礦山機(jī)械設(shè)備維修中的故障診斷技術(shù)

孫肇鵬，吳 楠，何顯貴

（1.山東黃金礦業(yè)（萊州）有限公司三山島金礦，山東 萊州 261400；2.山東黃金礦業(yè)裝備制造有限公司，山東 萊州 261400）

隨著礦山科學(xué)技術(shù)的發(fā)展，中國礦山的開采已經(jīng)基本上實(shí)現(xiàn)了完全機(jī)械化。機(jī)械設(shè)備的正常運(yùn)行對(duì)礦山生產(chǎn)具有十分重要的意義。若機(jī)械設(shè)備在運(yùn)行過程中出現(xiàn)故障，則會(huì)影響到生產(chǎn)的效率，甚至?xí)绊懙降V山生產(chǎn)的安全性。因此，在機(jī)械設(shè)備發(fā)生故障后，就要迅速消除故障。為了加快對(duì)故障的排除，需要采用一些故障診斷方法。此外，還需要對(duì)機(jī)械設(shè)備的運(yùn)行狀態(tài)進(jìn)行監(jiān)測，以便能及時(shí)地發(fā)現(xiàn)設(shè)備運(yùn)行中的故障。礦山生產(chǎn)環(huán)境惡劣，引起機(jī)械設(shè)備故障的原因有很多，應(yīng)該根據(jù)具體的原因采取相應(yīng)的措施。本文分析了機(jī)械設(shè)備發(fā)生故障的原因，介紹了現(xiàn)有的故障診斷方法，并探討了未來故障診斷方法的發(fā)展趨勢。下面本文將圍繞這些內(nèi)容展開論述[1-3]。

1 礦山機(jī)電設(shè)備常見的故障與原因

（1）在實(shí)際應(yīng)用礦山機(jī)電設(shè)備期間，不可避免的會(huì)受到多種不同因素的影響，使礦山機(jī)電設(shè)備內(nèi)部出現(xiàn)元件掉落、元件老化、機(jī)電設(shè)備調(diào)節(jié)失衡、供油線路損壞以及一些破壞性的故障燈。礦山機(jī)電設(shè)備內(nèi)部元件出現(xiàn)掉落的現(xiàn)象，主要就是因?yàn)榈V山機(jī)電設(shè)備長時(shí)間、大幅度激烈的振動(dòng)運(yùn)行，進(jìn)而導(dǎo)致其內(nèi)部元件連接頭的位置松動(dòng)。如果礦山機(jī)電設(shè)備維修人員沒有及時(shí)擰松動(dòng)的元件接頭，就會(huì)使元件掉落。機(jī)電設(shè)備內(nèi)部元件老化主要就是因?yàn)榈V山機(jī)電設(shè)備經(jīng)過長時(shí)間的使用，其內(nèi)部零件受到磨損或是內(nèi)部線路的保護(hù)層出現(xiàn)脫落的現(xiàn)象，這樣就會(huì)影響礦山機(jī)電設(shè)備的正常運(yùn)行。礦山機(jī)電設(shè)備出現(xiàn)調(diào)節(jié)失衡的現(xiàn)象，就是因?yàn)槠鋬?nèi)部壓力缺乏均勻性，使各個(gè)元件之間出現(xiàn)了相應(yīng)的縫隙，相互之間的配合不夠緊密。機(jī)電設(shè)備內(nèi)部的供油線路經(jīng)常會(huì)受到運(yùn)行環(huán)境狀況的影響，而破壞性的機(jī)電設(shè)備故障則更為直觀，檢測與維修人員能夠直接通過肉眼看出來，像軸承斷裂以及皮帶畸形等故障問題都是其典型代表。

（2）礦山機(jī)電設(shè)備產(chǎn)生故障的原因。礦山開采工作環(huán)境比較惡劣，在應(yīng)用機(jī)電設(shè)備進(jìn)行礦山開采期間，就要定期對(duì)機(jī)電設(shè)備進(jìn)行保養(yǎng)、檢測與維修。但是一些礦山開采管理人員在實(shí)際工作期間，并沒有認(rèn)識(shí)到該項(xiàng)工作的重要性。還有一些礦山開采企業(yè)內(nèi)部并沒有構(gòu)建完善的機(jī)電設(shè)備檢測與維修管理體系，這也是礦山機(jī)電設(shè)備產(chǎn)生故障的主要原因。礦山機(jī)電設(shè)備故障分析內(nèi)容結(jié)合了工程結(jié)構(gòu)學(xué)、設(shè)計(jì)學(xué)以及機(jī)械學(xué)等相關(guān)內(nèi)容。因?yàn)闄C(jī)電設(shè)備的實(shí)際運(yùn)行環(huán)境存在較大的差異，在發(fā)生其故障期間，也會(huì)呈現(xiàn)出不同形態(tài)的故障?；诖?，礦山機(jī)電設(shè)備檢測與維修人員在對(duì)常見故障進(jìn)行分析的過程中，就要綜合考慮多項(xiàng)因素，保證故障分析的全面性[4]。

2 故障診斷技術(shù)理論闡述

應(yīng)用此類技術(shù)的主要目的是為了實(shí)現(xiàn)對(duì)相關(guān)設(shè)備異常位置的鎖定，通過逐項(xiàng)排查設(shè)備系統(tǒng)對(duì)運(yùn)行的狀態(tài)的調(diào)節(jié)作用，來判斷可能出現(xiàn)問題的位置，并采取適當(dāng)?shù)氖侄螌?duì)其進(jìn)行干預(yù)和調(diào)節(jié)。對(duì)系統(tǒng)差錯(cuò)進(jìn)行排查和準(zhǔn)確鎖定，是實(shí)施排除環(huán)節(jié)的前提。如果判斷出設(shè)備癱瘓是由于某部分零件出現(xiàn)質(zhì)量問題，則需針對(duì)該部分進(jìn)行有效隔離，從而保障設(shè)備其他部分不受負(fù)面干擾。因此在行業(yè)中也將故障的診斷行為又稱作隔離處理。

3 機(jī)械設(shè)備故障診斷基本原理及方法分析

3.1 故障診斷的基本原理分析

基于信息處理技術(shù)發(fā)展起來的故障診斷技術(shù)，在機(jī)械設(shè)備的運(yùn)行和維護(hù)中發(fā)揮了關(guān)鍵的作用，其主要優(yōu)勢在于可以及早地發(fā)現(xiàn)機(jī)械設(shè)備故障，診斷結(jié)果更加精確，效率非常高。

機(jī)械設(shè)備故障診斷主要包括以下幾個(gè)過程：信號(hào)采集、特征提取、狀態(tài)識(shí)別以及診斷決策。信號(hào)采集是故障診斷的基礎(chǔ)，在機(jī)械設(shè)備發(fā)生故障后，其某個(gè)狀態(tài)量會(huì)發(fā)生變化，通過傳感器采集這些信號(hào)并存儲(chǔ)起來，可以為故障的診斷提供依據(jù)；特征提取是根據(jù)采集來的信號(hào)提取出其中的異常信號(hào)，以此來判斷故障的特征；狀態(tài)識(shí)別是根據(jù)提取的故障特征與數(shù)據(jù)庫中的故障特征進(jìn)行對(duì)比，從而準(zhǔn)確識(shí)別故障的類型；在確定設(shè)備的故障類型后，就可確定故障維修的方案，這個(gè)過程叫做“診斷決策”。常用機(jī)械設(shè)備的狀態(tài)信號(hào)主要有振動(dòng)、速度、溫度、壓力等。為了準(zhǔn)確采集到這些狀態(tài)信號(hào)，要求傳感器能適應(yīng)礦山井下惡劣的環(huán)境，主要是抗高溫、防潮以及抗干擾。故障診斷的關(guān)鍵在于狀態(tài)的識(shí)別，而狀態(tài)的識(shí)別依賴于數(shù)據(jù)庫中的故障類型，這就要求故障數(shù)據(jù)庫中收錄的信息十分豐富。

3.2 機(jī)械設(shè)備故障綜合診斷方法分析

在礦山機(jī)械設(shè)備運(yùn)行過程中，常用的故障診斷方法有油液分析診斷方法、振動(dòng)監(jiān)測診斷方法、無損檢測診斷方法以及紅外溫度監(jiān)測方法。下面將對(duì)這幾種故障診斷方法進(jìn)行簡單的分析。機(jī)械設(shè)備需要各種油來維持運(yùn)行，例如機(jī)械設(shè)備的潤滑油、液壓設(shè)備的液壓油等，在油的特性達(dá)不到標(biāo)準(zhǔn)時(shí)，會(huì)導(dǎo)致設(shè)備發(fā)生一定的故障。為此，多采用油液分析診斷方法來對(duì)機(jī)械設(shè)備的運(yùn)行狀態(tài)進(jìn)行監(jiān)控。油液監(jiān)測主要是監(jiān)測油中某種物質(zhì)含量的變化或特性的變化，例如潤滑油中的金屬屑增多，液壓油的黏度降低，據(jù)此可以及時(shí)發(fā)現(xiàn)某種故障。機(jī)械設(shè)備供油系統(tǒng)中油的質(zhì)量表征了零件的運(yùn)行狀態(tài)，是一種間接的診斷方法。

振動(dòng)是機(jī)械設(shè)備運(yùn)行過程中必然出現(xiàn)的一種機(jī)械信號(hào)，通過對(duì)這種信號(hào)的監(jiān)測，就可以發(fā)現(xiàn)機(jī)械設(shè)備的運(yùn)行有無異常。一般情況下，機(jī)械設(shè)備在出現(xiàn)故障時(shí)通常會(huì)出現(xiàn)振動(dòng)異?，F(xiàn)象，研究機(jī)械設(shè)備發(fā)生故障時(shí)的振動(dòng)頻率，就可以判斷故障原因，從而及時(shí)排除設(shè)備故障。這種診斷方法雖然簡單直觀，但是識(shí)別度很低，需要配合其他診斷方法才能識(shí)別設(shè)備的故障類型。

一些機(jī)械設(shè)備在運(yùn)行過程中，其桿件內(nèi)部會(huì)出現(xiàn)裂紋，長時(shí)間不處理會(huì)影響到設(shè)備的安全性。這些裂紋在桿件的內(nèi)部，肉眼看不見。為了在不破壞機(jī)械設(shè)備的前提下實(shí)現(xiàn)對(duì)物體內(nèi)部裂紋的探測，就要用到無損檢測診斷方法。常用的無損檢測診斷方法主要包括超聲波檢測、放射射線檢測、電磁檢測等，其主要優(yōu)勢在于安全快捷，但也具有一定的局限性，需要根據(jù)檢測的對(duì)象選擇合適的檢測診斷方法[5]。

4 故障檢測診斷技術(shù)在礦山機(jī)電設(shè)備中的應(yīng)用策略

4.1 礦用高壓異步電動(dòng)機(jī)

故障檢測技術(shù)在礦用高壓異步電動(dòng)機(jī)中的應(yīng)用所呈現(xiàn)出的檢修效果較為明顯。通常情況下，可以借助三種不同的方式對(duì)其進(jìn)行故障檢測，分別為磁通檢測、局部放電檢測以及電流高次諧波檢測。其中，磁通檢測主要是對(duì)高壓的電氣設(shè)備進(jìn)行故障檢測，然而對(duì)檢測技術(shù)有著比較高的要求，其缺陷在于當(dāng)信號(hào)比較弱的時(shí)候，檢測的結(jié)果并不理想。局部放電檢測能夠?qū)Ω邏弘姎庠O(shè)備進(jìn)行故障檢測，然而對(duì)于低壓設(shè)備的故障檢測效果不明顯。電流高次諧波檢測不會(huì)受到高壓和低壓的限制，但是其需要相關(guān)的操作人員具有較高的專業(yè)水平，同時(shí)操作方法的復(fù)雜程度比較高。

4.2 礦井提升機(jī)

礦井提升機(jī)的故障主要涵蓋兩種不同的類型，分別為輕故障以及重故障。輕故障指的是對(duì)整個(gè)生產(chǎn)環(huán)節(jié)未能產(chǎn)生較大影響的故障，通常這種故障較為簡單，相關(guān)的檢修人員通過對(duì)參數(shù)的觀察和分析便能夠獲知，同時(shí)維修人員能夠?qū)ζ溥M(jìn)行快速處理。重故障指的是因輕故障未能被及時(shí)處理而逐漸發(fā)展而來的故障。若是發(fā)生重故障，那么相關(guān)的檢修人員需要對(duì)其進(jìn)行仔細(xì)查驗(yàn)、診斷，處理的過程不能帶有盲目性，需要一層層地對(duì)其進(jìn)行針對(duì)性的分析和處理，在出現(xiàn)重故障時(shí)，相關(guān)的檢修人員需要特別重視，避免礦井事故發(fā)生。

5 礦山機(jī)械電氣設(shè)備故障檢修

本文針對(duì)礦山機(jī)械電氣設(shè)備故障檢修，提出以下三種檢修方法，分別為：經(jīng)驗(yàn)法、檢測法以及電流法。經(jīng)驗(yàn)法指的是當(dāng)一臺(tái)機(jī)械電氣設(shè)備發(fā)生故障時(shí)，不要急于動(dòng)手拆卸，首先要根據(jù)以往經(jīng)驗(yàn)了解該電氣設(shè)備產(chǎn)生故障的原因、經(jīng)過、范圍、現(xiàn)象，熟悉該設(shè)備及電氣系統(tǒng)的基本工作原理，分析各個(gè)具體電路。弄清原理中元件之間的相互聯(lián)系以及信號(hào)在電路中的來龍去脈，仔細(xì)分析。并結(jié)合實(shí)際經(jīng)驗(yàn)，經(jīng)過周密思考，通過彈壓活動(dòng)部件法，運(yùn)用在活動(dòng)的部件，如：開關(guān)、接觸器上的銜鐵等。經(jīng)過反復(fù)地彈壓活動(dòng)部件，對(duì)機(jī)械電氣設(shè)備故障點(diǎn)進(jìn)行檢修。在故障點(diǎn)不明確時(shí)，可以運(yùn)用元件替換法進(jìn)行驗(yàn)證。檢測法主要是采用輔助工具對(duì)機(jī)械電氣設(shè)備故障進(jìn)行判斷的檢修方法。輔助工具包括上文用到的振動(dòng)分析儀以及相關(guān)的儀表儀器，通過電阻法、電壓法以及電流法的綜合運(yùn)用。在使用檢修法進(jìn)行故障檢修中，如果出現(xiàn)互感二次回路故障，需要首先對(duì)互感器的保險(xiǎn)絲進(jìn)行仔細(xì)的檢查，將互感器電源的來源進(jìn)行明確和審核，結(jié)合備用保險(xiǎn)絲的盒和線，接到地板上，對(duì)其電壓進(jìn)行測試，在臨時(shí)的電氣二次回路和互感器之間建立一個(gè)實(shí)體開關(guān)，對(duì)實(shí)際的電氣二次回路在接通電流之后的工作情況進(jìn)行觀察，看是否能滿足習(xí)作實(shí)際需求。如果所有項(xiàng)目都正常，則可認(rèn)定修復(fù)是有效的；如果在其中出現(xiàn)任何的問題，都要隨時(shí)進(jìn)行調(diào)整。電流法主要是在電流中串聯(lián)電流表，在通電的情況下，可準(zhǔn)確地讀出讀數(shù)。該讀數(shù)的大小能反應(yīng)出電路的工作狀態(tài)。開路故障時(shí)電氣二次回路中交流電非常容易出現(xiàn)的一類故障的情況，一般指的是在電流運(yùn)轉(zhuǎn)過程中，發(fā)出了各類的電氣一次回路斷線信號(hào)，儀器的整體顯示其中電流為零值，也就是說沒有電流通過；電流互感器有很大的響聲發(fā)出來，在具體接觸導(dǎo)線處可能還有火花出現(xiàn)[6,7]。

6 結(jié)語

在機(jī)械設(shè)備發(fā)生故障后，要迅速地消除故障。為了加快對(duì)故障的排除，需要采用一些故障診斷方法。機(jī)械設(shè)備故障多是由機(jī)械設(shè)備設(shè)計(jì)缺陷、人為操作失誤以及設(shè)備運(yùn)行維護(hù)不當(dāng)造成的。故障診斷主要包括信號(hào)采集、特征提取、狀態(tài)識(shí)別以及診斷決策4 個(gè)過程。故障診斷的關(guān)鍵在于狀態(tài)的識(shí)別，而狀態(tài)的識(shí)別依賴于數(shù)據(jù)庫中的故障類型，這就要求故障數(shù)據(jù)庫中收錄的信息十分豐富。