煤礦機械設(shè)備故障分析與診斷技術(shù)及發(fā)展趨勢分析

張秀明，牛娜，聶淼

（1.兗礦東華重工有限公司煤機裝備制造分公司；2.兗煤藍天清潔能源有限公司，山東 濟寧 273500）

在煤礦企業(yè)生產(chǎn)過程中，煤礦現(xiàn)代化、機械化建設(shè)水平不斷提高，機械設(shè)備能夠代替人力完成大量的生產(chǎn)作業(yè)工作，是提高煤炭企業(yè)生產(chǎn)作業(yè)的關(guān)鍵所在，但是，機械設(shè)備的作業(yè)強度較高，在生產(chǎn)過程中不可避免地會出現(xiàn)一定的故障問題，如果故障問題沒有及時識別并維修，會影響整體生產(chǎn)效率。為此，煤礦企業(yè)必須做好機械設(shè)備故障的分析和診斷工作，并不斷創(chuàng)新診斷及時，提高機械設(shè)備故障診斷效率，對于煤礦企業(yè)發(fā)展具有重要意義。

1 煤礦機械設(shè)備的基本特點分析

大部分煤礦企業(yè)的生產(chǎn)都需要在井下完成，機械設(shè)備是現(xiàn)代煤礦企業(yè)生產(chǎn)中必須可少的工具，煤礦生產(chǎn)所采用的機械設(shè)備具有以下幾項基本特征：（1）作業(yè)環(huán)境惡劣。煤礦機械設(shè)備的作業(yè)環(huán)境較為惡劣，在作業(yè)過程中會受到強烈的摩擦、振動以及沖擊，整體作業(yè)環(huán)境較為艱苦，且井下存在大量的煤灰、粉塵與氣體，機械設(shè)備很容易被腐蝕，從而出現(xiàn)故障問題。（2）連續(xù)作業(yè)時間較長。為了滿足煤礦企業(yè)生產(chǎn)計劃，大部分的煤礦機械設(shè)備都需要長時間連續(xù)作業(yè)，在高強度的運行環(huán)境下，機械設(shè)備就會出現(xiàn)一定的故障問題。由此可見，煤礦機械設(shè)備需要長時間在惡劣的井下環(huán)境中作業(yè)生產(chǎn)，所以較為容易出現(xiàn)故障性問題，因此企業(yè)必須做好機械設(shè)備故障診斷與分析技術(shù)優(yōu)化，確保所采用的診斷與分析技術(shù)能夠高效識別出機械設(shè)備存在的故障問題，根據(jù)診斷和分析結(jié)構(gòu)制定相應(yīng)的維修策略，從而能夠有效提高企業(yè)生產(chǎn)效率。

2 煤礦機械設(shè)備故障分析與診斷技術(shù)

根據(jù)當(dāng)前我國煤礦企業(yè)的生產(chǎn)實踐來看，所采用的機械設(shè)備分析診斷技術(shù)具有多種類型，按照機械設(shè)備的實際故障類型，需要采用不同的分析診斷技術(shù)，并考慮到分析診斷技術(shù)的應(yīng)用率和成本問題，選擇最適合的分析診斷技術(shù)。

2.1 振動檢測分析診斷技術(shù)

振動檢測分析診斷技術(shù)是一項作為基礎(chǔ)的技術(shù)類型，在煤礦企業(yè)中應(yīng)用較為廣泛，能夠快速識別出煤礦機械設(shè)備存在的一些簡單故障問題。振動診斷檢測技術(shù)的應(yīng)用原理為：以煤礦機械設(shè)備在運行時產(chǎn)生的信號變化規(guī)律作為基礎(chǔ)，通過對其信號規(guī)律變化，能夠識別出當(dāng)前機械設(shè)備是否存在運行故障問題，如果信號變化規(guī)律存在異常，則說明機械設(shè)備中某一處存在故障。該項技術(shù)應(yīng)用較為簡便，診斷檢測流程快捷，具有實時性較強等多項優(yōu)勢，能夠有效識別出多項多種不同類型的故障問題，所以應(yīng)用較為廣泛，在實際應(yīng)用中具有良好的效果。

2.2 無損檢測分析診斷技術(shù)

根據(jù)當(dāng)前煤礦企業(yè)的生產(chǎn)實踐來看，針對煤礦機械設(shè)備的故障分析與診斷，無損檢測技術(shù)的應(yīng)用較為廣泛，無損檢測技術(shù)是指不對機械設(shè)備造成任何損傷的情況下對其內(nèi)部和外部進行檢測，從而識別出機械設(shè)備存在的故障維問題，機械設(shè)備外部故障檢測主要包括超聲波檢測技術(shù)、磁粉檢測技術(shù)、全息檢測技術(shù)以及滲透檢測技術(shù)等，針對機械設(shè)備的內(nèi)部故障主要采用射線檢測技術(shù)、微波技術(shù)等，能夠起到良好的效果，最主要的是無損檢測技術(shù)不需要對機械設(shè)備進行拆卸等，所以不會產(chǎn)生任何損傷，能夠防止機械設(shè)備故障進一步擴大，從而起到來搞的保護作用。

2.3 紅外測溫分析診斷技術(shù)

許多煤礦機械設(shè)備在運行時，自身溫度較高，所以可以采用紅外測溫診斷技術(shù)，明確當(dāng)前機械設(shè)備整體或局部溫度，如果與標(biāo)準(zhǔn)溫度存在差異，那么則說明該機械設(shè)備存在著一定的故障問題，同時，可以快速判斷故障存在位置，是一項效率較高的診斷技術(shù)，但是應(yīng)用限制較大，只能夠應(yīng)用在作業(yè)溫度變化明顯的機械設(shè)備故障診斷中。

2.4 油液磨損分析診斷技術(shù)

油液磨損診斷技術(shù)在煤礦機械設(shè)備的診斷中較為常見，其基本應(yīng)用流程為：在機械設(shè)備的潤滑和環(huán)保液壓系統(tǒng)中提取油液樣本→利用光譜、鐵鋪分析→通過油液分析技術(shù)對油液的磨削進行識別→判斷油液介質(zhì)的物理變化和化學(xué)變化→根據(jù)結(jié)果分析機械設(shè)備是否存在故障。

3 保障設(shè)備維修性技術(shù)分析

針對煤礦機械設(shè)備的故障診斷和分析，其主要目的是為后續(xù)的維修工作打下基礎(chǔ)，制定科學(xué)的維修方案，所以必須做好設(shè)備維修性保障技術(shù)處理。為了進一步提高煤礦機械設(shè)備的維修性，需要根據(jù)實際情況制定科學(xué)的優(yōu)化策略。在機械設(shè)備設(shè)計方面，必須對機械設(shè)備的功能實現(xiàn)以及其所處作業(yè)環(huán)境進行分析，之后對機械設(shè)備的結(jié)構(gòu)進行簡化處理，從而提高故障維修便捷性。在煤礦機械設(shè)備的可達性設(shè)計中，包括機械設(shè)備內(nèi)部、外部以及工作環(huán)境設(shè)計，同時需要考慮機械設(shè)備的識別性設(shè)計，因為井下作業(yè)條件較為惡劣，且機械設(shè)備的運行和結(jié)構(gòu)較為復(fù)雜，所以需要提高機械設(shè)備識別性，幫助工作人員準(zhǔn)確判斷機械設(shè)備當(dāng)前所處位置。與此同時，需要對機械設(shè)備的標(biāo)準(zhǔn)化和模塊化進行設(shè)計，通過模塊化設(shè)計能夠提高故障定位準(zhǔn)確性，從而提升維修工作效率，且被替換的模塊和零部件可以實現(xiàn)循環(huán)利用，有利于降低機械設(shè)備的維修成本。因此，可以采用建立機械設(shè)備失效模型的方法，確定最佳的維修周期，根據(jù)對煤礦機械設(shè)備的分析結(jié)果，繪制相應(yīng)的失效曲線，其具體表現(xiàn)形式如圖1所示。

圖1 煤礦機械設(shè)備失效曲線

根據(jù)上述曲線的分析結(jié)構(gòu)，結(jié)合機械設(shè)備的電氣原理，通過采用相應(yīng)的檢測技術(shù)，即可明確當(dāng)前機械設(shè)備的故障問題。

4 煤礦機械設(shè)備分析和針對技術(shù)發(fā)展趨勢分析

通過上文分析可以看出，煤礦機械設(shè)備的分析和診斷技術(shù)對于提高作業(yè)安全性、提高生產(chǎn)效率與企業(yè)經(jīng)濟效益具有重要的作用，所以必須明確分析與診斷技術(shù)的發(fā)展趨勢，才能夠提高分析診斷技術(shù)創(chuàng)新水平，以更加科學(xué)的分析和診斷技術(shù)應(yīng)對機械設(shè)備的故障問題。

（1）模糊數(shù)學(xué)在煤礦機械設(shè)備的分析與診斷技術(shù)方面逐漸取得應(yīng)用，因為煤礦機械設(shè)備的故障發(fā)生存在多種復(fù)雜的關(guān)系，故障類型與故障原因具有不對應(yīng)性，所以采用故障樹分析和診斷技術(shù)具有不確定性，不確定性則為模糊性。將模糊數(shù)學(xué)技術(shù)應(yīng)用在煤礦的機械設(shè)備診斷中，能夠得到機械設(shè)備故障原因和故障特點的非線性數(shù)學(xué)模型。在應(yīng)用模糊數(shù)學(xué)技術(shù)時，需要選擇最合適的表現(xiàn)方法，建立故障預(yù)測與故障愿意矩陣，從而能夠更加準(zhǔn)確地分析故障結(jié)果，有利于提升煤礦機械設(shè)備故障分析和診斷效率。

（2）在針對煤礦機械設(shè)備的診斷技術(shù)中，近年來，神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)技術(shù)的應(yīng)用頻率逐漸上升，神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)診斷技術(shù)采用多分辨率的方式，通過對頻率窗和時間窗的結(jié)合，對機械設(shè)備的信號進行動態(tài)化修正，相比傳統(tǒng)的振動分析技術(shù)而言，神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)技術(shù)分析結(jié)果更加準(zhǔn)確，且神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)技術(shù)具有深度學(xué)習(xí)功能，能夠根據(jù)每次檢測的數(shù)據(jù)對自身的數(shù)據(jù)庫進行完善，是一種有效的機械設(shè)備診斷分析技術(shù)，能夠解決一些當(dāng)前無法解決的問題，同時，能夠與數(shù)學(xué)模型等方法得到深度結(jié)合，提高故障分析結(jié)果準(zhǔn)確性，是未來煤礦機械設(shè)備分析與診斷技術(shù)發(fā)展的主要方向。

5 結(jié)語

綜上所述，本文全面闡述煤礦機械設(shè)備的基本特征，并對當(dāng)前所采用的多項故障分析和故障診斷技術(shù)進行分析，同時，提出提高煤礦機械設(shè)備維護性的科學(xué)分析方法，最后對煤礦機械設(shè)備分析和診斷技術(shù)的發(fā)展趨勢進行展望，希望能夠?qū)ξ覈旱V企業(yè)發(fā)展起到一定的借鑒和幫助作用。