矿山机械设备维修中的故障诊断技术

孙肇鹏，吴 楠，何显贵

（1.山东黄金矿业（莱州）有限公司三山岛金矿，山东 莱州 261400；2.山东黄金矿业装备制造有限公司，山东 莱州 261400）

随着矿山科学技术的发展，中国矿山的开采已经基本上实现了完全机械化。机械设备的正常运行对矿山生产具有十分重要的意义。若机械设备在运行过程中出现故障，则会影响到生产的效率，甚至会影响到矿山生产的安全性。因此，在机械设备发生故障后，就要迅速消除故障。为了加快对故障的排除，需要采用一些故障诊断方法。此外，还需要对机械设备的运行状态进行监测，以便能及时地发现设备运行中的故障。矿山生产环境恶劣，引起机械设备故障的原因有很多，应该根据具体的原因采取相应的措施。本文分析了机械设备发生故障的原因，介绍了现有的故障诊断方法，并探讨了未来故障诊断方法的发展趋势。下面本文将围绕这些内容展开论述[1-3]。

1 矿山机电设备常见的故障与原因

（1）在实际应用矿山机电设备期间，不可避免的会受到多种不同因素的影响，使矿山机电设备内部出现元件掉落、元件老化、机电设备调节失衡、供油线路损坏以及一些破坏性的故障灯。矿山机电设备内部元件出现掉落的现象，主要就是因为矿山机电设备长时间、大幅度激烈的振动运行，进而导致其内部元件连接头的位置松动。如果矿山机电设备维修人员没有及时拧松动的元件接头，就会使元件掉落。机电设备内部元件老化主要就是因为矿山机电设备经过长时间的使用，其内部零件受到磨损或是内部线路的保护层出现脱落的现象，这样就会影响矿山机电设备的正常运行。矿山机电设备出现调节失衡的现象，就是因为其内部压力缺乏均匀性，使各个元件之间出现了相应的缝隙，相互之间的配合不够紧密。机电设备内部的供油线路经常会受到运行环境状况的影响，而破坏性的机电设备故障则更为直观，检测与维修人员能够直接通过肉眼看出来，像轴承断裂以及皮带畸形等故障问题都是其典型代表。

（2）矿山机电设备产生故障的原因。矿山开采工作环境比较恶劣，在应用机电设备进行矿山开采期间，就要定期对机电设备进行保养、检测与维修。但是一些矿山开采管理人员在实际工作期间，并没有认识到该项工作的重要性。还有一些矿山开采企业内部并没有构建完善的机电设备检测与维修管理体系，这也是矿山机电设备产生故障的主要原因。矿山机电设备故障分析内容结合了工程结构学、设计学以及机械学等相关内容。因为机电设备的实际运行环境存在较大的差异，在发生其故障期间，也会呈现出不同形态的故障。基于此，矿山机电设备检测与维修人员在对常见故障进行分析的过程中，就要综合考虑多项因素，保证故障分析的全面性[4]。

2 故障诊断技术理论阐述

应用此类技术的主要目的是为了实现对相关设备异常位置的锁定，通过逐项排查设备系统对运行的状态的调节作用，来判断可能出现问题的位置，并采取适当的手段对其进行干预和调节。对系统差错进行排查和准确锁定，是实施排除环节的前提。如果判断出设备瘫痪是由于某部分零件出现质量问题，则需针对该部分进行有效隔离，从而保障设备其他部分不受负面干扰。因此在行业中也将故障的诊断行为又称作隔离处理。

3 机械设备故障诊断基本原理及方法分析

3.1 故障诊断的基本原理分析

基于信息处理技术发展起来的故障诊断技术，在机械设备的运行和维护中发挥了关键的作用，其主要优势在于可以及早地发现机械设备故障，诊断结果更加精确，效率非常高。

机械设备故障诊断主要包括以下几个过程：信号采集、特征提取、状态识别以及诊断决策。信号采集是故障诊断的基础，在机械设备发生故障后，其某个状态量会发生变化，通过传感器采集这些信号并存储起来，可以为故障的诊断提供依据；特征提取是根据采集来的信号提取出其中的异常信号，以此来判断故障的特征；状态识别是根据提取的故障特征与数据库中的故障特征进行对比，从而准确识别故障的类型；在确定设备的故障类型后，就可确定故障维修的方案，这个过程叫做“诊断决策”。常用机械设备的状态信号主要有振动、速度、温度、压力等。为了准确采集到这些状态信号，要求传感器能适应矿山井下恶劣的环境，主要是抗高温、防潮以及抗干扰。故障诊断的关键在于状态的识别，而状态的识别依赖于数据库中的故障类型，这就要求故障数据库中收录的信息十分丰富。

3.2 机械设备故障综合诊断方法分析

在矿山机械设备运行过程中，常用的故障诊断方法有油液分析诊断方法、振动监测诊断方法、无损检测诊断方法以及红外温度监测方法。下面将对这几种故障诊断方法进行简单的分析。机械设备需要各种油来维持运行，例如机械设备的润滑油、液压设备的液压油等，在油的特性达不到标准时，会导致设备发生一定的故障。为此，多采用油液分析诊断方法来对机械设备的运行状态进行监控。油液监测主要是监测油中某种物质含量的变化或特性的变化，例如润滑油中的金属屑增多，液压油的黏度降低，据此可以及时发现某种故障。机械设备供油系统中油的质量表征了零件的运行状态，是一种间接的诊断方法。

振动是机械设备运行过程中必然出现的一种机械信号，通过对这种信号的监测，就可以发现机械设备的运行有无异常。一般情况下，机械设备在出现故障时通常会出现振动异常现象，研究机械设备发生故障时的振动频率，就可以判断故障原因，从而及时排除设备故障。这种诊断方法虽然简单直观，但是识别度很低，需要配合其他诊断方法才能识别设备的故障类型。

一些机械设备在运行过程中，其杆件内部会出现裂纹，长时间不处理会影响到设备的安全性。这些裂纹在杆件的内部，肉眼看不见。为了在不破坏机械设备的前提下实现对物体内部裂纹的探测，就要用到无损检测诊断方法。常用的无损检测诊断方法主要包括超声波检测、放射射线检测、电磁检测等，其主要优势在于安全快捷，但也具有一定的局限性，需要根据检测的对象选择合适的检测诊断方法[5]。

4 故障检测诊断技术在矿山机电设备中的应用策略

4.1 矿用高压异步电动机

故障检测技术在矿用高压异步电动机中的应用所呈现出的检修效果较为明显。通常情况下，可以借助三种不同的方式对其进行故障检测，分别为磁通检测、局部放电检测以及电流高次谐波检测。其中，磁通检测主要是对高压的电气设备进行故障检测，然而对检测技术有着比较高的要求，其缺陷在于当信号比较弱的时候，检测的结果并不理想。局部放电检测能够对高压电气设备进行故障检测，然而对于低压设备的故障检测效果不明显。电流高次谐波检测不会受到高压和低压的限制，但是其需要相关的操作人员具有较高的专业水平，同时操作方法的复杂程度比较高。

4.2 矿井提升机

矿井提升机的故障主要涵盖两种不同的类型，分别为轻故障以及重故障。轻故障指的是对整个生产环节未能产生较大影响的故障，通常这种故障较为简单，相关的检修人员通过对参数的观察和分析便能够获知，同时维修人员能够对其进行快速处理。重故障指的是因轻故障未能被及时处理而逐渐发展而来的故障。若是发生重故障，那么相关的检修人员需要对其进行仔细查验、诊断，处理的过程不能带有盲目性，需要一层层地对其进行针对性的分析和处理，在出现重故障时，相关的检修人员需要特别重视，避免矿井事故发生。

5 矿山机械电气设备故障检修

本文针对矿山机械电气设备故障检修，提出以下三种检修方法，分别为：经验法、检测法以及电流法。经验法指的是当一台机械电气设备发生故障时，不要急于动手拆卸，首先要根据以往经验了解该电气设备产生故障的原因、经过、范围、现象，熟悉该设备及电气系统的基本工作原理，分析各个具体电路。弄清原理中元件之间的相互联系以及信号在电路中的来龙去脉，仔细分析。并结合实际经验，经过周密思考，通过弹压活动部件法，运用在活动的部件，如：开关、接触器上的衔铁等。经过反复地弹压活动部件，对机械电气设备故障点进行检修。在故障点不明确时，可以运用元件替换法进行验证。检测法主要是采用辅助工具对机械电气设备故障进行判断的检修方法。辅助工具包括上文用到的振动分析仪以及相关的仪表仪器，通过电阻法、电压法以及电流法的综合运用。在使用检修法进行故障检修中，如果出现互感二次回路故障，需要首先对互感器的保险丝进行仔细的检查，将互感器电源的来源进行明确和审核，结合备用保险丝的盒和线，接到地板上，对其电压进行测试，在临时的电气二次回路和互感器之间建立一个实体开关，对实际的电气二次回路在接通电流之后的工作情况进行观察，看是否能满足习作实际需求。如果所有项目都正常，则可认定修复是有效的；如果在其中出现任何的问题，都要随时进行调整。电流法主要是在电流中串联电流表，在通电的情况下，可准确地读出读数。该读数的大小能反应出电路的工作状态。开路故障时电气二次回路中交流电非常容易出现的一类故障的情况，一般指的是在电流运转过程中，发出了各类的电气一次回路断线信号，仪器的整体显示其中电流为零值，也就是说没有电流通过；电流互感器有很大的响声发出来，在具体接触导线处可能还有火花出现[6,7]。

6 结语

在机械设备发生故障后，要迅速地消除故障。为了加快对故障的排除，需要采用一些故障诊断方法。机械设备故障多是由机械设备设计缺陷、人为操作失误以及设备运行维护不当造成的。故障诊断主要包括信号采集、特征提取、状态识别以及诊断决策4 个过程。故障诊断的关键在于状态的识别，而状态的识别依赖于数据库中的故障类型，这就要求故障数据库中收录的信息十分丰富。