防爆支架搬运车日常维护保养和故障诊断智能化系统的研究*

杨建勇

(1.中国煤炭科工集团太原研究院有限公司， 山西 太原 030006；2.山西天地煤机 装备有限公司， 山西 太原 030006)

0 引言

20世纪90年代，中国能源集团神东煤矿分公司率先引进了支架搬运车和多功能铲板车,用于搬家倒面中的重型支架、采煤机、刮板和溜槽等重型设备的运输，高效快捷的搬家设备及工艺改变了煤矿辅助运输的运行，提高了煤矿的运行效率[1]。同时由于这些支架搬运车、多功能车设备庞大，采购资金量大，一旦发生故障,影响煤矿巷道的安全运行，因此受到格外的关注。

防爆支架搬运车日常维护方面，依据整机使用说明书的要求进行维护，机械设备的使用状态三分在用，七分为养，即使细致的保养也难以保证设备不会发生故障，同时各煤矿对设备的日常维护保养参差不齐，国有大型煤矿制定完备的制度，定期对设备进行维护，而有的煤矿疏于投入，直到设备发生故障时才维修，对设备的维护保养不到位[2]。

为了避免因惰性因素造成设备的维护保养不到位的情况，同时避免发生故障后堵塞巷道的严重情况，需引进先进技术，加强设备的日常维护保养，缩短设备故障诊断时间，降低维修成本。日常维护保养和故障诊断的智能化系统集成了计算机技术、测试技术和信息技术等综合的先进系统，判断设备是否需要保养，判断故障点，提示维修方案，节约维修时间。根据国内外相关资料，采用故障诊断技术带来的经济和社会效益显著[3]。根据日本调查统计资料，采用设备故障诊断后，企业平均事故率下降到25%，设备的维护成本也大大降低。我国鞍钢集团采用故障诊断技术后，冷却器的维护成本下降到总产值的10%[4]，因此,智能化系统在工业设备安全稳定运行中具有推广意义。

1 防爆支架搬运车现有保养维修模式

防爆支架搬运车分为框架式和铲板式，图1为铲板车式支架搬运车模型。

图1 铲板式支架搬运车

支架搬运车的日常维护保养主要集中在防爆柴油机、气动系统、液压系统、电气系统以及转向铰接区域的维护[5]，特别要注意设备使用的油品和冷却液的数量和规格型号等[6]。

山西天地煤机是专门研制煤矿井下防爆车辆的高科技企业，经过多年的发展，公司具备先进的科研体系、专业的售后服务队伍，在锦界、保德等煤矿对防爆车辆进行了专业化服务，积累了经验[7]。但目前煤矿防爆车辆使用客户分布范围广，专业化队伍人员较少，无法做到点面服务到位的情况。同时煤矿客户在保养方面存在一定的缺陷，例如缺乏专职专业人员跟踪车辆的运行状态，无法对故障进行判断，导致车辆发生故障后需多方配合才能找到故障点，浪费了时间，影响客户的工程进度。

2 日常维护和故障诊断的智能化系统

为了辅助煤矿工作人员按时保质进行日常维护和快速诊断防爆车辆的故障，同时积累故障诊断相关的经验，针对性地提出基于日常设备维护和故障诊断的智能化系统，将维护保养和故障诊断结果可视化，提示工作人员进行相关操作，使专业化日常维护保养服务的知识和多年故障诊断经验能够更好地被煤矿企业共享和使用。

图2是日常维护保养和故障诊断的智能化系统的拓扑图，该系统分为设备运行信息收集部分和信息处理部分，保养、故障预警可视化屏幕和程序植入部分。设备运行信息收集部分是在防爆车辆信息采集部位布置传感器，收集设备运行的各项参数。故障分析单元部分是整个系统的核心，具备日常保养维护和故障诊断判断两个模块，通过已植入智能化程序核对车辆是否进入保养阶段，判断设备的故障信息，并通过人机交互界面提醒相关的工作人员。同时该系统具备无线传输功能可将最新设备运行和故障信息传递到煤矿客户的管理系统。该系统具备程序更新模块，通过程序植入部分端口将研发、售后人员积累的新经验植入到系统中，不断维护智能化系统的及时性，保障设备安全稳定的运行。

图2 日常维护保养和故障诊断的智能化系统的拓扑图

2.1 系统日常维护保养模块

防爆支架搬运车用于煤矿搬家倒面的支架运输，井下道路坑洼曲折，经常长距离大坡度运行，使用工况恶劣，对设备要求非常严格。智能化系统的日常维护保养模块将专业化服务信息进行计算机语言编程，配合设备实际运转时间和行驶里程信息,提醒维护保养人员进行对应的维护措施。

客户之前按照表1规定的保养内容进行维护，客户在库房准备空气滤芯、机油和黄油等辅料，等待设备保养人员的需求[8]。保养时，保养人员从库房领取辅料对设备进行维护，过去没有定量的参数可以参照，保养项目和保养质量无人监督，容易造成维护保养项目的缺失或维护不到位[9]。

表1 定时保养项目

装配智能化系统人机交互界面对维护人员进行提示，显示相关的保养项目，自动将信息传递到库房准备相应的辅料，待保养人员完成保养后进行人机交互界面的操作，系统进入检测模式，通过压力、温

度、流量等传感器传回的信号，检测保养项目是否维护到位。

2.2 系统故障诊断模块

防爆支架搬运车运行时粉尘非常大，工况复杂，防爆柴油机是支架搬运车的心脏，对柴油机要求非常严格，因此,该部分必须具备可靠、耐用、故障率低等特性[10]，本文以防爆柴油机的故障诊断智能化系统为例。

防爆柴油机是一种结构复杂的往复式运动机械，故障现象与发生故障的原因之间不一定一一对应，因此,对防爆柴油机进行故障的诊断需要有专业的研发和维修人员才能判定，确定方案后,售后服务排除故障。但是，在煤矿井下的复杂环境中，由于空间、照明、维修场地和下井人员的限制，不可能安排很多专业人员在良好的工作环境中共同进行诊断工作。因此，需要利用计算机开发的故障诊断模块，帮助煤矿设备维修人员及时找到故障点，排除故障，从而保证煤矿井下设备的安全稳定运行。近年来，国内外都致力于研究机械设备的故障诊断技术，其广泛应用于各个领域，然而在防爆柴油机的故障诊断领域，尚属于研究阶段。地面故障诊断领域现有的技术有：故障树分析方法、热力参数分析法、油液分析法振动分析法、基于神经网络的诊断方法[11]、基于专家系统的诊断方法等。故障树分析方法属于正向推理，符合煤矿客户对故障诊断的思维习惯，较为简单，因此,采用故障树分析方法较为适合煤机行业。故障树分析方法的核心是系统已有的程序化专家知识系统，将现有的常见故障和排除方案。编程进入智能化系统，如表2所示。发生故障诊断时，对传感器传递到故障分析单元的数据进行逻辑处理，经过推理分析，在人机交互界面显示给相关工作人员，若故障特征匹配不成功,逻辑进入事实数据库，反之进入人机交互界面提示工作人员进行故障处理，如图3所示。

图3 故障诊断逻辑

表2 常见故障和排除方案

依据逻辑推理原理进行传感器的布置和故障分析单元的布置，供电部分由交流发电机、电压调节器、蓄电池箱和电源开关组成[12]。矿用防爆日常维护保养和故障诊断智能化系统实时监测运转时间、行驶里程、温度信息、流量信息、转速信息、振动信息、压力信息和其他信息等物理信息[13]，通过逻辑处理和运算实现支架搬运车的日常维护保养和故障诊断判断，信息显示在人机界面[14]，对无法处理的故障信息通过接口/专家处理部分得以解决，系统电气原理如图4所示。

1-隔爆型永磁发电动机；2-隔爆型发电机调节器；3-矿用隔爆型信号开关；4-煤矿用移动轻型橡套软电缆；5-防爆日常维护保养和故障诊断智能化系统；6-矿用浇封型电磁阀;7-矿用隔爆型备用电源箱。

1-运转时间传感器;2-行驶里程传感器;3-温度元件;4-流量元件;5-转速元件;6-油压元件;7-振动传感器;8-其他信息。

图6 矿用隔爆型备用电源箱原理

目前该系统装载在WC75E支架车上，在皇陵二号井进行了工业性试验，经过一段时间的运转，在日常维护保养方面发挥了较大的效用，系统通过里程和运转时间传递的数据提示维护保养信息，降低了工作人员的劳动强度，设备得到了及时的维护。

3 日常维护保养和故障诊断智能化安装

为了检验该系统是否有效，在煤矿搬家倒面工程中是否能时刻了解支架搬运车的运行状态，判断是否能找到故障点，对该智能化系统进行了安装调试，如图7、8、9所示。

图7 传感器布置

图8 故障分析单元

图9 人机交互界面

4 结论

日常保养维护和故障诊断的智能化系统装配到煤矿防爆支架搬运车能够显著提高运行工作效率[15]，装配在煤矿井下的防爆车辆，具备性能完好、易于操作、维护方便的特点。系统为维护人员快速判断故障原因提供了依据，但目前故障诊断模块仅能起到辅助判断的作用，未来该系统可在完善中逐步发挥作用。

智能化系统的日常保养模块已经显示了良好的效果，为维护保养人员提供及时的保养信息，通过更换滤芯、机油等相对应的规章操作保养设备，保障其安全稳定的运行。

智能化系统故障诊断模块还需不断完善，希望未来能起到提示工作人员作出相应处理的作用，为增强设备安全的可靠运行提供保障。