礦山機(jī)電設(shè)備故障診斷技術(shù)探析

曹慶軍

【摘 要】本文淺析礦山機(jī)電設(shè)備故障的危害性和及時(shí)診斷的必要性、故障產(chǎn)生的主要原因、礦山設(shè)備故障診斷檢修類型與內(nèi)容以及故障診斷技術(shù)方法的運(yùn)用等。

【關(guān)鍵詞】故障診斷；維修；設(shè)備

一、引言

隨著科學(xué)技術(shù)的的快速發(fā)展，煤礦機(jī)械自動(dòng)化控制程度也在日益提高。如今機(jī)械電氣設(shè)備在煤礦生產(chǎn)中起到重要的作用和影響，而機(jī)械電氣設(shè)備的運(yùn)行成本也在不斷的提高。在生產(chǎn)過程中，若出現(xiàn)設(shè)備事故，不但影響安全生產(chǎn)，而且也會(huì)給正常帶來很大的經(jīng)濟(jì)損失，嚴(yán)重的甚至能造成人身傷害及其傷亡事故，對(duì)社會(huì)造成了極為惡劣的影響。因此，煤礦機(jī)電設(shè)備或系統(tǒng)的安全性、穩(wěn)定性都非常關(guān)鍵。在進(jìn)一步提升機(jī)電設(shè)備安全性、穩(wěn)定性上，其方法也比較多，而其中對(duì)設(shè)備進(jìn)行故障監(jiān)測(cè)診斷技術(shù)就是一項(xiàng)關(guān)鍵性、高效的技術(shù)手段?，F(xiàn)代故障診斷技術(shù)，實(shí)質(zhì)上是一項(xiàng)集合了電腦技術(shù)、傳導(dǎo)技術(shù)、信息處置技術(shù)等多個(gè)領(lǐng)域于一體的先進(jìn)技術(shù)。使用故障診斷技術(shù)最早的是歐美等發(fā)達(dá)國(guó)家，后隨之得到了快速發(fā)展。伴隨煤炭行業(yè)科技的進(jìn)步，故障診斷技術(shù)在煤礦也開始應(yīng)用，并得到了迅速推廣。

二、故障產(chǎn)生的主要原因

1）零件損傷。配合關(guān)系的變化當(dāng)設(shè)備出現(xiàn)故障后，在對(duì)故障部位觀察時(shí)會(huì)發(fā)現(xiàn)大多故障形成均因零件本身?yè)p傷和零件間原配關(guān)系產(chǎn)生變化而導(dǎo)致的。而零件損傷是指零件原有形態(tài)和尺寸與原有設(shè)計(jì)的性能發(fā)生了偏離，其偏離是由機(jī)械設(shè)備在使用途中，各方面因素對(duì)零件共同作用產(chǎn)生的結(jié)果。所以零件常見損傷大多由老化損傷和意外損傷所造成。

2）超負(fù)荷運(yùn)轉(zhuǎn)。設(shè)備的超負(fù)荷運(yùn)轉(zhuǎn)各臺(tái)設(shè)備在設(shè)計(jì)時(shí)都對(duì)輸出參數(shù)設(shè)計(jì)了極限，當(dāng)設(shè)備實(shí)際輸出的參數(shù)大于設(shè)計(jì)輸出的極限時(shí)，其正常運(yùn)行狀態(tài)就會(huì)遭到破壞出現(xiàn)故障。當(dāng)設(shè)備出現(xiàn)超負(fù)荷運(yùn)轉(zhuǎn)導(dǎo)致故障時(shí)，需要對(duì)設(shè)備技術(shù)參數(shù)進(jìn)行調(diào)整和采取相應(yīng)修復(fù)措施來提高設(shè)備的承受能力。

3）工作能力損耗。設(shè)備工作能力損耗設(shè)備工作能力損耗是指在機(jī)械內(nèi)外因素共同影響下，隨著時(shí)間推移，設(shè)備綜合能力在不斷損耗。其主要原因?yàn)闄C(jī)件配合剛性下降、間隙增大；部件老化和磨損；設(shè)備摩擦系數(shù)變大、磨損和負(fù)荷增大造成熱量增大；設(shè)備關(guān)鍵聯(lián)接負(fù)荷的部件發(fā)生了扭曲變形和磨損等。

三、礦山設(shè)備故障診斷檢修類型與內(nèi)容

煤礦機(jī)電設(shè)備故障的診斷，關(guān)鍵是在于對(duì)設(shè)備實(shí)施計(jì)劃性狀況的維護(hù)和檢修，以確保生產(chǎn)設(shè)備能夠連續(xù)運(yùn)轉(zhuǎn)。這種通常意義上的維護(hù)和檢修，按照類型大致可以劃分為三種類型，即計(jì)劃性狀態(tài)檢修、按計(jì)劃性定期性檢修和維修和事后檢修與維護(hù)。

1）計(jì)劃性狀態(tài)檢修。當(dāng)前，隨著設(shè)備監(jiān)測(cè)技術(shù)的發(fā)展和日趨完善，按照在線檢測(cè)和診斷裝置就能夠?qū)⑺A(yù)防的設(shè)備故障狀態(tài)、維修的時(shí)間和維修內(nèi)容詳細(xì)記錄下來。然后，通過從監(jiān)測(cè)和診斷資料中取得的數(shù)據(jù)，經(jīng)過輸入計(jì)算機(jī)分析處理，預(yù)測(cè)設(shè)備故障。保障在設(shè)備發(fā)生故障之前，就訂出了修理的計(jì)劃和措施，這樣便于消除隱患，也有利于延長(zhǎng)設(shè)備使用壽命，達(dá)到保證生產(chǎn)秩序持續(xù)進(jìn)行的目的。

2）按計(jì)劃性定期性檢修和維修。按照計(jì)劃周期性的維護(hù)檢修方法，檢測(cè)方法利用比較簡(jiǎn)易，而且大多都是根據(jù)經(jīng)驗(yàn)制定檢修期，無論設(shè)備應(yīng)該維修與否，每到維修周期就必須進(jìn)行維修。這樣難以防范因偶發(fā)事件引發(fā)的故障，所以也會(huì)經(jīng)常發(fā)生重復(fù)檢修現(xiàn)象。

3）事后檢修與維護(hù)。事后維修則是在設(shè)備出現(xiàn)故障后所實(shí)施的治理措施，而不是主動(dòng)進(jìn)行的。因?yàn)榇蟛糠质窃跊]有準(zhǔn)備的情況下才實(shí)行的，所以這種維修的質(zhì)量也不高，效果也不理想。

四、故障診斷技術(shù)的運(yùn)用

1）診斷的基本根據(jù)。由于機(jī)電設(shè)備在運(yùn)行的過程中會(huì)產(chǎn)生摩擦、熱量、動(dòng)力等物理、化學(xué)性能的轉(zhuǎn)移和變換，這樣勢(shì)必就會(huì)導(dǎo)致諸如溫度升高、壓力增大、電流、電壓及功率波動(dòng)等現(xiàn)象發(fā)生。通過對(duì)這些參數(shù)變的化檢測(cè)，能夠初步判斷設(shè)備的運(yùn)轉(zhuǎn)狀況和運(yùn)行效率如何。而故障診斷技術(shù)，則是依據(jù)不同參數(shù)的變換規(guī)律，再進(jìn)一步掌握設(shè)備的工況和預(yù)判設(shè)備出現(xiàn)故障的可能性及出現(xiàn)的部位，這樣就為采取針對(duì)性的檢修提供了科學(xué)的參考依據(jù)，以便避免常規(guī)性計(jì)劃?rùn)z修所出現(xiàn)的重復(fù)檢修和漏修的問題，使設(shè)備的各部位不僅能夠有效運(yùn)行，而且對(duì)設(shè)備運(yùn)行中出現(xiàn)的故障也能及時(shí)地進(jìn)行檢修，這就極大提高了機(jī)電設(shè)備運(yùn)轉(zhuǎn)的效率和安全可靠性。

2）信息采集整理。我們通過對(duì)機(jī)電設(shè)備進(jìn)行的“看、聽、摸、觸、嗅”的方法，發(fā)現(xiàn)設(shè)備的實(shí)際運(yùn)行狀態(tài)；或者利用傳感器、點(diǎn)檢儀等儀器準(zhǔn)確采集設(shè)備的多種狀態(tài)數(shù)據(jù)（例如：振動(dòng)、溫度、工藝量、加速度、位移等）判斷，并根據(jù)設(shè)備運(yùn)轉(zhuǎn)中能量、介質(zhì)、動(dòng)力、熱能、等各項(xiàng)參數(shù)的變動(dòng)，從而把機(jī)電設(shè)備的相關(guān)故障信息傳遞出來，并以此來判斷設(shè)備的運(yùn)行狀況，確定是否有有無故障。①通過現(xiàn)場(chǎng)觀察。這是依據(jù)現(xiàn)場(chǎng)實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)對(duì)設(shè)備的運(yùn)轉(zhuǎn)狀況進(jìn)行分析判斷的辦法，也是現(xiàn)場(chǎng)普遍采用的辦法。譬如：在實(shí)際工作中可以通過電機(jī)或發(fā)動(dòng)機(jī)的響聲、電動(dòng)機(jī)或軸承溫度變動(dòng)進(jìn)行故障的預(yù)判；而機(jī)械零部件損壞的大多變現(xiàn)為螺栓、螺帽等松動(dòng)、油液的泄漏、有異物或異常響聲和動(dòng)作失靈等。在外部檢測(cè)時(shí)，也可利用其它的方法、措施手段和檢測(cè)儀器等進(jìn)行（譬如著色滲透劑、超聲波探傷儀、顯微硬度計(jì)等）。②性能檢測(cè)。通常是對(duì)機(jī)電設(shè)備經(jīng)常使用投入與產(chǎn)出的變量之比或投入、產(chǎn)出本身進(jìn)行比對(duì)實(shí)行檢測(cè)。在實(shí)際中，由于通常機(jī)電設(shè)備的投入與產(chǎn)出值存在相應(yīng)的變化波動(dòng)范圍，如果以同樣的投入而產(chǎn)出偏低時(shí)，則說明設(shè)備的運(yùn)行效率下降；有時(shí)產(chǎn)出相同，但是投入?yún)s升高了，這也同樣說明設(shè)備的運(yùn)行效率下降了。平時(shí)，能夠說明礦山機(jī)電設(shè)備性能指數(shù)的重要技術(shù)參數(shù)有：軸承轉(zhuǎn)速、電機(jī)功率、設(shè)備的溫度變化以及電流波動(dòng)等，有的時(shí)候也會(huì)運(yùn)用產(chǎn)出礦量或運(yùn)礦量等數(shù)據(jù)來進(jìn)行考量。所以，在檢測(cè)整臺(tái)設(shè)備的功能之時(shí)，還應(yīng)該對(duì)設(shè)備的重要零部件的性能實(shí)施檢測(cè)，其檢測(cè)重要零部件的關(guān)鍵參數(shù)是強(qiáng)度指標(biāo)。

3）診斷方法的運(yùn)用。機(jī)電設(shè)備故障診斷的方式方法多種多樣，然而對(duì)于礦山機(jī)電設(shè)備特別是對(duì)井下采掘礦機(jī)設(shè)備的檢測(cè)，就應(yīng)該顧及到其工作環(huán)境和狀況（如振動(dòng)、沖擊、酸堿腐蝕、礦物粉塵、井下水、防爆性能、工作范圍小和維修難度大等因素的影響），而所采用的檢測(cè)儀就應(yīng)該符合這些相應(yīng)的要求。所以，在現(xiàn)實(shí)中從而導(dǎo)致了很多檢測(cè)方式也難以實(shí)施。比如被普及推廣的振動(dòng)檢測(cè)方法，當(dāng)用于對(duì)鏟運(yùn)機(jī)的檢測(cè)時(shí)，經(jīng)常因?yàn)橛筛鞣N不利的干擾因素，嚴(yán)重的影響到了判斷的準(zhǔn)確程度。因此，對(duì)于故障診斷技術(shù)來說，需要依照各種具體情況來進(jìn)行有針對(duì)性的處理，并采用可行的技術(shù)措施。在礦山機(jī)電設(shè)備的故障診斷技術(shù)中，我們不但可以運(yùn)用以往經(jīng)常使用的溫度診斷及振動(dòng)監(jiān)測(cè)的措施之外，對(duì)于油磨屑分析也同樣需要得到大力的推廣與運(yùn)用。該方法對(duì)于診斷一些特定的設(shè)備也是很有幫助的。

下面介紹常用的三種機(jī)電設(shè)備故障診斷與監(jiān)測(cè)技術(shù)方法。

①溫度診斷技術(shù)。在機(jī)電設(shè)備發(fā)生各種故障時(shí)，其溫度通常也會(huì)變得比較異常和敏感。對(duì)于那些有一定損傷的機(jī)件來說，通常其溫度是在故障發(fā)生之前就開始又明顯的升高了。如果我們可以將所收集到的各種不同機(jī)件的溫度做成形象直觀的圖表來對(duì)照，并將這些圖表放置在設(shè)備的運(yùn)行現(xiàn)場(chǎng)，那么當(dāng)操作人員發(fā)現(xiàn)某些機(jī)件的溫度過高，而查圖表上的溫度數(shù)據(jù)又支持這一判斷的情況之下，這樣操作人員就可以及時(shí)的發(fā)現(xiàn)，并發(fā)出提示警報(bào)。

②振動(dòng)監(jiān)測(cè)技術(shù)。振動(dòng)監(jiān)測(cè)主要的適用范圍是預(yù)防性的維修，通?？梢园阉鼊澐譃閮深悾阂活愂呛?jiǎn)易診斷儀，另一類是精密的診斷系統(tǒng)。所謂的簡(jiǎn)易診斷儀，一般是采用便于攜帶的測(cè)振儀，就是通過將設(shè)備運(yùn)行狀態(tài)之下的振動(dòng)信號(hào)放大來掌握設(shè)備的運(yùn)行是否正常。而精密診斷系統(tǒng)，則可以定期或者直接對(duì)某些設(shè)備開展檢測(cè)工作，通過將設(shè)備的振動(dòng)信號(hào)導(dǎo)人顯示裝置或者控制器，再經(jīng)過計(jì)算機(jī)的數(shù)據(jù)分析之后，來查找發(fā)生故障的成因及故障所在設(shè)備中的位置。

③鐵譜監(jiān)測(cè)技術(shù)。鐵譜監(jiān)測(cè)技術(shù)在煤礦機(jī)電設(shè)備中的運(yùn)用歷史較短，但是它已經(jīng)取得了較為明顯的監(jiān)測(cè)效果。鐵譜檢測(cè)儀器常見的主要有顆料定量?jī)x。其運(yùn)行的原理就是：讓帶有磨屑的潤(rùn)滑油流經(jīng)具有高強(qiáng)度和梯度的磁場(chǎng)，然后將磨屑從中吸出，最后根據(jù)磨屑顆粒大小次序來制成譜片，以此作為判斷設(shè)備運(yùn)行情況的分析依據(jù)。另外一點(diǎn)，當(dāng)前還有使用鐵譜顯微鏡或者電子顯微鏡來開展監(jiān)測(cè)工作的，其效果更好。

五、結(jié)語

礦山各種機(jī)電設(shè)備的故障診斷工作，其實(shí)質(zhì)就是運(yùn)用各種先進(jìn)的科學(xué)技術(shù)方法，對(duì)于機(jī)電設(shè)備當(dāng)前所處的運(yùn)行狀態(tài)開展分析，從而預(yù)測(cè)未來機(jī)電設(shè)備運(yùn)行是否平穩(wěn)可靠，并掌握設(shè)備的整體或者局部的情況。診斷可以在設(shè)備的故障尚沒有完全顯現(xiàn)的時(shí)候來進(jìn)行早期的預(yù)警工作，它能夠?qū)收袭a(chǎn)生的原因以及產(chǎn)生的部位和可能造成的各種危險(xiǎn)來進(jìn)行判斷與評(píng)估，并預(yù)報(bào)故障可能的發(fā)展方向，及時(shí)讓維修人員在短時(shí)間內(nèi)查找到故障的產(chǎn)生的源頭，從而有針對(duì)性的去排除故障，防止事故的發(fā)生和擴(kuò)大，爭(zhēng)取將危害性減少到最低程度，減少經(jīng)濟(jì)損失。

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