礦井機(jī)電設(shè)備故障分析與維修技術(shù)研究

章俊

摘 要：為高效、快速解決礦井機(jī)電設(shè)備故障，促進(jìn)礦井穩(wěn)定、連續(xù)、安全生產(chǎn)，進(jìn)行了礦井機(jī)電設(shè)備故障分析與維修技術(shù)的研究。在分析礦井機(jī)電設(shè)備常見故障以及故障產(chǎn)生原因的基礎(chǔ)上，詳細(xì)闡述了基于設(shè)備運(yùn)行狀態(tài)和設(shè)備管理的兩種礦井機(jī)電設(shè)備故障診斷方案，并分析其應(yīng)用場景和優(yōu)缺點(diǎn)，最后分析了礦井機(jī)電設(shè)備維修中存在的問題。

關(guān)鍵詞：故障分析;故障診斷;機(jī)電設(shè)備;礦井

中圖分類號：TD407;TD607 文獻(xiàn)標(biāo)識碼：A 文章編號：1003-5168（2021）29-0078-03

Research on Fault Analysis and Maintenance Technology of

Mine Electromechanical Equipment

ZHANG Jun

（Shanxi Baoli Pingshan Coal Industry Co.， Ltd.， Jincheng Shanxi 048205）

Abstract：In order to solve the failure of mine electromechanical equipment efficiently and quickly， and promote the stable， continuous and safe production of mine， the research on the failure analysis and maintenance technology of mine electromechanical equipment was carried out. Based on the analysis of common faults and causes of mine electromechanical equipment， the article elaborates on two mine electromechanical equipment fault diagnosis schemes based on equipment status operation and equipment management， and analyzes application scenarios， advantages and disadvantages. Finally， the maintenance technology and existing problems of mine electromechanical equipment are analyzed.? for reducing the failure rate of mine electromechanical equipment and improving the level of maintenance.

Keywords： fault analysis;fault diagnosis;maintenance technology;electromechanical equipment;mine

礦井機(jī)電設(shè)備是煤礦高效率、高質(zhì)量安全生產(chǎn)系統(tǒng)的重要組成部分，如綜掘工作面的掘進(jìn)機(jī)、連續(xù)采煤機(jī)、破碎機(jī)、梭車;綜采工作面的采煤機(jī)、液壓支架、刮板輸送機(jī)、轉(zhuǎn)載運(yùn)輸機(jī);負(fù)責(zé)礦井通風(fēng)的局部通風(fēng)機(jī);負(fù)責(zé)井下無軌運(yùn)輸?shù)溺P車、支架搬運(yùn)車、料車、載人車等。對礦井機(jī)電設(shè)備進(jìn)行科學(xué)合理的維修檢查，降低礦井機(jī)電設(shè)備的故障發(fā)生率是提升礦井機(jī)電設(shè)備運(yùn)行效率、實(shí)現(xiàn)煤礦安全高效生產(chǎn)的有效途徑[1-2]。為將礦井機(jī)電設(shè)備故障影響降至最低，煤礦企業(yè)及科研機(jī)構(gòu)對礦井機(jī)電設(shè)備故障預(yù)警展開了一系列研究，田曉斐[3]針對礦井提升機(jī)設(shè)計(jì)了設(shè)備故障信號頻域分析檢測系統(tǒng)，提升了礦井提升機(jī)的故障預(yù)警水平;王慧敏[4]開發(fā)了基于高階累積量信號分析的礦井設(shè)備機(jī)械故障檢測診斷系統(tǒng)，可實(shí)現(xiàn)礦井設(shè)備振動信號的時(shí)域、頻率及現(xiàn)代譜分析，準(zhǔn)確診斷設(shè)備故障;張建勛[5]基于VC++及仿真軟件實(shí)現(xiàn)了對掘進(jìn)機(jī)齒輪的故障診斷，可根據(jù)采集的數(shù)據(jù)信號繪制時(shí)頻域圖并完成傅立葉變換，實(shí)現(xiàn)對掘進(jìn)機(jī)齒輪斷齒、磨損、劃傷等故障的判斷。筆者以礦井機(jī)電設(shè)備為研究對象，分析常見故障及故障原因，詳細(xì)闡述基于設(shè)備運(yùn)行狀態(tài)和設(shè)備管理的故障診斷方案，為降低礦井機(jī)電設(shè)備故障發(fā)生率，實(shí)現(xiàn)礦井高效、高質(zhì)量生產(chǎn)提供支持。

1 機(jī)電設(shè)備故障原因

①運(yùn)行時(shí)間過長，如刮板輸送機(jī)保持長時(shí)間連續(xù)不間斷高負(fù)荷運(yùn)行，造成機(jī)頭、機(jī)尾電動機(jī)發(fā)生過載、過流、兩相粘連等故障，縮短電動機(jī)使用壽命;高強(qiáng)度長時(shí)間運(yùn)行使得礦井機(jī)電設(shè)備間的配合度下降，極易發(fā)生斷鏈、跑偏及機(jī)械故障。②超負(fù)荷運(yùn)行，如掘進(jìn)機(jī)截割較堅(jiān)硬的煤層時(shí)，會因截割功率低燒毀截割電動機(jī)，引發(fā)安全故障;刮板輸送機(jī)長時(shí)間超載運(yùn)行后會引發(fā)機(jī)頭、機(jī)尾電動機(jī)故障;液壓支架推移油缸存在管路堵塞時(shí)會引發(fā)油泵電動機(jī)故障等。③礦井機(jī)電設(shè)備部件缺陷，如部件尺寸、形態(tài)、性能與標(biāo)準(zhǔn)部件存在較大差異會影響礦井機(jī)電設(shè)備的安全、連續(xù)運(yùn)行，存在故障風(fēng)險(xiǎn)。

2 機(jī)電設(shè)備故障診斷

2.1 基于設(shè)備運(yùn)行狀態(tài)的故障診斷

基于設(shè)備運(yùn)行狀態(tài)的故障診斷流程如圖1所示。對礦井設(shè)備的原始信號進(jìn)行預(yù)處理后，進(jìn)行時(shí)域、頻域、現(xiàn)代譜分析。根據(jù)分析結(jié)果提取特征值，完成解釋輸出、診斷推理、故障特征庫后輸出該礦井設(shè)備的故障診斷結(jié)果。

2.1.1 時(shí)域分析。礦井設(shè)備運(yùn)行狀態(tài)原始數(shù)據(jù)信號時(shí)域分析方法即觀察原始數(shù)據(jù)信號的時(shí)域波形數(shù)據(jù)，如周期、幅值、波形及變化規(guī)律等。采用概率密度函數(shù)ρ（x）表征時(shí)域信號幅值概率，可直觀說明礦井設(shè)備正常運(yùn)行、異常運(yùn)行時(shí)的振動信號明顯差異。采用偏態(tài)指標(biāo)[Ki]及峭度指標(biāo)[Kj]表征時(shí)域信號概率密度分布的偏峭程度，即獲取信號偏離正態(tài)分布的程度。該值越大，表明該礦井設(shè)備發(fā)生故障的概率越大[6-7]。礦井設(shè)備狀態(tài)時(shí)域分析方案適用于對礦井設(shè)備典型信號的簡易診斷分析，且需要由具有故障診斷分析經(jīng)驗(yàn)的專業(yè)人員完成。

2.1.2 頻域分析。礦井設(shè)備狀態(tài)運(yùn)行原始數(shù)據(jù)信號頻域分析方法即將原始數(shù)據(jù)信號進(jìn)行傅立葉變換，頻率為以橫坐標(biāo)，可分析該原始信號的幅值、相位。對比正常運(yùn)行數(shù)據(jù)的特征頻譜、細(xì)化譜、解周譜，發(fā)現(xiàn)礦井設(shè)備故障運(yùn)行數(shù)據(jù)，最終鎖定礦井設(shè)備故障。

2.1.3 現(xiàn)代譜分析。礦井設(shè)備狀態(tài)運(yùn)行原始數(shù)據(jù)現(xiàn)代譜分析方法即將原始數(shù)據(jù)信號進(jìn)行小波分析和Hilbcrt-Huang變換，使變換后的信號具有較好的時(shí)頻局部化特性、去噪能力及高分辨率，從而更加準(zhǔn)確、直觀、便捷地檢測礦井設(shè)備故障[8]。

2.2 基于設(shè)備管理的故障診斷

基于設(shè)備管理的礦井設(shè)備故障診斷流程如圖2所示?；谠O(shè)備管理的故障診斷由系統(tǒng)監(jiān)測子系統(tǒng)、數(shù)據(jù)分析子系統(tǒng)、數(shù)據(jù)管理子系統(tǒng)、用戶管理子系統(tǒng)及系統(tǒng)幫助子系統(tǒng)5部分組成。系統(tǒng)監(jiān)測子系統(tǒng)用于完成礦井設(shè)備運(yùn)行狀態(tài)的在線實(shí)時(shí)監(jiān)測，如監(jiān)測采煤機(jī)設(shè)備運(yùn)行時(shí)的牽引方向、牽引速度、截割滾筒高度、截割頻率、電動機(jī)電壓及電動機(jī)溫度等，完成礦井設(shè)備數(shù)據(jù)的在線周期性采集及時(shí)域指標(biāo)計(jì)算;數(shù)據(jù)分析子系統(tǒng)用于完成礦井設(shè)備運(yùn)行狀態(tài)數(shù)據(jù)的時(shí)域、頻域波形實(shí)時(shí)顯示及頻譜分析，同時(shí)需要對安裝在礦井設(shè)備本體的傳感器數(shù)據(jù)進(jìn)行分析，判斷傳感器數(shù)值是否超限，如果超限，則需要發(fā)出故障預(yù)警;數(shù)據(jù)管理子系統(tǒng)用于完成礦井設(shè)備運(yùn)行狀態(tài)數(shù)據(jù)的存儲、查詢、刪除等，并可直觀地給出指定特征信號的歷史曲線、實(shí)時(shí)動態(tài)曲線;用戶管理子系統(tǒng)用于完成故障診斷控制平臺用戶的信息管理、登錄/退出管理，還可設(shè)置、修改使用權(quán)限[8];系統(tǒng)幫助子系統(tǒng)可方便用戶進(jìn)行幫助信息查詢。以礦井設(shè)備管理為基礎(chǔ)，各大煤礦企業(yè)大力推廣礦井設(shè)備點(diǎn)檢制，對礦井設(shè)備進(jìn)行信息化、網(wǎng)絡(luò)化管理，進(jìn)而實(shí)現(xiàn)礦井設(shè)備故障診斷的智能化。

3 機(jī)電設(shè)備故障診斷流程及面臨的修維問題

礦井機(jī)電設(shè)備故障診斷系統(tǒng)運(yùn)行流程如圖3所示，設(shè)備運(yùn)行過程中，控制系統(tǒng)實(shí)時(shí)采集安裝在礦井機(jī)電設(shè)備機(jī)身的傳感器數(shù)據(jù)[9-12]，經(jīng)信號分析、邏輯判斷后，診斷該傳感器數(shù)據(jù)是否超出設(shè)定的閾值，如果超出，則需停機(jī)檢修;沒有超出，則繼續(xù)實(shí)時(shí)監(jiān)測。

為保證礦井機(jī)電設(shè)備穩(wěn)定、連續(xù)、安全運(yùn)行，要加強(qiáng)對礦井機(jī)電設(shè)備的科學(xué)管理修與維，將故障、事故發(fā)生率降至最低。礦井機(jī)電設(shè)備維修面臨的問題主要有以下幾個(gè)。①專業(yè)礦井設(shè)備維修人員嚴(yán)重缺乏。由于煤礦工作環(huán)境惡劣，專業(yè)機(jī)電設(shè)備維修人員來礦工作的意愿不強(qiáng)，人才缺口現(xiàn)象嚴(yán)重。②礦方重視程度不夠。礦方一味追求生產(chǎn)效益，例如：未能及時(shí)完成礦井機(jī)電設(shè)備的維修、維護(hù)，甚至礦井機(jī)電設(shè)備出現(xiàn)故障時(shí)“帶病”工作。③機(jī)電設(shè)備維修不科學(xué)。未制定科學(xué)、合理、周期性的設(shè)備維修方案;未及時(shí)發(fā)現(xiàn)設(shè)備運(yùn)行過程中的微小磨損、細(xì)微隱患。

4 機(jī)電設(shè)備診斷預(yù)警系統(tǒng)

礦井機(jī)電設(shè)備診斷預(yù)警系統(tǒng)如圖4所示，分為在線監(jiān)測、信號處理、數(shù)據(jù)庫管理、用戶管理以及幫助系統(tǒng)5個(gè)部分，是一個(gè)實(shí)時(shí)的多線程系統(tǒng)[13-16]。在線監(jiān)測模塊主要完成對機(jī)電設(shè)備運(yùn)行狀態(tài)和傳感器數(shù)據(jù)的監(jiān)測;信號處理模塊主要對采集到的傳感器數(shù)據(jù)進(jìn)行A/D轉(zhuǎn)換、閾值判斷以及邏輯處理等;數(shù)據(jù)庫模塊主要用于存儲機(jī)電設(shè)備的電壓、電流、故障信息、傳感器數(shù)據(jù)等;用戶管理模塊用于完成對登錄該預(yù)警系統(tǒng)的用戶的分級管理，不同級別的用戶權(quán)限不同;幫助系統(tǒng)用于對該預(yù)警系統(tǒng)中遇到的問題進(jìn)行簡單提示和幫助。

礦井機(jī)電設(shè)備診斷預(yù)警系統(tǒng)中的核心功能為數(shù)據(jù)管理，如圖5所示。該系統(tǒng)可實(shí)現(xiàn)機(jī)電設(shè)備診斷數(shù)據(jù)的存儲、顯示、查詢以及刪除，還能實(shí)時(shí)更新礦井機(jī)電設(shè)備預(yù)警數(shù)據(jù)，同時(shí)與故障監(jiān)控平臺進(jìn)行無縫銜接，在線、實(shí)時(shí)顯示故障信息，提示礦井機(jī)電設(shè)備維護(hù)人員及時(shí)發(fā)現(xiàn)并解決故障[17-18]。

5 結(jié)語

以礦井機(jī)電設(shè)備為研究對象，詳細(xì)分析了礦井機(jī)電設(shè)備的常見故障及故障產(chǎn)生原因。針對礦井機(jī)電設(shè)備故障診斷，闡述了基于設(shè)備運(yùn)行狀態(tài)和設(shè)備管理的兩種故障診斷方案，指出各自的應(yīng)用場合及優(yōu)缺點(diǎn)，并分析了礦井機(jī)電設(shè)備維修技術(shù)中存在的問題。為保證礦井機(jī)電設(shè)備連續(xù)、穩(wěn)定、安全運(yùn)行，需要加強(qiáng)礦井機(jī)電設(shè)備的維修、故障診斷、故障預(yù)警工作，提高礦井生產(chǎn)的經(jīng)濟(jì)效益和安全性。

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