礦山機(jī)械電氣設(shè)備故障檢修與分析

張奇，劉加琨

（山東華新建筑工程集團(tuán)有限責(zé)任公司，山東 泰安 271219）

礦山機(jī)械電氣設(shè)備在礦山生產(chǎn)中扮演著重要角色，其正常運(yùn)行對(duì)于保障礦山生產(chǎn)的連續(xù)性和安全性至關(guān)重要。然而，由于礦山環(huán)境的惡劣和設(shè)備長時(shí)間運(yùn)行的特點(diǎn)，設(shè)備故障時(shí)有發(fā)生，嚴(yán)重影響礦山生產(chǎn)的正常進(jìn)行。礦山機(jī)械電氣設(shè)備故障進(jìn)行準(zhǔn)確分析和及時(shí)檢修，對(duì)于提高設(shè)備的可靠性和可用性，降低生產(chǎn)事故的發(fā)生率，保證礦山生產(chǎn)的安全和穩(wěn)定有著重要意義。因此，需要對(duì)礦山機(jī)械電氣設(shè)備故障深入研究，減少生產(chǎn)事故的發(fā)生，提高礦山生產(chǎn)的安全性和效益。

1 礦山機(jī)械電氣設(shè)備故障類型

礦山機(jī)械電氣設(shè)備常見的故障類型包括短路、短路、參數(shù)設(shè)置錯(cuò)誤等。其中，短路故障通常是由于電氣線路中的絕緣層破損、老化或設(shè)備過載等原因?qū)е码娏鳟惓Ａ鞒蹋瑥亩鵁龤щ姎庠O(shè)備或引起其他故障，往往會(huì)對(duì)整個(gè)電氣系統(tǒng)產(chǎn)生嚴(yán)重影響，導(dǎo)致設(shè)備停機(jī)、生產(chǎn)中斷、甚至造成嚴(yán)重的安全隱患；斷路故障是由于線路中斷或接觸不良等原因造成電氣設(shè)備無法正常工作。此外，由于電氣設(shè)備的連鎖保護(hù)也可能導(dǎo)致斷路故障；參數(shù)設(shè)置錯(cuò)誤多數(shù)是由于技術(shù)人員操作失誤或設(shè)備老化引起。例如，技術(shù)人員在操作過程中輸入錯(cuò)誤的參數(shù)或者未按照操作手冊(cè)進(jìn)行正確的參數(shù)設(shè)置，都有可能導(dǎo)致設(shè)備運(yùn)行異常。同時(shí)，隨著設(shè)備的使用年限增加，設(shè)備自身可能出現(xiàn)老化、性能下降等問題，從而導(dǎo)致參數(shù)設(shè)置的不準(zhǔn)確。

2 礦山機(jī)械電氣設(shè)備故障分析方法

2.1 基于專家系統(tǒng)的故障分析

專家系統(tǒng)是一種計(jì)算機(jī)程序，利用人工智能模擬人類專家的知識(shí)和經(jīng)驗(yàn)來解決特定問題。在礦山機(jī)械電氣設(shè)備故障分析中，專家系統(tǒng)可以有效診斷和解決復(fù)雜的電氣故障，采用靜態(tài)特征，比如，將技術(shù)人員觀察到的樣本與傳感器獲取的數(shù)據(jù)進(jìn)行比較，而且一些專家系統(tǒng)具備數(shù)學(xué)函數(shù)和計(jì)時(shí)的功能。專家系統(tǒng)會(huì)在機(jī)械電氣設(shè)備出現(xiàn)故障問題的第一時(shí)間收集關(guān)于故障的各種信息，包括故障的外觀表現(xiàn)、發(fā)生時(shí)間和環(huán)境條件等。然后，調(diào)取專家系統(tǒng)知識(shí)庫中符合條件的知識(shí)，并根據(jù)輸入的故障現(xiàn)象和條件規(guī)則，基于前向推理（從條件到結(jié)論）或后向推理（從結(jié)論到條件）確定可能的故障類型。最后，根據(jù)推理結(jié)果，確定可能的故障類型后，進(jìn)一步進(jìn)行故障診斷和解決，并根據(jù)專家系統(tǒng)的知識(shí)庫，系統(tǒng)可以提供相應(yīng)的故障處理建議或解決方法。

2.2 基于時(shí)間序列的故障分析

雖然在煤礦開采理論和技術(shù)不斷更新發(fā)展下，礦山作業(yè)效率顯著提升，但是機(jī)械電氣設(shè)備故障仍然時(shí)常發(fā)生。但是故障發(fā)生后產(chǎn)生的報(bào)警信息和獨(dú)特的時(shí)間序列特性，可以精準(zhǔn)確定故障所在位置，判斷故障類型，從而及時(shí)處理，防止可能的煤礦安全事故。基于時(shí)間序列的礦山機(jī)械電氣設(shè)備故障分析，可以通過多個(gè)時(shí)間點(diǎn)，連續(xù)測(cè)量同一物理量，從而獲取一系列測(cè)量值序列，如下：

圖1 基于時(shí)間序列的故障診斷流程

在對(duì)礦山機(jī)械電氣設(shè)備進(jìn)行故障分析的過程中，需要做好數(shù)據(jù)驗(yàn)證和預(yù)處理工作，從而檢驗(yàn)獲取的離散時(shí)間序列的平穩(wěn)定是否滿足要求，并保證時(shí)間序列零均值，針對(duì)不符合要求的序列要先進(jìn)行預(yù)處理，之后進(jìn)行建模。在預(yù)處理時(shí)，包括零均值和平穩(wěn)化兩種處理方式。

其中，n為樣本容量，可借用軟件自帶的mean函數(shù)實(shí)施零均值處理。

平穩(wěn)化處理的核心在于找到序列中的趨勢(shì)項(xiàng)，及經(jīng)過零均值處理的序列中的不平穩(wěn)項(xiàng)，以保證處理后的時(shí)間序列符合要求，公式如下：

2.3 基于模糊邏輯理論的故障分析

模糊邏輯理論是一種用于處理不確定性和模糊性問題的數(shù)學(xué)理論，與傳統(tǒng)的布爾邏輯（只有真和假兩個(gè)值）不同，模糊邏輯允許變量的值在0和1之間取任何介于兩者之間的值，這種靈活性使得模糊邏輯能夠更好地處理現(xiàn)實(shí)生活中模糊和不確定的信息。模糊結(jié)論理論和模糊集在風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估方面具有一定的優(yōu)勢(shì)，可結(jié)合工作人員經(jīng)驗(yàn)，對(duì)特定現(xiàn)象，即礦山機(jī)械電氣設(shè)備故障問題，計(jì)算風(fēng)險(xiǎn)系數(shù)。

其中，S為系統(tǒng)發(fā)生影響程度；O為故障發(fā)生頻率；D為潛在故障問題。一般這三個(gè)數(shù)值的取值范圍為1～5或1～7，代表語言數(shù)值，可計(jì)算故障對(duì)系統(tǒng)的影響和故障發(fā)生頻率。

在對(duì)礦山機(jī)械電氣設(shè)備故障基于模糊邏輯理論進(jìn)行分析時(shí)，對(duì)礦山機(jī)械電氣設(shè)備故障進(jìn)行初步檢查，收集故障的基本信息，如故障類型、故障現(xiàn)象等，運(yùn)用模糊邏輯理論對(duì)故障類型進(jìn)行分類，確定故障所屬的類型。在初步判斷的基礎(chǔ)上，對(duì)礦山機(jī)械電氣設(shè)備的各個(gè)部件進(jìn)行詳細(xì)檢查，特別是對(duì)于出現(xiàn)故障的部位要進(jìn)行重點(diǎn)檢查。然后，根據(jù)模糊邏輯理論，分析故障產(chǎn)生的原因，如可能是由于機(jī)械零件的磨損、變形、斷裂等引起的，也可能是由于電路故障、控制系統(tǒng)失靈等原因引起的。根據(jù)分析出的原因，采取相應(yīng)的措施進(jìn)行排除。對(duì)于機(jī)械零件的磨損、變形、斷裂等問題，可以更換新的零件；對(duì)于電路故障、控制系統(tǒng)失靈等問題，可以檢查電路和控制系統(tǒng)并進(jìn)行相應(yīng)的修復(fù)。最后，在故障排除后，對(duì)礦山機(jī)械電氣設(shè)備進(jìn)行測(cè)試和驗(yàn)證，確保其能夠正常運(yùn)行。

3 礦山機(jī)械電氣設(shè)備故障檢修方法

3.1 了解設(shè)備類型與功能

在對(duì)礦山機(jī)械電氣設(shè)備故障進(jìn)行檢修前，需要詳細(xì)了解設(shè)備類型與功能，以便于更好地了解設(shè)備運(yùn)行原理，從中分析出可能出現(xiàn)的故障，進(jìn)而結(jié)合上文故障分析方法，再通過直觀法、參數(shù)調(diào)整法、電壓測(cè)量法、替代法明確故障原因。其中直觀法是通過觀察設(shè)備的外部表現(xiàn)來判斷故障原因。例如，通過觀察設(shè)備是否發(fā)出異常聲音、是否有異常振動(dòng)、是否有煙霧或異味等來初步判斷故障可能的原因。通過這種方法，檢修人員可以快速定位故障區(qū)域，并進(jìn)行進(jìn)一步的檢修和修復(fù)。參數(shù)調(diào)整法適用于電氣元件損壞的情況，通過調(diào)整設(shè)備的參數(shù)，如電壓、電流、頻率等，來觀察設(shè)備的反應(yīng)，以確定具體的故障元件。例如，通過逐步調(diào)整電壓的大小，觀察設(shè)備的工作狀態(tài)是否有變化，從而確定是否存在電壓元件損壞的問題。電壓測(cè)量法是通過使用電壓表或萬用表等工具測(cè)量設(shè)備各個(gè)電路之間的電壓情況，以確定是否存在電路斷開或短路等問題。通過測(cè)量電壓的變化，可確定具體的故障位置。替代法是通過替換可能出現(xiàn)故障的元件或設(shè)備部件，來判斷故障原因。例如，可以替換電路板、電機(jī)等部件，觀察設(shè)備是否恢復(fù)正常工作。如果替換后設(shè)備恢復(fù)正常，說明被替換的部件存在故障。

3.2 制定檢修計(jì)劃

根據(jù)礦山機(jī)械電氣設(shè)備故障原因，制定合適的檢修計(jì)劃。首先，根據(jù)故障原因，確定需要更換的設(shè)備部件，并準(zhǔn)備相應(yīng)的備件，明確備件型號(hào)、規(guī)格、數(shù)量等信息。其次，合理分配維修人員和分工是提高檢修效率的關(guān)鍵，需明確每個(gè)維修人員的職責(zé)和任務(wù)，在檢修前需要準(zhǔn)備好所需的工具和材料，如工具箱、維修手冊(cè)、潤滑劑、清潔劑、緊固件等。最后，采取一系列安全措施來保障維修人員的安全和設(shè)備的穩(wěn)定，明確規(guī)定安全措施的執(zhí)行流程和注意事項(xiàng)，包括設(shè)備斷電、安全警示、操作規(guī)程等。在檢修的過程中，需要嚴(yán)格執(zhí)行檢修計(jì)劃，并根據(jù)實(shí)際情況進(jìn)行靈活調(diào)整。同時(shí)，還需要加強(qiáng)對(duì)設(shè)備的監(jiān)控和維護(hù)，及時(shí)發(fā)現(xiàn)和解決問題，確保設(shè)備的穩(wěn)定性和可靠性。

4 礦山機(jī)械電氣設(shè)備故障預(yù)防措施

4.1 建立定期檢修制度

定期對(duì)設(shè)備進(jìn)行檢查、維護(hù)和保養(yǎng)，及時(shí)發(fā)現(xiàn)設(shè)備存在的潛在問題并采取相應(yīng)的措施進(jìn)行解決，從而避免故障的發(fā)生或者減輕故障帶來的損失。在建立定期檢修制度時(shí)，需要根據(jù)設(shè)備的實(shí)際情況和特點(diǎn)來制定檢修制度，確定設(shè)備的檢修周期，如每年、每季度、每月等進(jìn)行檢修，根據(jù)設(shè)備的使用情況和工作負(fù)荷來確定最合適的檢修時(shí)間間隔；明確每次檢修需要進(jìn)行的具體工作內(nèi)容，包括設(shè)備的清潔、潤滑、緊固、調(diào)整、更換磨損部件等，根據(jù)設(shè)備的特點(diǎn)和使用要求，制定相應(yīng)的檢修標(biāo)準(zhǔn)和操作規(guī)程；建立設(shè)備檢修的記錄系統(tǒng)，詳細(xì)記錄每次檢修的時(shí)間、內(nèi)容、結(jié)果等信息，從而通過記錄追蹤設(shè)備的維護(hù)歷史和故障情況，為后續(xù)的維修和決策提供參考；對(duì)于設(shè)備檢修過程中發(fā)現(xiàn)的故障和問題，及時(shí)進(jìn)行分析和改進(jìn)，通過分析故障的原因和解決方案，不斷提高設(shè)備的可靠性和維護(hù)效率，減少故障的發(fā)生和對(duì)生產(chǎn)的影響。

4.2 加強(qiáng)人員培訓(xùn)

機(jī)械設(shè)備往往容易受到人為操作不規(guī)范等因素的影響而出現(xiàn)各種故障，因此需要通過培訓(xùn)來提高相關(guān)人員的專業(yè)素質(zhì)和操作技能水平。具體而言，可選擇理論培訓(xùn)、實(shí)操培訓(xùn)、案例分析、模擬操作等，結(jié)合現(xiàn)場(chǎng)實(shí)際情況，進(jìn)行現(xiàn)場(chǎng)培訓(xùn)和模擬操作，使培訓(xùn)更加貼近實(shí)際工作環(huán)境。此外，定期對(duì)參與培訓(xùn)的人員進(jìn)行考核評(píng)估，通過筆試、實(shí)操考核、案例分析等形式，檢驗(yàn)工作人員對(duì)培訓(xùn)內(nèi)容的掌握和理解程度。

4.3 實(shí)施設(shè)備監(jiān)測(cè)和診斷技術(shù)

通過對(duì)設(shè)備的實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)和診斷，能夠及時(shí)發(fā)現(xiàn)設(shè)備存在的潛在問題并采取相應(yīng)的措施進(jìn)行解決，從而避免故障的發(fā)生或者減輕故障帶來的損失。具體實(shí)施中可以采取在線監(jiān)測(cè)和離線監(jiān)測(cè)相結(jié)合的方式進(jìn)行監(jiān)測(cè)和診斷，同時(shí)需要結(jié)合設(shè)備的實(shí)際情況制定相應(yīng)的監(jiān)測(cè)和診斷方案。在線監(jiān)測(cè)方面，可通過安裝傳感器和監(jiān)測(cè)設(shè)備，實(shí)時(shí)采集設(shè)備的運(yùn)行數(shù)據(jù)，如溫度、振動(dòng)、壓力、油液狀態(tài)等，及時(shí)發(fā)現(xiàn)設(shè)備異常情況，并進(jìn)行預(yù)警和故障診斷。在離線監(jiān)測(cè)方面，可定期對(duì)設(shè)備進(jìn)行常規(guī)檢查、維護(hù)保養(yǎng)以及設(shè)備的性能測(cè)試等內(nèi)容，檢測(cè)設(shè)備的機(jī)械磨損、潤滑狀態(tài)、電氣性能等方面的問題，并及時(shí)采取維修措施。在數(shù)據(jù)分析和診斷方面，采用數(shù)據(jù)挖掘、機(jī)器學(xué)習(xí)等技術(shù)，對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行處理和分析，建立故障診斷模型，并提出相應(yīng)的維修建議。

5 結(jié)語

總之，由于礦山機(jī)械電氣設(shè)備在運(yùn)行過程中經(jīng)常受到環(huán)境、使用、維護(hù)不當(dāng)?shù)雀鞣N因素的影響，極易導(dǎo)致設(shè)備出現(xiàn)故障，影響生產(chǎn)效率和安全性。因此，對(duì)礦山機(jī)械電氣設(shè)備的故障進(jìn)行分析和檢修至關(guān)重要。只有通過不斷提高檢修技術(shù)水平和對(duì)設(shè)備進(jìn)行全面管理和維護(hù)，才能有效減少設(shè)備故障的發(fā)生，提高設(shè)備運(yùn)行效率和安全性，為礦山的可持續(xù)發(fā)展提供有力保障。