矿山机电设备维修中故障诊断技术应用探讨

董建廷

（临矿集团株柏煤矿，山东 临沂 276112）

1 故障诊断技术的发展

19 世纪60 年代，美国在宇航局的倡导下率先着手对机械设备的故障诊断技术进行开发，随后英国和日本也加入了故障诊断技术开发的行列，并取得了世界机电设备故障诊断的世界领先地位。我国初步接触机电设备诊断技术是从1979年开始，截至目前已经经历了几十年的发展，故障诊断技术已经普遍应用在航空航天、汽车、机床和矿山设备等领域。我国虽然在故障诊断技术开发中起步较晚，但是进步的速度较快，在一些特定设备的故障诊断研究方面发挥了我国的技术特色，形成了我国特有的监测技术，甚至已经赶超了其他技术先进国家。

2 故障诊断的方法

（1）故障的检测。机电设备发生故障时，机电设备的系统参数将会发生不同程度的变化，例如，当机电设备处于故障状态中时，系统的输出变量、状态变量、物理参数和模型参数等会出现一个或者多个数据的变化。对设备这些变量进行监测，通过数据发生偏离来判断故障。故障检测工作的重点在于如何确保检测的及时性，提高检测数据的准确性，降低故障检测的误差以及故障的漏报情况。

（2）故障的诊断。故障诊断是通过对故障检测数据进行分析，确定出机电设备故障的部位，判断设备故障的类型并对故障发生原因、产生的影响效果和发生时间进行评估，进而形成对故障的评价和决策。故障的评估和决策的过程是结合故障发生类别及损伤程度决定是否采用修复和更换等措施的判断过程，进而对故障进行控制，降低故障发生中的生产效益损失和安全事故发生概率。

（2）故障的修复。结合故障诊断结论，采取形影的控制或重构等措施使机电设备系统能在故障发生中保持稳定和性能的改善。对矿山电气设备而言，故障修复是基于自动控制和状态监测、故障诊断紧密结合基础而得出的有效处理方式。

3 矿山机电设备故障的特点

（1）矿山机电设备故障的潜在性。矿山生产环境较为复杂，一些机电设备长期处在灰尘和潮湿环境中运行，机电设备零部件和供电线路容易受到环境因素影响过早产生缓慢老化和锈蚀；此外，矿山机电设备要适应矿山生产的长时间运转，加大了故障的发生概率。因此，矿山机电设备的机械故障在生产过程中是无法从根本上避免的，具有潜在性。

（2）矿山机电设备故障的规律性。矿山机电设备长时间处在恶劣生产环境中，环境的变化带来设备运行过程中零部件的老化而使潜在的故障发生概率增加。矿山机电设备在生产过程中具有一定的抵御环境变化因素影响的设计，因此，受到环境因素影响产生故障的位置往往具有较高的规律性。故障发生的规律性有利于工作人员对机电设备故障作出准确的判断。

（3）矿山机电设备故障的耗损性。矿山机电设备一般都具有较为固定的使用寿命，在寿命周期范围内，矿山机电设备故障发生概率不仅与日常的维修和维护密切相关，使用方法也对机电设备具有重大影响。矿山企业生产工作强度大、时间长，设备处于长时间运转中，零部件会因运转产生高温高热，长时间高效运转将加快机械的磨损，降低了机电设备的使用性能。

（4）矿山机电设备故障的模糊性。矿山机电设备长期处在恶劣环境中工作，从工作的强度上和工作时间上，设备长期处于满负荷的工作状态中，尽管在机电设备的设计中兼顾到了最大使用功率和额定功率的范围，但是各零部件之间的损耗均处于工作参数的临界状态，增加了故障的不确定性。

4 矿山机电设备故障形成因素分析

（1）设备更新换代能力差。矿山企业在生产中对机电设备的依赖性较强，矿山机电设备的工作效率对企业经济效益具有重要的影响。一些矿山企业为了能够提高企业经济效益，往往忽视对机电设备的保养和检修。此外，矿山机电设备往往价格较高，企业为了能够降低在设备方面的投入，尤其在设备的更新换代方面，更要经过企业经过对经营情况综合衡量后才能做出决策。矿山机电设备更新换代能力弱，导致生产技术陈旧的设备应用到机电设备系统中，给整个生产机械系统带来了木桶效应，机电设备系统故障发生概率加大。

（2）矿山机电设备运行中的损耗。矿山机电设备长期处在高速运行中，零部件在运行中产生高温高热，增加了关键部位的磨损程度；长期处在高负荷状态下运转，机电设备受力位置温度将会过高，间隙将会增大，甚至会导致一些部件的扭曲和变形，增加了设备故障的发生。另外，受到工作环境酸碱值的影响，设备零部件也会产生一定的腐蚀，加重了机电设备运行中的损伤。

（3）矿山机电设备零部件配合关系变化。矿山机电设备是有各个具有一定功能的零部件组成，在安装调试和运行过程中，各个零部件的协调工作，确保了矿山机电设备的综合使用性能。在长期的工作中，各个零部件的运行状态和环境因素发生了变化，零部件的物理状态也在不断改变，导致零部件之间的配合关系发生变化。零部件的配合度无法满足机电设备运行要求时，导致机电设备故障的发生。例如，机电设备中的某个零部件产生磨损，将在设备运行中产生高温高热，带来其他零部件工作环境的变化，破坏了零部件的整体配合度，长期处在不佳的配合关系状态下，不仅会带来设备的故障，也会对其他零部件带来损伤。

（4）机电设备的超荷载运行。在市场经济环境下，企业往往将经济效益作为运营的核心目标，希望能够在最短时间内完成最大的工作量，提高生产效率，创造更高的经济价值，进而对机电设备的使用性能产生了忽视。机电设备长期处在高负荷状态下运行，后期的保养和维护跟进不到位，就会导致故障发生概率的加大，甚至缩短了机电设备的使用寿命。随着科技的发展，一些企业开始使用智能化设备，当机电设备处于负荷临界值时，智能系统将会发出报警，甚至会终端设备的运行，不仅降低了因设备超负荷运行带来的设备故障，也提高了设备工作的安全性。

5 矿山机电设备故障诊断技术

（1）维修人员经验诊断技术。矿山机电设备长期处在特定的工作环境和工作状态中，故障的发生呈现出一定的规律性，这种故障发生的特点给维修人员经验诊断技术带来了可能。在实际矿山企业生产中，主观诊断是一种较为简单有效的故障诊断方法，这种方法需要相关工作人员具有较丰富的实践经验，适合于矿山企业应急维修。但是，这种主观诊断也存在较多的弊端，主要表现在诊断的准确度较低，对故障的综合判断具有局限性。机电设备是有各个零部件构成的和谐的整体运行环境，一个位置发生状态变化，必然将会带来其他零部件工作状态的变化，单纯依赖于经验进行故障诊断，常常会产生头疼医头脚疼医脚的结果。

（2）振动监测诊断技术。振动监测诊断是借助于检测设备辅助完成的，通过设备的振动参数和表现的振动特征对矿山机电设备进行状态分析，进而实现对设备故障的判断。这种方法在矿山机电设备故障诊断中应用较为广泛。通过振动监测不仅能够得出较为全面的振动参数，作为分析和判断的依据，还能够在检测过程中确保设备的安全，避免检查过程带来的设备损伤。矿山机电设备的运行必然会带动设备的振动，振动信息表明机械的工作状态，机械振动参数包括机械启动的加速度、运行速度和产生的位移等。在进行振动监测时，设备维修工作人员要选择合适的振动测量点，结合机电设备频率选择测量的参数和传感器。在测量点的选取中，一般选择能够对机械运行具有全面监测的位置，而且测量点尽量接近易损位置，这样能够确保振动监测信号的有效性。振动传感器对机械运行的振动信息监测后，将设备的状态信号放大滤波后输送到转换器，通过转换器将模拟信号转换为数字信号后，传输到数据分析和处理诊断装置中进行分析，对数字信号进行分析后，输出振动位移变化曲线图和频谱图作为机电设备故障诊断的依据。振动监测诊断技术更加科学，能够实时对设备进行监测，而且形成的数据分析报告更加直观，能够反映机电设备的动态特征和机械运行过程中的变化，具有较高的应用价值。

（3）油液磨屑分析检测故障诊断技术。这种故障诊断技术是通过对油液磨屑进行采集，识别油液状态和磨屑形状，对油液的物理和化学状态进行分析，进而得出机电设备的运行状态结论。这种方法一般用于矿山机电设备的润滑系统和液压系统的故障检测中。机械的运行将带来零部件金属表面的磨损，运行状态的改变，磨损的程度也会发生改变，磨屑形状和数量也会产生相应的变化，这些磨屑进入油液中，带来油液的污染。因此，油液磨屑监测被作为机械运行状态监测的表面特征。

（4）红外测温诊断技术。矿山机电设备运行过程中各个部位将发生温度的变化，红外测温诊断技术是基于对温度变化范围分析进而对机电设备运行状态进行判断的方法。机电设备运行中产生的磨损、管道线路的阻塞、油液的润滑和降温性能以及电路通畅程度都能够通过测温进行分析，因此，红外测温故障诊断技术在矿山机电设备故障诊断中应用较为普遍。这种技术能够在较远的距离采用非接触的方式对温度进行监测，获得较为准确的实时温度测量参数，反应机电设备运行的环境温度变化和工作状态。在进行数据测量过程中，要注意外界环境温度的影响，对测量数据进行修正，经过修正的数据通过接口传输到计算机系统中，实现对机电设备运行过程中的监测，通过与规范参数的比较，当温度数据超出正常范围时进行报警。红外线测温诊断技术使矿山机电设备故障诊断具有智能化，能够避免机电设备运行状态的进一步恶化，对确保设备正常运行和提高机电设备使用寿命具有重要作用。

6 结语

矿山机电设备在矿山企业生产中发挥着重要的作用，不仅能够提高生产效率，确保企业经济效益，还能够提高设备运行安全系数，为安全生产提供保障。随着当前计算机和网络科学技术的发展，矿山机电设备故障诊断技术逐渐向着远程协作和智能化技术发展，机电设备运行状态的监测数据的收集、处理和分析将更加快捷，设备故障诊断更加准确，实操性能将越来越高，进而促进我国矿山机电设备诊断技术水平的提高。