基于能量算子的煤礦機(jī)電設(shè)備故障診斷方法

李浩然，呂延森

(神東煤炭集團(tuán)保德煤礦，山西 忻州 036600)

0 引言

隨著社會經(jīng)濟(jì)的發(fā)展，能源早已成為現(xiàn)代社會最受關(guān)注的主題之一。在很長的一段時(shí)間里，煤炭是我國能源的主要來源形式，且在以后的很長一段時(shí)間內(nèi)仍難以改變。而煤礦機(jī)電設(shè)備的質(zhì)量與人們的生活生產(chǎn)緊密相關(guān)，科學(xué)技術(shù)的快速發(fā)展為煤礦機(jī)電設(shè)備診斷和故障維修、檢測帶來了極大的便利，提供了很多的途徑[1-3]。利用現(xiàn)代技術(shù)，原本很難分析的數(shù)據(jù)可以變得十分簡單，甚至可以從數(shù)據(jù)庫中查找出來，這對于工作效率和資源利用率的提高有著十分重要的意義。為此，本文從能量算子的角度來討論基于能量算子的煤礦機(jī)電設(shè)備故障診斷方法。

1 機(jī)電設(shè)備健康與檢修

機(jī)電設(shè)備在工程領(lǐng)域中是必不可少的生產(chǎn)工具。機(jī)電設(shè)備的健康與否對于能否順利完成工作有著十分重要的意義。作為制造重要能源的生產(chǎn)工具，煤礦機(jī)電設(shè)備在人們的生產(chǎn)生活中所占據(jù)的權(quán)重很大，應(yīng)該對煤礦機(jī)電設(shè)備的健康問題足夠重視。在現(xiàn)階段的企業(yè)生產(chǎn)運(yùn)作中，煤礦機(jī)電設(shè)備的運(yùn)行時(shí)間長，但是近乎不間斷的運(yùn)行容易使得設(shè)備出現(xiàn)問題。如果設(shè)備出現(xiàn)問題而沒有得到及時(shí)的解決，就很可能在使用過程中出現(xiàn)故障，進(jìn)而造成很嚴(yán)重的后果，這不僅是對企業(yè)生產(chǎn)的重大打擊，更是對工作人員和企業(yè)信譽(yù)的嚴(yán)重威脅。

目前，針對設(shè)備健康運(yùn)行的保障手段眾多。從來源處講，生產(chǎn)煤礦機(jī)電設(shè)備的廠家有很多，但是每個(gè)廠家的質(zhì)量和價(jià)格都不盡相同。在選擇煤礦機(jī)電設(shè)備的生產(chǎn)廠家時(shí)，要先進(jìn)行實(shí)地考察，確保生產(chǎn)環(huán)境的嚴(yán)格和過程的嚴(yán)謹(jǐn)，生產(chǎn)廠家需具備相關(guān)部門的生產(chǎn)證書和質(zhì)量許可證。進(jìn)行購買時(shí)，要從自身需要的煤礦機(jī)電設(shè)備的具體要求和生產(chǎn)環(huán)境出發(fā)，選擇質(zhì)量最好的煤礦機(jī)電設(shè)備。這方面的預(yù)算更關(guān)乎安全運(yùn)行的問題，因此需有充足的保障。越差的煤礦機(jī)電設(shè)備越容易出現(xiàn)故障，而且使用壽命會短很多。選擇較差的煤礦機(jī)電設(shè)備，一旦出現(xiàn)問題，不僅會影響企業(yè)的生產(chǎn)活動，而且會對企業(yè)的信譽(yù)和工作人員的生命安全構(gòu)成嚴(yán)重威脅，這樣的損失并不是資金能夠挽救的。在這一方面，政府和企業(yè)都要足夠重視，企業(yè)要定期給工作人員做專業(yè)培訓(xùn)，保證工作人員的知識儲備和工作經(jīng)驗(yàn)，不能讓工作人員落后于時(shí)代的發(fā)展。政府要不定期地派相關(guān)部門對生產(chǎn)廠家進(jìn)行抽查，保證產(chǎn)品的合格率。煤礦機(jī)電設(shè)備是復(fù)雜的大型機(jī)電設(shè)備，比簡單的小型機(jī)電設(shè)備的安裝要難很多，所以一定要符合規(guī)范，因此設(shè)備安裝一定要由專人來做。

在煤礦機(jī)電設(shè)備投入使用后，一定要定期安排檢修人員對煤礦機(jī)電設(shè)備進(jìn)行檢查。政府仍需不定期派相關(guān)部門進(jìn)行檢查。在工程中，任何不起眼的問題都可能是一個(gè)大故障的隱患。因此出現(xiàn)問題就要馬上解決，片刻的延誤都可能會導(dǎo)致嚴(yán)重的后果，對于企業(yè)來說，不能依賴于在政府的檢查中發(fā)現(xiàn)問題，鑒于此，企業(yè)應(yīng)該成立一個(gè)健全的質(zhì)監(jiān)部門，由該部門負(fù)責(zé)相關(guān)機(jī)電設(shè)備的檢查。發(fā)現(xiàn)問題后及時(shí)分析問題，然后設(shè)計(jì)解決方案來排除問題。由于煤礦機(jī)電設(shè)備的復(fù)雜性和重要性，質(zhì)監(jiān)部門的人員一定要有高度的責(zé)任心和專業(yè)技能水平，也要有一定的工作經(jīng)驗(yàn)和心理素質(zhì)，遇到突發(fā)情況時(shí)能夠從容應(yīng)對。

企業(yè)也要逐步地成立一個(gè)煤礦機(jī)電設(shè)備健康管理系統(tǒng)，也就是建立在網(wǎng)絡(luò)平臺和理論事實(shí)的基礎(chǔ)之上，對設(shè)備進(jìn)行各方面管理，目的是減少煤礦機(jī)電設(shè)備出現(xiàn)問題，提高分析問題的能力和速度。其實(shí)煤礦機(jī)電設(shè)備的健康就像人的健康一樣，要勞逸結(jié)合，可以對機(jī)器實(shí)行“輪班制”。雖然購買多余的機(jī)電設(shè)備需要一定的資金，但從長遠(yuǎn)看，這種“輪班制”可以很大程度地減少每一臺煤礦機(jī)電設(shè)備在使用過程中受到的磨損，減少煤礦機(jī)電設(shè)備出現(xiàn)故障和問題的概率，從而延長每一臺煤礦機(jī)電設(shè)備的使用壽命。這種做法可以有效減少用于對煤礦機(jī)電設(shè)備進(jìn)行檢修的資金流出，從某種程度來說，也是一種有效提高生產(chǎn)率和資源利用率的辦法。

2 機(jī)電設(shè)備故障診斷分析方法

由于與能量有著十分密切的關(guān)系，所以在進(jìn)行煤礦機(jī)電設(shè)備的故障診斷和問題分析時(shí)，經(jīng)常需要用到物理和數(shù)學(xué)方面的知識。如果相關(guān)知識有所欠缺，進(jìn)行煤礦機(jī)電設(shè)備的故障診斷時(shí)就會無從下手，考慮的不周全與欠缺相關(guān)的工作經(jīng)驗(yàn)，都將造成故障診斷和問題分析不準(zhǔn)確，甚至得到錯(cuò)誤的結(jié)果。而能量算子的引入很好地解決了這一問題，能量算子可以使煤礦機(jī)電設(shè)備中的故障分析和問題分析變得簡單，工作人員利用能量算子進(jìn)行操作不僅比之前少了很多的計(jì)算工作，而且可以得到準(zhǔn)確度更高的結(jié)果[3-6]。能量算子是一個(gè)很好的用來計(jì)算和分析的輔助工具，因?yàn)槔媚芰克阕拥玫降臄?shù)據(jù)和圖譜可以提供非常大的信息量，比如：能量算子的解調(diào)頻譜、峰值可以反映出很多問題；能量算子的各種活動和圖像都可以成為故障診斷和問題分析的依據(jù)。

2.1 能量算子算法

能量算子是為了方便計(jì)算而引入的一種數(shù)學(xué)算子，最初引入能量算子就是為了方便科學(xué)研究者進(jìn)行計(jì)算和分析。能量算子是用來分析和跟蹤能量的，所以又稱其為非線性能量跟蹤算子，它可以將能量的蹤影捕捉得十分完美[7-8]。自引入了這個(gè)強(qiáng)有力的計(jì)算和分析工具后，相關(guān)人員進(jìn)行煤礦機(jī)電設(shè)備的故障診斷和問題分析就簡單和方便了許多。使用能量算子進(jìn)行分析和診斷時(shí)，要先得到礦用機(jī)電設(shè)備的連續(xù)信號的能量算子，常用的方法是使用加速度傳感器來進(jìn)行獲取，除此之外，根據(jù)具體的環(huán)境、設(shè)備和目標(biāo)產(chǎn)物的不同，使用的工具也會不同。具體來說，振動信號的位移公式是已知的，再加上振子的質(zhì)量，就可以根據(jù)已有的相關(guān)物理公式進(jìn)行計(jì)算分析，從而得到振動信號的能量變化情況。根據(jù)振動信號的能量變化情況，與標(biāo)準(zhǔn)情況進(jìn)行對比，就可以分析診斷出煤礦機(jī)電設(shè)備是否出現(xiàn)了問題和故障、哪里出現(xiàn)了問題或故障?？梢哉f能量算子的引入大大降低了煤礦機(jī)電設(shè)備的故障診斷和問題分析的難度，是能源行業(yè)的一個(gè)重大革新。

在利用能量算子對煤礦機(jī)電設(shè)備進(jìn)行故障診斷和問題分析時(shí)，需要先進(jìn)行一系列的實(shí)驗(yàn)得出數(shù)據(jù)，再對數(shù)據(jù)進(jìn)行分析。實(shí)驗(yàn)的過程必須足夠嚴(yán)謹(jǐn)，因?yàn)閷?shí)驗(yàn)得出的數(shù)據(jù)要用來做分析，哪怕只是一個(gè)小數(shù)點(diǎn)的變化都可能引起結(jié)果的嚴(yán)重錯(cuò)誤，所以實(shí)驗(yàn)的過程一定要在專業(yè)的實(shí)驗(yàn)室和設(shè)備的條件下進(jìn)行，實(shí)驗(yàn)人員本身也要具有相當(dāng)?shù)膶I(yè)知識儲備和相關(guān)設(shè)備的操作經(jīng)驗(yàn)，這樣才能保證實(shí)驗(yàn)過程的嚴(yán)謹(jǐn)和實(shí)驗(yàn)結(jié)果的準(zhǔn)確性。為了方便問題分析和故障診斷，可以進(jìn)行大量的仿真模擬實(shí)驗(yàn)，人為地制造出故障和問題，利用能量算子進(jìn)行故障診斷和問題分析，將實(shí)驗(yàn)過程和實(shí)驗(yàn)結(jié)果記錄下來，形成數(shù)據(jù)庫。煤礦機(jī)電設(shè)備出現(xiàn)問題時(shí)，先從數(shù)據(jù)庫中查找資料，如果有相匹配的就可以直接解決問題，不需要每次都進(jìn)行能量算子實(shí)驗(yàn)，這樣就為煤礦機(jī)電設(shè)備的問題分析和故障診斷降低了不小的難度，也節(jié)約了大量的人力物力財(cái)力，可以提高工作效率和資源的利用率。

2.2 能量算子的應(yīng)用

每一次利用能量算子進(jìn)行實(shí)驗(yàn)都會得到一個(gè)相應(yīng)的共振解調(diào)圖，該共振解調(diào)圖為煤礦機(jī)電設(shè)備的故障診斷和問題分析提供了極大量的信息。根據(jù)共振解調(diào)圖中的頻譜信號可得到相應(yīng)的二倍率。煤礦機(jī)電設(shè)備在使用過程中會受到一定的沖擊，共振解調(diào)圖可以通過改變振動頻率判定煤礦機(jī)電設(shè)備存在故障和問題的部位。同時(shí)再參考井下作業(yè)現(xiàn)場傳給地面監(jiān)測服務(wù)器的數(shù)據(jù)進(jìn)行有效的故障判斷。

能量算子的解調(diào)頻譜有峰值，但是因?yàn)槊旱V機(jī)電設(shè)備的種類和功能不同，使用情況也不同，所以出現(xiàn)峰值的位置也會不同；但是可以確定的是，峰值代表的是煤礦機(jī)電設(shè)備出現(xiàn)故障和問題的頻率，峰值越大，煤礦機(jī)電設(shè)備出現(xiàn)故障和問題的頻率也越高。這種方法在工程中的利用率很高，然而美中不足的是，通過能量算子解調(diào)頻譜雖然可以看出煤礦機(jī)電設(shè)備是否出現(xiàn)了問題和故障，卻不能真正地判斷出是哪一種或哪一類問題和故障，也不能知道是煤礦機(jī)電設(shè)備的哪個(gè)部位出現(xiàn)了問題或故障。使用能量算子解調(diào)頻譜的辦法仍然需要相關(guān)人員再次進(jìn)行實(shí)驗(yàn)或分析。要解決這個(gè)問題，依然需要進(jìn)行大量的模擬實(shí)驗(yàn)，實(shí)驗(yàn)室和設(shè)備需要和真實(shí)的生產(chǎn)情況相同，這樣才能夠保證實(shí)驗(yàn)結(jié)果的準(zhǔn)確性，這就要求實(shí)驗(yàn)人員要有高度的責(zé)任心和專業(yè)知識儲備。

3 能量算子應(yīng)用的困難和前景

能量算子的引入對于煤礦機(jī)電設(shè)備的故障診斷和問題分析雖有著十分積極的影響，但也存在著一些問題。

3.1 能量算子應(yīng)用存在的問題

能量算子在工程領(lǐng)域的應(yīng)用十分廣泛，特別是在與能源相關(guān)的領(lǐng)域。能量算子在煤礦機(jī)電設(shè)備的故障診斷和問題分析上的應(yīng)用已經(jīng)算是重要革新，然而還存在著一定的問題。要想利用能量算子對數(shù)據(jù)進(jìn)行分析研究，需要具備極其深厚的物理和數(shù)學(xué)知識儲備，單從煤礦機(jī)電設(shè)備專業(yè)人才缺乏這一點(diǎn)來看，就是很難做到?，F(xiàn)在很多人會選擇相對輕松的專業(yè)進(jìn)行學(xué)習(xí)，即使選擇了相關(guān)的專業(yè)，要想學(xué)好晦澀難懂的數(shù)學(xué)和物理，需要一個(gè)人有極大的耐心和品質(zhì)，這絕對不是能夠輕易做到的。因此，能量算子在煤礦機(jī)電設(shè)備中的故障診斷和問題分析能否繼續(xù)深入和推廣下去也需深思。

3.2 能量算子應(yīng)用的發(fā)展前景

能量算子在煤礦機(jī)電設(shè)備的故障診斷方面存在一些問題，但前景依然值得期待。雖然這一方面的知識儲備很少有人能夠達(dá)到，但仍有一部分專業(yè)人才在該領(lǐng)域不斷鉆研。另外，國家和政府也對這一方面開始重視。一旦得到國家和政府的重視與支持，積極倡導(dǎo)相關(guān)專業(yè)的就業(yè)，提高專業(yè)福利，就會有更多的人重視起來。人才是發(fā)展的動力，相關(guān)的人才越多，該領(lǐng)域的發(fā)展就會越快。

4 結(jié)語

能量算子被引入到煤礦機(jī)電設(shè)備的問題分析和故障診斷中這一舉措，是一個(gè)重要的改革，大大降低了煤礦機(jī)電設(shè)備的故障診斷和問題分析的難度和工作量，節(jié)約了大量的人力物力財(cái)力，這不僅提高了工作效率，也大大提高了資源利用率。將各種先進(jìn)技術(shù)結(jié)合到一起進(jìn)行應(yīng)用，一定可以使工作更加簡單，工作效率更高。