礦山機(jī)電設(shè)備維修中故障診斷技術(shù)應(yīng)用探討

董建廷

（臨礦集團(tuán)株柏煤礦，山東 臨沂 276112）

1 故障診斷技術(shù)的發(fā)展

19 世紀(jì)60 年代，美國在宇航局的倡導(dǎo)下率先著手對機(jī)械設(shè)備的故障診斷技術(shù)進(jìn)行開發(fā)，隨后英國和日本也加入了故障診斷技術(shù)開發(fā)的行列，并取得了世界機(jī)電設(shè)備故障診斷的世界領(lǐng)先地位。我國初步接觸機(jī)電設(shè)備診斷技術(shù)是從1979年開始，截至目前已經(jīng)經(jīng)歷了幾十年的發(fā)展，故障診斷技術(shù)已經(jīng)普遍應(yīng)用在航空航天、汽車、機(jī)床和礦山設(shè)備等領(lǐng)域。我國雖然在故障診斷技術(shù)開發(fā)中起步較晚，但是進(jìn)步的速度較快，在一些特定設(shè)備的故障診斷研究方面發(fā)揮了我國的技術(shù)特色，形成了我國特有的監(jiān)測技術(shù)，甚至已經(jīng)趕超了其他技術(shù)先進(jìn)國家。

2 故障診斷的方法

（1）故障的檢測。機(jī)電設(shè)備發(fā)生故障時(shí)，機(jī)電設(shè)備的系統(tǒng)參數(shù)將會發(fā)生不同程度的變化，例如，當(dāng)機(jī)電設(shè)備處于故障狀態(tài)中時(shí)，系統(tǒng)的輸出變量、狀態(tài)變量、物理參數(shù)和模型參數(shù)等會出現(xiàn)一個(gè)或者多個(gè)數(shù)據(jù)的變化。對設(shè)備這些變量進(jìn)行監(jiān)測，通過數(shù)據(jù)發(fā)生偏離來判斷故障。故障檢測工作的重點(diǎn)在于如何確保檢測的及時(shí)性，提高檢測數(shù)據(jù)的準(zhǔn)確性，降低故障檢測的誤差以及故障的漏報(bào)情況。

（2）故障的診斷。故障診斷是通過對故障檢測數(shù)據(jù)進(jìn)行分析，確定出機(jī)電設(shè)備故障的部位，判斷設(shè)備故障的類型并對故障發(fā)生原因、產(chǎn)生的影響效果和發(fā)生時(shí)間進(jìn)行評估，進(jìn)而形成對故障的評價(jià)和決策。故障的評估和決策的過程是結(jié)合故障發(fā)生類別及損傷程度決定是否采用修復(fù)和更換等措施的判斷過程，進(jìn)而對故障進(jìn)行控制，降低故障發(fā)生中的生產(chǎn)效益損失和安全事故發(fā)生概率。

（2）故障的修復(fù)。結(jié)合故障診斷結(jié)論，采取形影的控制或重構(gòu)等措施使機(jī)電設(shè)備系統(tǒng)能在故障發(fā)生中保持穩(wěn)定和性能的改善。對礦山電氣設(shè)備而言，故障修復(fù)是基于自動控制和狀態(tài)監(jiān)測、故障診斷緊密結(jié)合基礎(chǔ)而得出的有效處理方式。

3 礦山機(jī)電設(shè)備故障的特點(diǎn)

（1）礦山機(jī)電設(shè)備故障的潛在性。礦山生產(chǎn)環(huán)境較為復(fù)雜，一些機(jī)電設(shè)備長期處在灰塵和潮濕環(huán)境中運(yùn)行，機(jī)電設(shè)備零部件和供電線路容易受到環(huán)境因素影響過早產(chǎn)生緩慢老化和銹蝕；此外，礦山機(jī)電設(shè)備要適應(yīng)礦山生產(chǎn)的長時(shí)間運(yùn)轉(zhuǎn)，加大了故障的發(fā)生概率。因此，礦山機(jī)電設(shè)備的機(jī)械故障在生產(chǎn)過程中是無法從根本上避免的，具有潛在性。

（2）礦山機(jī)電設(shè)備故障的規(guī)律性。礦山機(jī)電設(shè)備長時(shí)間處在惡劣生產(chǎn)環(huán)境中，環(huán)境的變化帶來設(shè)備運(yùn)行過程中零部件的老化而使?jié)撛诘墓收习l(fā)生概率增加。礦山機(jī)電設(shè)備在生產(chǎn)過程中具有一定的抵御環(huán)境變化因素影響的設(shè)計(jì)，因此，受到環(huán)境因素影響產(chǎn)生故障的位置往往具有較高的規(guī)律性。故障發(fā)生的規(guī)律性有利于工作人員對機(jī)電設(shè)備故障作出準(zhǔn)確的判斷。

（3）礦山機(jī)電設(shè)備故障的耗損性。礦山機(jī)電設(shè)備一般都具有較為固定的使用壽命，在壽命周期范圍內(nèi)，礦山機(jī)電設(shè)備故障發(fā)生概率不僅與日常的維修和維護(hù)密切相關(guān)，使用方法也對機(jī)電設(shè)備具有重大影響。礦山企業(yè)生產(chǎn)工作強(qiáng)度大、時(shí)間長，設(shè)備處于長時(shí)間運(yùn)轉(zhuǎn)中，零部件會因運(yùn)轉(zhuǎn)產(chǎn)生高溫高熱，長時(shí)間高效運(yùn)轉(zhuǎn)將加快機(jī)械的磨損，降低了機(jī)電設(shè)備的使用性能。

（4）礦山機(jī)電設(shè)備故障的模糊性。礦山機(jī)電設(shè)備長期處在惡劣環(huán)境中工作，從工作的強(qiáng)度上和工作時(shí)間上，設(shè)備長期處于滿負(fù)荷的工作狀態(tài)中，盡管在機(jī)電設(shè)備的設(shè)計(jì)中兼顧到了最大使用功率和額定功率的范圍，但是各零部件之間的損耗均處于工作參數(shù)的臨界狀態(tài)，增加了故障的不確定性。

4 礦山機(jī)電設(shè)備故障形成因素分析

（1）設(shè)備更新?lián)Q代能力差。礦山企業(yè)在生產(chǎn)中對機(jī)電設(shè)備的依賴性較強(qiáng)，礦山機(jī)電設(shè)備的工作效率對企業(yè)經(jīng)濟(jì)效益具有重要的影響。一些礦山企業(yè)為了能夠提高企業(yè)經(jīng)濟(jì)效益，往往忽視對機(jī)電設(shè)備的保養(yǎng)和檢修。此外，礦山機(jī)電設(shè)備往往價(jià)格較高，企業(yè)為了能夠降低在設(shè)備方面的投入，尤其在設(shè)備的更新?lián)Q代方面，更要經(jīng)過企業(yè)經(jīng)過對經(jīng)營情況綜合衡量后才能做出決策。礦山機(jī)電設(shè)備更新?lián)Q代能力弱，導(dǎo)致生產(chǎn)技術(shù)陳舊的設(shè)備應(yīng)用到機(jī)電設(shè)備系統(tǒng)中，給整個(gè)生產(chǎn)機(jī)械系統(tǒng)帶來了木桶效應(yīng)，機(jī)電設(shè)備系統(tǒng)故障發(fā)生概率加大。

（2）礦山機(jī)電設(shè)備運(yùn)行中的損耗。礦山機(jī)電設(shè)備長期處在高速運(yùn)行中，零部件在運(yùn)行中產(chǎn)生高溫高熱，增加了關(guān)鍵部位的磨損程度；長期處在高負(fù)荷狀態(tài)下運(yùn)轉(zhuǎn)，機(jī)電設(shè)備受力位置溫度將會過高，間隙將會增大，甚至?xí)?dǎo)致一些部件的扭曲和變形，增加了設(shè)備故障的發(fā)生。另外，受到工作環(huán)境酸堿值的影響，設(shè)備零部件也會產(chǎn)生一定的腐蝕，加重了機(jī)電設(shè)備運(yùn)行中的損傷。

（3）礦山機(jī)電設(shè)備零部件配合關(guān)系變化。礦山機(jī)電設(shè)備是有各個(gè)具有一定功能的零部件組成，在安裝調(diào)試和運(yùn)行過程中，各個(gè)零部件的協(xié)調(diào)工作，確保了礦山機(jī)電設(shè)備的綜合使用性能。在長期的工作中，各個(gè)零部件的運(yùn)行狀態(tài)和環(huán)境因素發(fā)生了變化，零部件的物理狀態(tài)也在不斷改變，導(dǎo)致零部件之間的配合關(guān)系發(fā)生變化。零部件的配合度無法滿足機(jī)電設(shè)備運(yùn)行要求時(shí)，導(dǎo)致機(jī)電設(shè)備故障的發(fā)生。例如，機(jī)電設(shè)備中的某個(gè)零部件產(chǎn)生磨損，將在設(shè)備運(yùn)行中產(chǎn)生高溫高熱，帶來其他零部件工作環(huán)境的變化，破壞了零部件的整體配合度，長期處在不佳的配合關(guān)系狀態(tài)下，不僅會帶來設(shè)備的故障，也會對其他零部件帶來損傷。

（4）機(jī)電設(shè)備的超荷載運(yùn)行。在市場經(jīng)濟(jì)環(huán)境下，企業(yè)往往將經(jīng)濟(jì)效益作為運(yùn)營的核心目標(biāo)，希望能夠在最短時(shí)間內(nèi)完成最大的工作量，提高生產(chǎn)效率，創(chuàng)造更高的經(jīng)濟(jì)價(jià)值，進(jìn)而對機(jī)電設(shè)備的使用性能產(chǎn)生了忽視。機(jī)電設(shè)備長期處在高負(fù)荷狀態(tài)下運(yùn)行，后期的保養(yǎng)和維護(hù)跟進(jìn)不到位，就會導(dǎo)致故障發(fā)生概率的加大，甚至縮短了機(jī)電設(shè)備的使用壽命。隨著科技的發(fā)展，一些企業(yè)開始使用智能化設(shè)備，當(dāng)機(jī)電設(shè)備處于負(fù)荷臨界值時(shí)，智能系統(tǒng)將會發(fā)出報(bào)警，甚至?xí)K端設(shè)備的運(yùn)行，不僅降低了因設(shè)備超負(fù)荷運(yùn)行帶來的設(shè)備故障，也提高了設(shè)備工作的安全性。

5 礦山機(jī)電設(shè)備故障診斷技術(shù)

（1）維修人員經(jīng)驗(yàn)診斷技術(shù)。礦山機(jī)電設(shè)備長期處在特定的工作環(huán)境和工作狀態(tài)中，故障的發(fā)生呈現(xiàn)出一定的規(guī)律性，這種故障發(fā)生的特點(diǎn)給維修人員經(jīng)驗(yàn)診斷技術(shù)帶來了可能。在實(shí)際礦山企業(yè)生產(chǎn)中，主觀診斷是一種較為簡單有效的故障診斷方法，這種方法需要相關(guān)工作人員具有較豐富的實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)，適合于礦山企業(yè)應(yīng)急維修。但是，這種主觀診斷也存在較多的弊端，主要表現(xiàn)在診斷的準(zhǔn)確度較低，對故障的綜合判斷具有局限性。機(jī)電設(shè)備是有各個(gè)零部件構(gòu)成的和諧的整體運(yùn)行環(huán)境，一個(gè)位置發(fā)生狀態(tài)變化，必然將會帶來其他零部件工作狀態(tài)的變化，單純依賴于經(jīng)驗(yàn)進(jìn)行故障診斷，常常會產(chǎn)生頭疼醫(yī)頭腳疼醫(yī)腳的結(jié)果。

（2）振動監(jiān)測診斷技術(shù)。振動監(jiān)測診斷是借助于檢測設(shè)備輔助完成的，通過設(shè)備的振動參數(shù)和表現(xiàn)的振動特征對礦山機(jī)電設(shè)備進(jìn)行狀態(tài)分析，進(jìn)而實(shí)現(xiàn)對設(shè)備故障的判斷。這種方法在礦山機(jī)電設(shè)備故障診斷中應(yīng)用較為廣泛。通過振動監(jiān)測不僅能夠得出較為全面的振動參數(shù)，作為分析和判斷的依據(jù)，還能夠在檢測過程中確保設(shè)備的安全，避免檢查過程帶來的設(shè)備損傷。礦山機(jī)電設(shè)備的運(yùn)行必然會帶動設(shè)備的振動，振動信息表明機(jī)械的工作狀態(tài)，機(jī)械振動參數(shù)包括機(jī)械啟動的加速度、運(yùn)行速度和產(chǎn)生的位移等。在進(jìn)行振動監(jiān)測時(shí)，設(shè)備維修工作人員要選擇合適的振動測量點(diǎn)，結(jié)合機(jī)電設(shè)備頻率選擇測量的參數(shù)和傳感器。在測量點(diǎn)的選取中，一般選擇能夠?qū)C(jī)械運(yùn)行具有全面監(jiān)測的位置，而且測量點(diǎn)盡量接近易損位置，這樣能夠確保振動監(jiān)測信號的有效性。振動傳感器對機(jī)械運(yùn)行的振動信息監(jiān)測后，將設(shè)備的狀態(tài)信號放大濾波后輸送到轉(zhuǎn)換器，通過轉(zhuǎn)換器將模擬信號轉(zhuǎn)換為數(shù)字信號后，傳輸?shù)綌?shù)據(jù)分析和處理診斷裝置中進(jìn)行分析，對數(shù)字信號進(jìn)行分析后，輸出振動位移變化曲線圖和頻譜圖作為機(jī)電設(shè)備故障診斷的依據(jù)。振動監(jiān)測診斷技術(shù)更加科學(xué)，能夠?qū)崟r(shí)對設(shè)備進(jìn)行監(jiān)測，而且形成的數(shù)據(jù)分析報(bào)告更加直觀，能夠反映機(jī)電設(shè)備的動態(tài)特征和機(jī)械運(yùn)行過程中的變化，具有較高的應(yīng)用價(jià)值。

（3）油液磨屑分析檢測故障診斷技術(shù)。這種故障診斷技術(shù)是通過對油液磨屑進(jìn)行采集，識別油液狀態(tài)和磨屑形狀，對油液的物理和化學(xué)狀態(tài)進(jìn)行分析，進(jìn)而得出機(jī)電設(shè)備的運(yùn)行狀態(tài)結(jié)論。這種方法一般用于礦山機(jī)電設(shè)備的潤滑系統(tǒng)和液壓系統(tǒng)的故障檢測中。機(jī)械的運(yùn)行將帶來零部件金屬表面的磨損，運(yùn)行狀態(tài)的改變，磨損的程度也會發(fā)生改變，磨屑形狀和數(shù)量也會產(chǎn)生相應(yīng)的變化，這些磨屑進(jìn)入油液中，帶來油液的污染。因此，油液磨屑監(jiān)測被作為機(jī)械運(yùn)行狀態(tài)監(jiān)測的表面特征。

（4）紅外測溫診斷技術(shù)。礦山機(jī)電設(shè)備運(yùn)行過程中各個(gè)部位將發(fā)生溫度的變化，紅外測溫診斷技術(shù)是基于對溫度變化范圍分析進(jìn)而對機(jī)電設(shè)備運(yùn)行狀態(tài)進(jìn)行判斷的方法。機(jī)電設(shè)備運(yùn)行中產(chǎn)生的磨損、管道線路的阻塞、油液的潤滑和降溫性能以及電路通暢程度都能夠通過測溫進(jìn)行分析，因此，紅外測溫故障診斷技術(shù)在礦山機(jī)電設(shè)備故障診斷中應(yīng)用較為普遍。這種技術(shù)能夠在較遠(yuǎn)的距離采用非接觸的方式對溫度進(jìn)行監(jiān)測，獲得較為準(zhǔn)確的實(shí)時(shí)溫度測量參數(shù)，反應(yīng)機(jī)電設(shè)備運(yùn)行的環(huán)境溫度變化和工作狀態(tài)。在進(jìn)行數(shù)據(jù)測量過程中，要注意外界環(huán)境溫度的影響，對測量數(shù)據(jù)進(jìn)行修正，經(jīng)過修正的數(shù)據(jù)通過接口傳輸?shù)接?jì)算機(jī)系統(tǒng)中，實(shí)現(xiàn)對機(jī)電設(shè)備運(yùn)行過程中的監(jiān)測，通過與規(guī)范參數(shù)的比較，當(dāng)溫度數(shù)據(jù)超出正常范圍時(shí)進(jìn)行報(bào)警。紅外線測溫診斷技術(shù)使礦山機(jī)電設(shè)備故障診斷具有智能化，能夠避免機(jī)電設(shè)備運(yùn)行狀態(tài)的進(jìn)一步惡化，對確保設(shè)備正常運(yùn)行和提高機(jī)電設(shè)備使用壽命具有重要作用。

6 結(jié)語

礦山機(jī)電設(shè)備在礦山企業(yè)生產(chǎn)中發(fā)揮著重要的作用，不僅能夠提高生產(chǎn)效率，確保企業(yè)經(jīng)濟(jì)效益，還能夠提高設(shè)備運(yùn)行安全系數(shù)，為安全生產(chǎn)提供保障。隨著當(dāng)前計(jì)算機(jī)和網(wǎng)絡(luò)科學(xué)技術(shù)的發(fā)展，礦山機(jī)電設(shè)備故障診斷技術(shù)逐漸向著遠(yuǎn)程協(xié)作和智能化技術(shù)發(fā)展，機(jī)電設(shè)備運(yùn)行狀態(tài)的監(jiān)測數(shù)據(jù)的收集、處理和分析將更加快捷，設(shè)備故障診斷更加準(zhǔn)確，實(shí)操性能將越來越高，進(jìn)而促進(jìn)我國礦山機(jī)電設(shè)備診斷技術(shù)水平的提高。