煤矿设备管理中机械故障检测诊断技术的应用研究

牛虎明，习晓，陈瑞，马君

（1.陕北矿业公司，陕西 榆林 719000；2.陕煤集团神南产业发展有限公司，陕西 神木 719300）

在煤矿开采中需要大量的机械设备，机械设备的稳定运行是设备管理的重点。机械故障的发生、发展体现出普遍规律，但又体现出特殊性。作为工程技术的重要组成部分，机械故障诊断技术的应用为保证设备安全可靠运行创造了有利条件。

1 机械故障检测诊断技术的概念

依据当前的研究与实践，机械故障检测技术可以细分为故障诊断与故障检测。在当前的煤矿开采技术发展中，煤矿设备应用到的技术更加强调创新性、整体性、科学性，在设备检测与故障排除中，将二者进行有效融合，才可以更好地发挥技术的应用价值。此技术在应用实践中,对于煤矿设置中隐含的问题实施诊判,此技术应用重点是对设备的振动特点进行检测和判断得以实现的。此外,在实施故障检测诊断中,设备的其他参数，如温度、应变、压力、转速也是重要因素。综合考量各因素可以对故障问题进行准确判断。故障检测诊断包括了四方面的内容：（1）数据信号的采集；（2）特征信息的提取；（3）设备故障状态的评价；（4）借助人工方式或智能检测,对于缺陷进行干预。机械故障检测诊断技术的实质就是对设备故障进行精准定位,在对故障进行分析综合的基础上，提出最合理的维修方案。

2 煤矿设备管理中机械故障检测技术的应用

2.1 观察法

在煤矿设备管理中，观察法是对机械故障实施检测时最常用的方法，此方法的利用是借助技术人员的以往经验与机械设备曾发生的典型问题进行综合判断。比如，割煤机在长久使用后切割部分的工作效率会下降，原因是由于粉尘过量聚集引发的；设备传动的稳定性下降，多是由于齿轮或轴承存在故障。观察法多适合于各类中小型设备，对于大型机械设备，观察法的应用存在局限性。如果大型设备使用中发生问题，现场缺乏拆卸检查的工具时，首先要将电源切断，结合设备的特点进行检查，包括易发生故障的传动系统与综采系统等。如果没有发现故障，要暂时停止作业，借助拆卸分析法等多种手段分析故障的实际情况，因此，通常在缺乏拆卸条件下不建议实施非专业检修。

2.2 拆卸分析法

在煤矿机械设备发生异常时，拆卸分析法就算是对关键部分进行拆卸、测试等，以分析判断故障发生的直接原因，为后续确定解决措施打下基础。拆卸要求关闭设备的动力电源，人员穿戴好防护用品进行全面检查，检查内容包括各类导线的连接情况、绝缘情况，是否有短路、断路等问题存在。比如，针对导线的检查，如果发现导线外层发生焦化、软化，可能存在短路，导致电流过大引发的。检查线路连接的可靠性，可轻轻摇晃导线，模拟设备运行中存在的振动，如果线路发生脱落或连接不牢固，要进行固定，以提升其工作性。如果检测线路外观没有缺陷，连接状态良好，可以在关闭电源后逐段摸索，分析判断线路内芯是否发生断裂引发断路问题。在煤矿机械故障检测中，拆卸分析法被广泛应用，但是，应用需要确保安全才可以实施。

2.3 参数分析法

参数分析法的应用是指结合设备当前运行中各类参数进行综合判断。通常来说，许多机械设备的工作参数处于一个可靠的范围内，如果发现设备的某一参数超过了承受的安全值，可能会快速发生机械故障。参数分析法的应用基础是有大量的运行数据，需要借助智能化的检测手段作为辅助。比如，煤矿生产中常用的综采设备，可以在设备变压器中安装温度传感仪。正常情况下，变压器的温度是相对稳定的，变压器内芯如果发生了锈蚀、短路，设备的性能会下降，变压器的温度会在短时间内升高，借助温度传感器收集温度数据，与正常条件下变压器的数据进行对比，即可判断故障的发生情况，及时采取措施处理。参数分析法的应用可以有效检测故障的发生情况，但不能依据检测结果诊断故障发生的原因，只能起到参考作用，具体的判断还有赖于人的综合分析。

2.4 模型分析法

模型分析法的应用类似参数分析法，也是通过故障检测数据，区别在于，模型分析法的应用更依赖标准数据的获取，即通过分析设备在常规工作条件下各类情况的发生，建立工作模型，用于综合判断设备的各类参数，这种方法的应用可以降低设备故障发生率。在设备的运行中发生问题时，也根据标准模型实施快速处理，可以降低故障带来的影响。比如，针对割煤机割煤构件可以借助转速，假定机电设备的安全转速范围为1500～1800r/s，在设备投入前进行反复测试，最佳工作状态下的转数参数为1600r/s，变动幅度为±50，可以将其作为标准参数，如果设备在运行中效率发生下降，采集转速数据，如果数值低于标准值，可以初步判定是由于粉尘淤积引发的。

3 煤矿设备管理中机械故障诊断技术的应用

对于煤矿设备实施故障诊断时，要结合设备的工作条件与运行特点，如果矿井的环境特点、地下水的酸碱性、粉尘、振动、冲击等各类因素，选择合适的检测方法，实施有针对性的诊断。诊断方法包括如下内容。

（1）温度诊断。煤矿机械设备存在多个传动机构，如果有故障发生，温度会有异常升高现象，特别是运行中发生故障的机电设备，在故障发生前，设备温度会持续升高。因此，机械设备维护人员在日常检查中要注重观察温度值的变化，与正常温度进行对比，如果发现机械设备的运行温度与正常数值存在较大的差异，就要分析机械设备存在的隐患。

（2）振动监测。针对煤矿机械设备的运行，振动监测也是常用的诊断方法之一，此方法类似温度诊断，可以应用于预防性维修。在设备巡检中，可以借助简易的诊断仪器进行监测。对于复杂设备，可以利用精密的诊断系统实施监测。简易诊断仪器可以使用便携测振仪，获取机械设备运行中的振动信号，检测该设备的运行状态；精密诊断系统的应用多由专业检验维护人员定期针对某个设备进行细致监测，在具体的实施中，检验维护人员将采集的设备振动信号输入到系统中，通过计算机软件可以对数据进行分析，能分析出该设备的故障发生位置及原因。

（3）铁谱检测。在机械设备的诊断中，应用铁谱检测技术的时间较短，但体现出显著的效果，也是当故障诊断最有效的方法之一。此方法的应用是借助颗粒定量仪。在实际的操作中，检验人员将高强度及梯度的磁场放置在混有磨屑的润滑油区域内，使用特定设备吸出磨屑，并依据磨屑颗粒的粒度大小次序生成谱片，将以此为依据，判断设备的运行情况。

（4）超声波无损检测技术。无损检测技术作为一种先进技术，可以有效确保被检测物的安全性，借助磁、热、电、光等反应确定材料结构存在的缺陷，以表明检测材料的使用状态。超声波检测体现出极强的穿透功能与灵敏性，可对机械设备的关键零部件进行检测。此技术的应用还可以评价设备零件的有效使用时限，便于在第一时间更换掉受损零部件，保证了设备的安全可靠运行。

4 故障检测诊断技术在煤矿机设备管理中的应用举例

4.1 现场的故障进行初步诊断

在煤矿机械设备的现场维护中，可以借助耳听、眼观察等常规方法对设备的故障进行初步诊断，然后借助相关仪器对设备的零部件进行逐一排查，可以通过温度、振动的变化幅度来分析设备的运行状态，通过定量分析与定性分析相结合的方式分析判断零部位是否要更换。为了保证故障诊断具有更高的效率，可以借助计算机诊断技术实施精密检测。

4.2 应用于高压异步电动机的检测

在煤矿开采中，由于高压异步电动机的应用，煤矿开采效果得以大幅提升。但是，煤矿存在恶劣的开采环境，高压异步电动机在使用中内部各类零部件易发生早期磨损，如发生绝缘体老化及脱落等现象，对于开采的连续生产带来不利的影响，也易引发安全事故，因此，检测诊断技术应用高压异步电动机具有重要意义。高压异步电动机有故障发生时，接头会发生放电现象，通过检测放电部位可以明确潜在的故障，确定设备的性能，预知剩余使用年限。

4.3 故障检测诊断技术在矿井提升机中的检测应用

矿井提升机作为井下重要的运输设备，其安全运行关系着工作人员的生命安全以及运输效率。矿井提升机在运行中通常会发生两类故障，一类是“硬故障”，是指矿井提升机在运行中相关参数发生异常，另一类是“软故障”。不同于“硬故障”，“软故障”更是难以被发现，“软故障”的发生是“硬故障”的预警，如果不及时进行处理，会导致“硬故障”的发生。针对矿井提升机，应用故障检测技术要结合其故障的发生特点。如滚筒运行中接触部位的温度会发生变化，借助对温度的检测可以分析判断出故障的发生位置，有利于提前控制故障的发生，保证设备的可靠使用。

5 故障诊断技术应用于煤矿机械设备管理的要点

5.1 注重设备的预知性检查，提升设备运行的可靠性

在煤矿开采中，需要应用不同类型的机械设备，由于设备的种类多以及构造的复杂性、运行环境的影响，设备易发生多种故障，因此在设备管理中，要结合设备的运行特点，发挥检测诊断技术的应用，以确保设备的安全可靠。煤矿企业要设立专业的检测部门，明确检测方法与周期，按时对各类设备进行检测，以便及时发现设备运行中的隐患，借助预知性检修，提升设备运行的可靠性。

5.2 提高设备维修的针对性

为了有效保证设备的维修效果，可以发挥检测诊断技术的优势，为了保证煤矿设备管理的效果，首先，需要建立结合煤矿特点的设备管理制度。设备管理制度包括的内容有设备维护保养制度、安全管理制度、应急处置方案、使用制度等。设备检测诊断的内容要结合设备的维护保养特点、维护周期、保养项目、操作方法、安全事项等相关内容。借助管理制度，设备维修管理工作有了依据，避免了盲目性。

5.3 分析设备的检测数据，保证设备的运行安全

依据设备的管理制度，有利于强化设备管理的质量控制。煤矿要针对设备的特点建立设备检测诊断档案，有利于强化预防性维护，借助定期检测校准，定期对设备运行情况进行风险评估。

根据经验对设备进行量化评分，结合量化分值确定设备的风险级别，并将结合纳入风险管理系统，以此为目标强化重点设备的管理，保证设备维护方案的针对性，设备的风险管理实现定性到定量。某煤矿液压支架采用磁记忆检测技术检查应力集中位置，如表1。

表1 磁记忆检测结果

6 结语

煤炭机械设备在开采中发挥着重要的作用。随着煤矿向大型化、现代化的方向发展，对设备管理提出了更高的标准，设备管理更需要先进的方法。实践表明，检测诊断技术的应用有利于保证设备的稳定运行，降低运行成本，实施了设备管理的持续改进。煤矿设备管理要结合检测技术的要点，注重总结经验，以提升设备管理的效果。