故障診斷技術(shù)在煤礦機械設(shè)備中的應(yīng)用

霍龍躍

（山西煤炭運銷集團有限公司 山西省太原市 030006）

煤礦行業(yè)是我國的基礎(chǔ)行業(yè)，與國家發(fā)展和人民生活具有密不可分的關(guān)系，隨著我國裝備制造水平的不斷提升，煤礦機械設(shè)備的種類呈現(xiàn)了明顯的復(fù)雜化演變趨勢，以煤礦井下安全、高質(zhì)量開采為基礎(chǔ)，應(yīng)對煤礦機械設(shè)備進行常態(tài)化故障診斷，科學(xué)提高煤礦井下開采安全系數(shù)，深度踐行安全生產(chǎn)責任制。

1 故障診斷技術(shù)應(yīng)用的必要性與工作特點

煤礦開采工作由于工作性質(zhì)與工作環(huán)境的特殊性，設(shè)備故障出現(xiàn)概率比較高。如果不能及時地發(fā)現(xiàn)并解決問題，將會對煤礦開采工作人員的人身安全產(chǎn)生巨大的威脅。所以在平時的工作中對煤礦開采設(shè)備進行完善的檢查和維護具有非常強的必要性。一方面使用故障診斷技術(shù)對設(shè)備進行充分的檢查可以在第一時間掌握煤礦開采設(shè)備的使用情況，對潛在的故障進行排查，為煤礦開采工作的順利進行提供保障。另一方面大量的工程作業(yè)給施工人員和機械設(shè)備都增加了很多無形的壓力，設(shè)備出現(xiàn)故障的概率也隨之增加，使用故障診斷技術(shù)對一直處于高強度工作環(huán)境的設(shè)備進行排查，可以有效發(fā)現(xiàn)并解決設(shè)備的故障和問題，提升煤礦開采效率的基礎(chǔ)上，大大保障了施工人員的人身安全。

煤礦開采的工作環(huán)境地質(zhì)結(jié)構(gòu)復(fù)雜，空間也很小，機械設(shè)備長期在這樣的工作環(huán)境下運作，很大程度上增加了磨損的情況。所以故障診斷技術(shù)在工作的過程中需要對各類不同的故障進行準確的診斷，有效識別故障的種類并分析解決的措施，提升故障解決的效率。同時，為了節(jié)省時間，故障診斷技術(shù)必須在第一時間做出反應(yīng)，及時對故障進行識別和定位。另外，面對復(fù)雜的作業(yè)環(huán)境，故障診斷系統(tǒng)需要根據(jù)不同的狀況完善數(shù)據(jù)信息，不斷提升自主適應(yīng)能力。

2 煤礦機械設(shè)備常見故障

《煤炭工業(yè)發(fā)展“十三五”規(guī)劃》中明確，到2020年我國要實現(xiàn)煤炭供需基本平衡，煤炭產(chǎn)量控制在39 億噸的目標，相比2016年我國煤炭產(chǎn)量33.6 億噸，具有5.4 億噸的產(chǎn)量差距。為有效滿足《煤炭工業(yè)發(fā)展“十三五”規(guī)劃》中的相關(guān)要求，應(yīng)全面推進煤礦機械化開采，對機械設(shè)備進行故障檢驗至關(guān)重要。以下對煤礦機械設(shè)備常見故障進行介紹：

2.1 煤礦礦井提升設(shè)備故障

煤礦礦井提升設(shè)備在煤礦開采中占有重要地位，通過實際調(diào)查和統(tǒng)計分析可知，目前，該設(shè)備的主要運行故障包括起重機故障、繩索松動故障，這些事故一旦發(fā)生將產(chǎn)生嚴重的事故影響，危害煤礦井下開采人員的生命安全。

2.2 高壓異步電動機設(shè)備故障

圖1：軸承溫度傳感器安裝示意圖

圖2：風電機組振動檢測系統(tǒng)

圖3：傳動軸軸向和徑向檢測位置示意圖

高壓異步電動機設(shè)備具有長期運行特征，目前，其已在我國煤礦井下開采工作中得以廣泛應(yīng)用，受到長期磨損影響，絕緣老化問題將嚴重危害生產(chǎn)安全。

2.3 煤礦采掘機設(shè)備故障

煤礦采掘機的有效應(yīng)用大大提高了煤礦生產(chǎn)效率，該設(shè)備的常見故障主要包括內(nèi)部電子元件損壞引發(fā)的參數(shù)異常變化。

3 故障診斷技術(shù)在煤礦機械設(shè)備中的具體應(yīng)用

3.1 溫度監(jiān)測診斷

通過科學(xué)分析和實踐調(diào)查可知，煤礦機械設(shè)備故障往往伴隨著溫度的異常變化，因此，可通過溫度監(jiān)測判斷煤礦機械設(shè)備的運行狀態(tài)，以下對溫度檢測診斷技術(shù)在煤礦機械設(shè)備管理中的具體應(yīng)用進行介紹：

溫度監(jiān)測診斷技術(shù)診斷能力的發(fā)揮來源于溫度傳感器對機械設(shè)備溫度的實時獲取，考慮到煤礦礦井提升設(shè)備、高壓異步電動機設(shè)備以及煤礦采掘機設(shè)備的故障發(fā)生風險以及故障危害，相關(guān)人員可在這些設(shè)備上靈活安裝溫度傳感器，實時獲取設(shè)備的溫度數(shù)據(jù)。為提高溫度監(jiān)測診斷的精準性，應(yīng)合理規(guī)劃溫度傳感器安裝位置。一般來說，滾動體、鉸鏈、軸承及齒輪等機械構(gòu)件上的溫度能夠有效反饋設(shè)備的運行狀態(tài)，軸承溫度傳感器安裝示意圖如圖1所示。在安裝溫度傳感器的基礎(chǔ)上，相關(guān)人員可在控制平臺上對設(shè)備運行溫度進行分析，結(jié)合設(shè)備的正常運行溫度進行溫度對比，一旦實際運行中的設(shè)備溫度超過正常運行溫度，設(shè)備管理人員需要立刻進行設(shè)備關(guān)停，并查明故障發(fā)生位置，完成煤礦機械設(shè)備的有效檢修。要想進一步發(fā)揮溫度監(jiān)測診斷技術(shù)的作用優(yōu)勢，相關(guān)人員還可結(jié)合設(shè)備正常運行狀態(tài)，設(shè)定運行溫度限值，一旦溫度監(jiān)測診斷技術(shù)檢測到設(shè)備運行溫度超過溫度限值，監(jiān)測系統(tǒng)將立刻導(dǎo)出預(yù)警信息，支持設(shè)備管理人員開展故障檢修。

3.2 振動檢測診斷

由于煤礦機械設(shè)備在運行過程中出現(xiàn)故障時經(jīng)常伴隨著異常振動，可采用振動檢測診斷技術(shù)進行故障分析和故障排除，以下對其進行介紹：

通過實際分析和綜合統(tǒng)計可知，煤礦機械設(shè)備運行過程中轉(zhuǎn)子運行故障、支撐系統(tǒng)運行故障以及連接故障均可能導(dǎo)致異常振動，正常運行狀態(tài)下，機械設(shè)備的振動頻率和振動頻率相對穩(wěn)定，在振動檢測診斷技術(shù)的應(yīng)用過程中，相關(guān)人員可結(jié)合煤礦機械設(shè)備在正常運行狀況下的振動數(shù)據(jù)特征，分析煤礦機械設(shè)備在實際運行過程中是否存在不正常運行狀態(tài)。若經(jīng)過數(shù)據(jù)對比發(fā)現(xiàn)煤礦機械設(shè)備存在異常振動現(xiàn)象，則可判定相關(guān)機械設(shè)備已存在明顯運行隱患，以此為基礎(chǔ)，煤礦機械設(shè)備管理人員可進行故障檢修和隱患排除[1]。另外，振動檢測診斷技術(shù)能夠有效地結(jié)合煤礦機械設(shè)備的運行環(huán)境，獲取煤礦機械設(shè)備在一段時間內(nèi)振動幅度、振動頻率的變化數(shù)據(jù)，判斷機械設(shè)備老化效果，科學(xué)支持設(shè)備管理人員對機械設(shè)備元件進行更換或煤礦機械設(shè)備整體更替，風電機組振動檢測系統(tǒng)如圖2所示。另外，在振動檢測診斷技術(shù)的支持下，相關(guān)人員還能根據(jù)異常振動狀態(tài)下振動幅度、振動頻率與正常振動狀態(tài)下機械設(shè)備振動幅度、振動頻率的差值，判斷故障程度，定位故障位置，提高機械設(shè)備故障檢修效率[2]。

3.3 超聲無損檢測

在煤礦機械設(shè)備檢修和管理過程中，超聲無損檢測技術(shù)具有較高的先進化程度，其能在不損害設(shè)備質(zhì)量的情況下獲知故障、缺陷發(fā)生位置，以下對煤礦機械設(shè)備管理中超聲無損檢測技術(shù)的應(yīng)用進行具體介紹：

相關(guān)調(diào)查表明，2015年~2019年，全國煤礦數(shù)量分別為10800個、7866 個、6794 個、5800 個和5350 個，呈現(xiàn)了明顯的下降趨勢，這表明我國去產(chǎn)能工作已經(jīng)全面轉(zhuǎn)入結(jié)構(gòu)性去產(chǎn)能、系統(tǒng)性優(yōu)產(chǎn)能的新階段。在該階段中煤礦機械設(shè)備運行狀態(tài)的保證至關(guān)重要，超聲無損檢測技術(shù)可向煤礦機械設(shè)備的指定位置發(fā)射超聲波，通過分析波段在發(fā)射前后產(chǎn)生的變化，定位故障發(fā)生位置，判斷機械設(shè)備運行狀態(tài)。在實際檢測中，可根據(jù)公式h=mD/n 計算缺陷深度，其中m 為缺陷回波到第一個物質(zhì)界面波之間的距離；D 為傳動軸直徑；n 為傳動軸地波和第一個界面之間的距離[3]。傳動軸軸向和徑向檢測位置如圖3所示。超聲波無損檢測技術(shù)相比溫度監(jiān)測診斷技術(shù)和振動檢測診斷技術(shù)具有較高的精細化程度，能夠?qū)γ旱V機械設(shè)備內(nèi)部關(guān)鍵部件的實際狀況進行分析，并根據(jù)反饋數(shù)據(jù)判斷機械設(shè)備的使用壽命。

3.4 自動化技術(shù)

基于煤礦機器設(shè)備穩(wěn)定運行對煤礦安全開采的重要意義，機械設(shè)備管理人員和其他相關(guān)人員應(yīng)積極開拓技術(shù)視野，引進自動化技術(shù)，合理優(yōu)化煤礦機械設(shè)備故障檢測系統(tǒng)。

相關(guān)調(diào)查顯示，2015年~2019年，我國煤礦平均年產(chǎn)量分別為34 萬噸/年、43 萬噸/年、51 萬噸/年、61 萬噸/年和70 萬噸/年，可見煤礦井下機械設(shè)備的應(yīng)用已取得顯著成就。在自動化技術(shù)的支持下，煤礦機械設(shè)備故障檢測系統(tǒng)可以有效地結(jié)合溫度監(jiān)測診斷技術(shù)、振動檢測診斷技術(shù)和超聲波無損檢測技術(shù)，對機械設(shè)備的運行狀態(tài)進行全方位獲取。由于溫度檢測診斷技術(shù)、振動檢測診斷技術(shù)和超聲波無損檢測技術(shù)具有不同的檢測重點和檢測優(yōu)勢，機械設(shè)備故障檢測系統(tǒng)可對不同檢測技術(shù)導(dǎo)出的檢測數(shù)據(jù)進行分類儲存和整合分析。在分類儲存空間中，設(shè)備管理人員和設(shè)備檢修人員可以按照相關(guān)需求進行設(shè)備溫度信息、振動信息和關(guān)鍵零部件信息的針對性調(diào)取和分析。而在綜合分析層面上，該系統(tǒng)可以結(jié)合多個檢測數(shù)據(jù)，按照設(shè)備穩(wěn)定運行需求，發(fā)出預(yù)警信息，支持相關(guān)人員快速完成機械設(shè)備故障檢修，通過精準定位機械設(shè)備故障發(fā)生位置，提高機械設(shè)備故障檢修的精準性和針對性，有效延長煤礦機械設(shè)備的使用壽命，提高煤礦井下開采工作的安全系數(shù)。

4 結(jié)論

目前，我國正處于深化能源體制改革工作推進的關(guān)鍵時期，基于煤礦機械設(shè)備運行環(huán)境的復(fù)雜性以及煤礦機械設(shè)備對煤礦井下安全開采工作的重要影響，應(yīng)充分重視煤礦機械設(shè)備故障診斷，靈活應(yīng)用溫度監(jiān)測診斷技術(shù)、振動檢測診斷技術(shù)、超聲無損檢測技術(shù)和自動化技術(shù)，及時發(fā)現(xiàn)設(shè)備運行隱患，并加以排除。