礦山機(jī)電設(shè)備故障診斷技術(shù)探討

劉江斌

（陜西澄城董東煤業(yè)有限責(zé)任公司，陜西 渭南715200）

1 礦山機(jī)電設(shè)備故障診斷技術(shù)介紹

1.1 簡單的主觀診斷

利用簡單的診斷儀器和從業(yè)人員診斷方面的經(jīng)驗(yàn)對故障進(jìn)行診斷和檢修。主觀診斷技術(shù)有以下幾種方式:感官檢查、參數(shù)測量、邏輯分析、故障分析等。其中直覺法就是利用人體的感官對故障的原因進(jìn)行查找和分析；此種方式可即時的對故障進(jìn)行查找和排查，并進(jìn)行解決這種診斷技術(shù)對從業(yè)人員經(jīng)驗(yàn)要求較高，雖然直接方便、速度快，但是可靠性低，容易造成誤判。

1.2 儀器診斷法

儀器診斷法就是利用監(jiān)測儀器，如示波器#頻譜分析儀等對礦山機(jī)電進(jìn)行狀態(tài)監(jiān)測和數(shù)據(jù)采集。如：振動幅值、頻率、相位、轉(zhuǎn)速、模態(tài)以及溫度、壓力、流量等工藝參數(shù)，然后用儀器顯示的結(jié)果，或者相應(yīng)軟件分析的結(jié)果，記錄分析結(jié)果并判斷故障的情況。一旦機(jī)電設(shè)備再出現(xiàn)故障，可以把當(dāng)前的數(shù)據(jù)和歷史數(shù)據(jù)進(jìn)行比較，再結(jié)合體現(xiàn)出來的故障特征，利用設(shè)備故障診斷知識，做出新一輪的故障判別，并再次做好記錄。通過這樣的方式，建立一種此類機(jī)電設(shè)備的故障診斷的數(shù)據(jù)庫，以應(yīng)對復(fù)雜多變的礦山機(jī)電設(shè)備故障問題。

1.3 無損檢測診斷技術(shù)

無損檢測技術(shù)是指在不破壞被檢測對象的情況下，對機(jī)電設(shè)備本體或者零件表面、金屬材料內(nèi)部、零部件之間的結(jié)合部等產(chǎn)生的缺陷和缺陷變化進(jìn)行探測的技術(shù)，一般包括$超聲波檢測技術(shù)、射線照相檢測技術(shù)#表面缺陷的檢測技術(shù)。這種故障診斷和檢測技術(shù)不會對檢測主體造成破壞，但是它的技術(shù)含量高，充分結(jié)合了計(jì)算機(jī)技術(shù)、傳感器技術(shù)和頻譜分析技術(shù)，費(fèi)用也相對較高，所以目前這種技術(shù)在很多方面還不是很成熟，但是它是機(jī)電設(shè)備故障診斷技術(shù)的一個未來發(fā)展趨勢。

1.4 智能診斷技術(shù)

隨著人工智能技術(shù)的不斷發(fā)展，以知識處理為核心的智能故障診斷技術(shù)已經(jīng)成為設(shè)備故障診斷技術(shù)的一個主要發(fā)展方向。智能故障診斷技術(shù)是在自動測試技術(shù)和信號處理技術(shù)的基礎(chǔ)之上，將人工智能的理論和方法應(yīng)用到機(jī)電設(shè)備故障診斷領(lǐng)域，實(shí)現(xiàn)診斷過程的智能化。目前神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)和專家系統(tǒng)是現(xiàn)代化機(jī)電設(shè)備主要的智能故障診斷技術(shù)。

2 采煤機(jī)工況的故障檢測與診斷

2.1 變頻器通信單元

所用變頻器可檢測27個工況檢測參數(shù)，并有獨(dú)立的液屏，顯示屏，能顯示采煤機(jī)的牽引速度牽引電機(jī)電流、變頻器輸入電壓等參數(shù)，并具有溫度保護(hù)、過壓、欠壓、過流、過載等多種保護(hù)功能。變頻器通信單元的主要功能是將變頻器工述檢測信號傳送到工況檢測及故障診斷中心，由檢測中心進(jìn)行相應(yīng)的處理，并進(jìn)行中文或圖形方式集中顯示。

2.2 工況檢測及故障診斷單元

該單元嵌入微型計(jì)算機(jī)中，采用Windows操作系統(tǒng)。該單元與采煤機(jī)控制中心采用接點(diǎn)通信方式，一旦故障診斷單元檢測、診斷出有故障或事故發(fā)生時，屏幕立刻顯示出故障類型，并向控制中心發(fā)出相應(yīng)信號，由控制中心進(jìn)行相應(yīng)的控制操作，如進(jìn)行聲光報警或進(jìn)行故障保護(hù)。

2.3 檢測152.4mm顯示單元

該顯示單元由一塊480×640線的彩色液晶顯示屏及有關(guān)電路組成。顯示內(nèi)容包括采煤機(jī)所有工況檢測參數(shù)、操作及運(yùn)行狀態(tài)報警提示和故障診斷結(jié)果等。此外還有左、右搖臂檢測單元；機(jī)身外圍檢測單元；高壓控制箱檢測單元三個主要單元。

3 礦用高壓異步電動機(jī)的故障檢測與診斷

常見故障特征提取方法包括信號處理、模式識別和參數(shù)辯識?，F(xiàn)代信號處理技術(shù)的發(fā)展為故障診斷提供了強(qiáng)有力的工具，人工智能技術(shù)的應(yīng)用大大提高了診斷的精度和范圍。模糊邏輯、人工神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)、專家系統(tǒng)等人工智能技術(shù)都被應(yīng)用于異步電動機(jī)的故障診斷，取得了較好的效果。異步電動機(jī)故障常見的檢測與診斷方法有：

3.1 局部放電檢測

利用檢測定子電流的電流互感器(CT)和高頻檢測儀，或通過射頻天線和帶通濾波器檢測局放脈沖，可辨別各種局放源以診斷定子的不同故障。這種方法對有些低壓電機(jī)效果較差。

3.2 電流高次諧波檢測

定子繞組故障可引起定子電流的高次諧波增加，尤其是定子繞組匝間短路故障。據(jù)研究，匝間短路時定子電流的5、11、17次諧波顯著增加，其中5次諧波增加較多。根據(jù)電動機(jī)故障所表現(xiàn)的不同特征，又分為對稱故障和不對稱故障兩大類：(1)對稱故障如過載、堵轉(zhuǎn)和三相短路等，這類故障最明顯的特征是電動機(jī)電流明顯增大，因此可通過電動機(jī)過流程度來診斷這類故障。(2)不對稱故障如斷相、相間短路、匝間短路、單相接地和兩相接地等。有關(guān)研究表明，當(dāng)定子繞組的一個線圈對中性點(diǎn)短路時，三相電流的幅值為1.07、0.89、0.91（標(biāo)么值）。因此，利用定子電流的不平衡現(xiàn)象檢測異步電動機(jī)的定子繞組故障較為方便有效。這類故障最明顯的特征是電動機(jī)電流中出現(xiàn)負(fù)序電流和零序電流，因此以零序電流和負(fù)序電流分量作為鑒別不對稱故障的判據(jù)有較高的可靠性。不對稱故障根據(jù)故障點(diǎn)的不同又可分為接地性和非接地性兩大類，故障的類型不同其信號的檢測方法也不同。

3.3 磁通檢測

電機(jī)的定子故障會使內(nèi)部磁通在徑向和切向工的分量發(fā)生變化，所以只要檢測出這兩個分量的磁通變化情況，也可診斷出定子故障。這種方法在高壓電機(jī)的定子側(cè)的多種故障檢測得到了應(yīng)用，但這種方法需要專門的磁通檢測儀器，使用不方便，對弱信號不易檢測。

4 礦井提升機(jī)設(shè)備的故障檢測與診斷

提升機(jī)是礦山機(jī)電設(shè)備中最常見、使用最頻繁的設(shè)備之一，其主要作用和職能是對材料、礦石，煤炭和工作人員的升降，因此它與礦山企業(yè)的正常生產(chǎn)和工作人員的生命安全息息相關(guān)。提升機(jī)最容易出現(xiàn)的故障就是松繩故障，一旦發(fā)生其危害性是非常重大的，有可能會造成嚴(yán)重的經(jīng)濟(jì)損失或人員傷亡。

目前，比較先進(jìn)、高效、簡單的松繩監(jiān)測裝置，主要包括霍爾傳感器、單片機(jī)兩部分，工作原理是：在提升機(jī)天輪上逐個安裝小磁鋼，并將霍爾傳感器安裝在最合理的位置，進(jìn)而實(shí)現(xiàn)對提升機(jī)天輪運(yùn)轉(zhuǎn)速度的有效檢測。提升機(jī)在正常工作狀態(tài)下，也就是不會出現(xiàn)松繩故障時，提升機(jī)天輪的運(yùn)轉(zhuǎn)速度是保持不變的，霍爾傳感器測算出來的計(jì)數(shù)脈沖個數(shù)也并無差異，所以單片機(jī)得出的天輪行程差為零。而當(dāng)?shù)V用提升機(jī)的鋼絲存在松繩隱患時，提升機(jī)的兩個天輪行程會出現(xiàn)不同程度的差異，這時單片機(jī)能夠?qū)蓚€天輪的行程差進(jìn)行快速的計(jì)算，當(dāng)其達(dá)到預(yù)警值后會及時發(fā)出報警信號。當(dāng)保護(hù)值和行程差一致時，該裝置會及時發(fā)出對提升機(jī)設(shè)備的控制信號，使提升機(jī)能夠及時剎車并停止運(yùn)轉(zhuǎn)，進(jìn)而確保提升機(jī)周邊環(huán)境的安全。

5 結(jié)語

礦山機(jī)電設(shè)備的故障檢測診斷技術(shù)可以為礦山機(jī)電設(shè)備的相關(guān)維護(hù)人員和維修人員及時并有效地進(jìn)行機(jī)電設(shè)備的故障預(yù)測，發(fā)現(xiàn)機(jī)電設(shè)備的故障源頭，分析并找到機(jī)電設(shè)備的故障原因以及給出機(jī)電設(shè)備的故障解決方案，防止并預(yù)防煤礦機(jī)電設(shè)備安全事故的發(fā)生。因此煤礦企業(yè)應(yīng)該大力推動礦山機(jī)電設(shè)備智能診斷檢測技術(shù)的研究和發(fā)展，以保證礦山機(jī)電設(shè)備的安全性與可靠性，減少并力爭避免安全事故的產(chǎn)生。

［1］孫新城.淺析煤礦機(jī)電設(shè)備維修中故障檢測診斷技術(shù)的應(yīng)用[J].企業(yè)技術(shù)開發(fā),2011.

［2］井學(xué)慶.礦山機(jī)電設(shè)備故障診斷技術(shù)的研究與探討[J].黑龍江科技信息,2012.