煤矿机电设备故障诊断技术分析与研究

煤矿机电设备故障诊断技术分析与研究

贾建国

黑龙江龙煤矿山建设有限公司  黑龙江鸡西  158100

摘要：现代煤矿机电设备诊断技术，能为机电设备维修管理人员提供有效的数据支持，降低煤矿重大事故的发生概率，提高煤矿经济效益。对机电设备关键传动部件的实时在线监测，将故障智能诊断这一新型技术应用到煤炭领域各大生产企业进行研究，具有重要的行业应用意义和研究价值。通过监测煤矿机电设备关键传动部件实时运行状态，有效诊断设备存在的潜在故障。

关键词：煤矿机电设备；故障诊断；技术分析；研究

中图分类号： TD63 文献标识码：A

引言

    建设现代煤矿是煤矿发展的必然趋势，实现安全是现代煤矿管理的根本要求。故障检测诊断技术是煤矿机电设备安全稳定运行的保障。论述了故障检测诊断技术在煤矿机电设备中的应用，希望为煤矿机电设备故障检测诊断工作的高效率、高精度开展提供一些参考。

1煤矿机电设备故障诊断分析

在煤矿机电设备运行中会发生各种故障，有时会引发严重的机电安全事故。由于煤矿机电设备种类繁多，如何快速诊断故障对于煤矿的安全高效开采十分重要。采用自动化技术后，通过机电设备上安装的各种仪表可以及时显示机电设备发生的故障，进而快速排除机电设备故障。通过对机电设备的某些状态参数进行实时监测，提取故障信号与数据库中的故障进行对比，便可以诊断设备的故障。随着煤矿机电设备结构的日益复杂，自动诊断机电设备的故障对于快速维修具有十分重要的意义。自动化技术是以信息化技术为基础，可以极大地方便煤矿机电设备的集中管理。通过集中式管理系统，不仅可以查看设备的实时运行参数，还能在线查看设备的现场运行状况。随着煤矿企业的升级，实现煤矿机电设备的自动化管理是大势所趋。

2煤矿机电设备故障诊断技术应用

2.1钻机故障诊断

煤矿钻机振动信号高度复杂，涵盖了随机信号、周期信号、瞬态信号等类型，受钻孔深度、起拔压力、给进压力的直接影响。因此，在煤矿钻机系统故障检测诊断时，可以综合利用现代化信号特征提取手段与故障检测诊断技术，从基于信号处理的初级诊断逐步推进到基于混合智能的高级诊断，便于在钻机振动信号复杂背景下提取有效信息，准确判定钻机故障类型。需要采集煤矿钻机关键部位振动信号。借助小波包时域分析技术，提取煤矿钻机故障特征，初步推测煤矿钻机类型。小波包时域分析主要是将均值、绝对平均值、峭度、波形指标、偏斜度指标、峰值指标、方根幅值、方差、裕度指标等有量纲指标与无量纲指标，分析振动信号能量。在专家系统中输入提取特征，自动化诊断煤矿钻机故障，并借助投票决策技术进行最终结果验证。验证通过后输出诊断钻机故障。其中专家系统由学习经验样本构建，在知识库中表现为权值、阈值的集合，输入煤矿钻机监测信息后，可以自动提炼专家知识。进而由知识工程师借助推理机制进行煤矿钻机状态的识别，并经解释系统输出诊断结果。

2.2风机故障诊断

煤矿风机兼具复杂性，风机异常振动、转子不平衡、风机叶轮上粘附大量油污、风管连接口漏气、接风管松弛等故障，则呈现出相关性、模糊性、非线性特点，需要借助专家系统与人工神经网络等人工智能方法，进行自适应推理，获得可靠且精确的效果。根据煤矿主通风机故障类型对应的振动信号频带能量差异，采用基于能量熵的故障信号特征参数提取方法，提取煤矿风机故障信号特征参数。在提取后进行故障信号特征分量能量熵的独立核算，结合正常、风机内圈故障、外圈故障分解分量，获得三种状态下煤矿风机能量熵的特征值[1]。

2.3提升机故障诊断

电动机安装位置的选择对振动信号特征很重要，安装在径向上主要是接受电动机径向上传输的振动信号，主要故障特征表现为轴承、轴弯曲、基础松动、间隙不均等故障特征; 安装在轴向位置的则是接受沿轴方向的振动，如串动特征。因此，要检测到电动机全面的机械故障，均安装于设备表面。减速机主要传动部件为固定于轴上的齿轮，轴通过轴承与减速机箱体固定形成支持运转。减速机主要的机械故障为传动轴的支持轴承，传动的齿轮。因此，对于减速机来说，齿轮和轴承的故障特征可以通过安装于轴承外壳上的传感器来进行获取，振动加速度传感器分别安装于减速机输入轴、二轴和输出轴。提升机的摩擦滚筒主要依靠两端的支持轴承支撑滚筒运转，传感器垂直于轴承端盖安装。提升机故障诊断系统系统画面是系统展示给用户的界面，主要目的是希望用户通过该界面获得直观的设备状态监测信息，因此系统画面的好坏直接影响到系统使用和设备状态信息的及时获取。煤矿提升机轴承在线监测与故障诊断系统软件采用人机交互界面，具有系统画面显示、实时显示、报表数据查询、报警状态查询、故障诊断分析、历史数据趋势分析等功能，包含诊断报告、参数设置、测点示意、使用帮助等模块。现场数据分析振动数据是高采样模拟数据，与其他温度压力等常规参数不一样，振动数据是按秒级或者毫秒级来计算的，将数据按时间展示就是时域波形图，能反映出设备测点时域上的振动特征。现场提升设备监测系统安装完成调试后，每个测点的数据将通过网络汇总到上位机电脑上，存储于电脑上的即是已经转换完成了的数字信号，再通过软件进行数据读取显示。以滚筒轴承侧为例，现场实时采集数据的时域波形。将采集的时域信号进行信号分析计算，得到相应的数据指标

[2]。

3煤矿机电设备故障诊断方法

在煤矿井下机电设备都面临着潮湿、煤粉、高温等复杂的环境，容易造成各种无法预测的机器故障。电气系统故障包括线路短路、电流失衡、转子断条等；机械故障包括轴承损坏、零件脱落等。电流分析法是电机故障诊断方法中最常用的一种，可以从定子或转子因故障引起的电流谐波的变换中来分辨机器是否发生故障。 通过数学转换将电流信号转换成频谱图，分析频谱图中的频率变化及谐波数量来对设备进行故障诊断。通过电气实验装置及一些相应技术对设备的绝缘进行可靠性检测，对其绝缘老化程度进行分类，划分为机械老化、电老化、热老化及环境老化等。该方法可以实现对绝缘寿命的预测，可有效地进行电机故障预防与诊断。通过对设备电机的振动幅度及频率进行数据采集、汇总，并与存储数据进行比对，发现故障的位置以及故障类型。 其缺点是振动得到的数据往往会受到井下复杂环境的影响，造成数据中存在着很多的噪声信号，会影响诊断的判定。当设备电机出现异常时，常伴随有热能的释放，比如电机的长时间超负荷运行，都会造成电机温度升高，当电机超过负荷、出现异常，会造成局部温度超出标准，通过温度传感器就可实现对电机温度的监测，达到电机故障诊断的目的。能量算子是非线性的算子，可以对信号的瞬时能量进行跟踪，对故障信号的信息提取非常方便，具有优良的时间分辨率，可以实时地追踪被测设备的信号波形波动变化。对信号数据进行变换，得到一个随时间变化的时间-频域窗口，可以聚焦信号变化的细节、更加详细地分析电机故障特征[3]。

结束语

煤矿机电设备在运行过程中故障发生概率较高，检测诊断难度较大。因此，在煤矿机电设备运行过程中，根据机电设备故障位置以及故障程度准确定位需求，故障诊断人员应在声发射、振动监测传感器安装的基础上，综合考虑振动速度、油压、温度、油质、振动加速度等参数，对煤矿机电设备进行多视角、多层次检测诊断。根据故障检测诊断结果中的故障等级与程度。根据故障检测诊断结果中的故障等级与程度，进行针对性处理，确保智能化煤矿机电设备平稳、可靠运行。

参考文献：

[1]卢燃.故障诊断技术在煤矿机电设备维修中的应用分析[J].中国设备工程,2021(21):168-170.

[2]李晓强.故障诊断技术在煤矿机电设备维修中的应用探讨[J].中国设备工程,2021(20):145-147.

[3]郑茂举,陈振,顾晨晨.故障诊断技术在煤矿机电设备维修中的应用[J].设备管理与维修,2021(20):143-145.DOI:10.16621/j.cnki.issn1001-0599.2021.10D.80.