yùn)行情況進(jìn)行及時(shí)反映，并對(duì)出現(xiàn)的歷史故障數(shù)據(jù)進(jìn)行總結(jié)，便于故障的判斷。

3.1.2信號(hào)采集

通過安裝各類傳感器來實(shí)現(xiàn)礦用機(jī)電設(shè)備信號(hào)的采集。能方便的掌握設(shè)備的運(yùn)行情況。由于鉛鋅礦的設(shè)備的使用環(huán)境比較惡劣，各類傳感器必須滿足礦山設(shè)備的這個(gè)特殊要求，這類傳感器需要防塵、防潮、抗震、抗信號(hào)干擾、耐高溫等特點(diǎn)。以便于及時(shí)的獲取需要的信號(hào)及參數(shù)。傳感器傳來的各種信息最終傳遞給計(jì)算機(jī)進(jìn)行存貯。

3.1.3信息處理

傳感器采集的信息具有廣泛型，有些信息并不能直接反映設(shè)備的運(yùn)行情況。因此需要對(duì)信息進(jìn)行處理，篩選出有用的信息并存儲(chǔ)，刪除掉無用信息。

3.1.4信息分析

信號(hào)分析技術(shù)需要簡(jiǎn)單實(shí)用。便于判斷故障信號(hào)特性。將處理后的信息進(jìn)行分析，將這些信息與設(shè)備設(shè)計(jì)要求的標(biāo)準(zhǔn)參數(shù)進(jìn)行對(duì)比，能更直接的反映出設(shè)備的運(yùn)行狀態(tài)和故障類型。為更快的找到解決故障的措施提供可靠的保證。

3.1.5預(yù)測(cè)

將設(shè)備的信息采集、處理、分析后能系統(tǒng)可對(duì)設(shè)備即將發(fā)生的故障進(jìn)行預(yù)測(cè)，并做到提前維修，降低故障率。

3.2　故障診斷技術(shù)的應(yīng)用

3.2.1高壓異步電動(dòng)機(jī)故障診斷

礦山設(shè)備中大功率的驅(qū)動(dòng)設(shè)備應(yīng)用較廣泛，高壓異步電動(dòng)機(jī)便是驅(qū)動(dòng)部件的動(dòng)力源，高壓異步電動(dòng)機(jī)工作電壓一般在1000V以上，具有功率大、電流小、抗沖擊的優(yōu)點(diǎn)。如果發(fā)生故障將嚴(yán)重的影響產(chǎn)量。通過故障診斷系統(tǒng)檢測(cè)電動(dòng)機(jī)運(yùn)轉(zhuǎn)部分軸承溫度、檢測(cè)潤(rùn)滑部位的儲(chǔ)油量、電流的變化情況能及時(shí)的發(fā)現(xiàn)電動(dòng)機(jī)工作狀態(tài)是否異常。主要包括：局部放電檢測(cè)、磁通檢測(cè)、電流高次諧波檢測(cè)等方法。通過這些數(shù)據(jù)的檢測(cè)及判斷來保證電機(jī)的可靠運(yùn)行。

3.2.2礦井提升機(jī)故障診斷

礦井提升機(jī)是聯(lián)系礦井底部與上部的主要運(yùn)輸設(shè)備。提升機(jī)驅(qū)動(dòng)部位安裝在地面，利用鋼絲繩帶動(dòng)載物箱沿既定軌道運(yùn)行。它的故障直接影響到物資能否上下溝通及升降人員的人身安全。具統(tǒng)計(jì)，礦井提升機(jī)故障發(fā)生的主要原因是鋼絲繩的松動(dòng)。因此檢測(cè)系統(tǒng)可通過松繩檢測(cè)裝置來檢測(cè)松繩現(xiàn)象。該裝置由單片機(jī)、傳感器、鋼圈等部分組成。通過檢測(cè)提升機(jī)兩天輪的轉(zhuǎn)速，來對(duì)比鋼絲繩是否會(huì)發(fā)生松動(dòng)。當(dāng)單片機(jī)計(jì)算得到的轉(zhuǎn)速差達(dá)到極限值，檢測(cè)裝置就發(fā)出信號(hào)報(bào)警，制動(dòng)提升機(jī)，防止故障的發(fā)生。

3.3.3輸送機(jī)的故障診斷

帶式輸送機(jī)是重要的運(yùn)輸設(shè)備，其主要故障是張力不足、皮帶斷裂及滾筒軸承落架等問題，因此在拉緊部位安裝張力傳感器可有效地檢測(cè)到張力的大小，便于及時(shí)調(diào)整皮帶機(jī)張力；安裝輸送帶X射線探傷裝置可在線檢測(cè)皮帶的損傷情況，并發(fā)出預(yù)警。另外在滾筒的軸承座上安裝PT100溫度傳感器，實(shí)時(shí)記錄滾筒軸承溫度，溫度高于設(shè)定溫度系統(tǒng)自動(dòng)報(bào)警。

3.3.4采煤機(jī)故障診斷

目前煤礦使用的采煤機(jī)大多為進(jìn)口產(chǎn)品，國產(chǎn)的采煤機(jī)在檢測(cè)范圍、檢測(cè)參數(shù)方面存在不足，目前應(yīng)用比較成熟的是“電牽引采煤機(jī)工況檢測(cè)及故障診斷系統(tǒng)”。該檢測(cè)系統(tǒng)主要包括：采煤機(jī)兩側(cè)搖臂檢測(cè)模塊；采煤機(jī)高壓控制箱檢測(cè)模塊；變頻器通信模塊；采煤機(jī)機(jī)身外圍檢測(cè)模塊；采煤機(jī)工況檢測(cè)模塊；采煤機(jī)故障診斷模塊等方面，使用效果良好。

3.3.5通風(fēng)機(jī)故障檢測(cè)

目前通風(fēng)機(jī)故障檢測(cè)診斷裝置有KF-CA型通風(fēng)機(jī)集中檢測(cè)儀（江西煤炭工業(yè)研究所）及FJZ型礦井主風(fēng)機(jī)在線監(jiān)測(cè)與故障診斷儀（煤炭科學(xué)總院重慶分院）。FJZ型礦井主風(fēng)機(jī)在線監(jiān)測(cè)與故障診斷儀是基于8089單片機(jī)開發(fā)，集故障診斷與在線檢測(cè)于一體，F(xiàn)JZ型礦井主風(fēng)機(jī)在線監(jiān)測(cè)與故障診斷儀主要包括:1個(gè)16位中央處理器、1個(gè)四通道10位A/D轉(zhuǎn)換器、1個(gè)16位監(jiān)視定時(shí)器配備高速輸入/輸出接口、8個(gè)中斷源、兩個(gè)16位定時(shí)器及和多功能的指令系統(tǒng)。

4.結(jié)論

文章闡述了故障檢測(cè)診斷技術(shù)的定義及實(shí)現(xiàn)的過程，例舉了這項(xiàng)技術(shù)在實(shí)際生產(chǎn)中的應(yīng)用，此外操作人員的安全意識(shí)及故障預(yù)警意識(shí)也需要同步加強(qiáng)。隨著鉛鋅礦開采難度的增大及礦山機(jī)電設(shè)備的高度集成管理，礦山機(jī)電設(shè)備的故障檢測(cè)診斷技術(shù)需要不斷的發(fā)展及革新，工作中需要更多的積累檢測(cè)及診斷經(jīng)驗(yàn)，保證礦山設(shè)備高效安全運(yùn)行。

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