故障诊断技术在矿井机电设备中的应用

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摘要：介绍故障诊断的基本内容，诊断技术是一门综合的技术，她是以计算机技术、传感器技术、信号处理技术等多学科为基础的，随着煤炭科学技术的

发展，故障诊断技术在煤矿也得到较为广泛的应用，重点介绍故障检测诊断技术在矿井机电设备中的应用。

关键词：故障；诊断技术；机电设备；应用

中图分类号：TD407 文献标识码：A 文章编号：1671—7597（2012）0120117-01

随着科学技术的发展，工业生产的自动化水平逐渐增高，机电设备在

现代生产中的作用和影响也越来越大，设备的运行费用也越来越高。一旦

机电设备在运行中发生故障，就是给矿井带来重大的经济损失，严重时可

能造成灾难性的人员伤亡和恶劣的社会影响，因此设备或者系统的安全、

可靠性极为重要。提高安全、可靠性的途径有很多，其中之一是采用故障

检测诊断技术。故障诊断技术不仅能确保设备安全运行，并提高产品质量

和产量，同时在节约矿井维修费用，降低成本中发挥越来越重要的作用，

因此在矿井生产中得到人们的普遍重视。

1 设备故障诊断的基本内容

设备整体及构成设备的零件和元件，在过载压力、重复力、腐蚀环境

等种种因素作用下，逐渐有本身的故障机理而产生缺陷。缺陷能通过传动

机理，影响到设备的整体性能及强度。因此，故障模式及性能、强度的变

化是异常的征兆；观察、测定这些征兆的参数，就可以预测故障的发生。

故障诊断技术就是在设备运行中或基本不拆卸全部设备的情况下，掌握设

备现在的运行状态，判定产生故障的部位和原因并预测、预报未来的硬件

和软件的综合技术。为了使诊断技术称为一种能确定实际活动的有效技

术，它应该具备以下两种功能：一是在不分解拆散设备的条件下，能定量

地检测和评价设备所承受的应力、故障和劣化、强度和性能；二是能够预

测可靠性，并确定异常的修复方法。因此说诊断技术不仅是一种故障检测

技术，更使一种从设备的规划、设计凯斯，直到报废为止，在设备整个寿

命中都起作用的“诊断技术”。

1.1 设备故障诊断的基本构成

设备诊断技术包括两个部分，一是诊断设备健康状态的初级技术，主

要是由现场作业人员实施的简易诊断技术；二是主要为了决策，由专门人

员实施的精密诊断技术。简易诊断技术相当于人的初级健康诊断。为了能

对设备的状态迅速而高效地做出概括的评价，它具备以下功能：①设各

所受应力的趋向控制和异常应力的检测；②设备劣化、故障的趋向控制

和早期发现；③设备的监测与保护；④设备的性能、效率的趋向控制和

异常监测。精密诊断技术的目标，是对被简易诊断技术判定为“大概有异

常”的设备进行专门的精密诊断，以便确定采取哪些必要的措施和技术。

它具备以下功能：①确定异常的形式和种类；②了解异常的原因；③

了解危险程度、预测其发展；④了解改善设备状态的方法。

1.2 获取诊断信息的方法

1）直接观察。对机器进行直接观察可获得零件状况的第一手资料，

然后根据经验做出判断。这种方法只能直接观察到机器零件作出定性判

断，故常采用简单仪器来扩大肉眼的观察能力，如光纤探头、光学内孔检

查仪、铸件内表面检查仪、着色渗透剂等。2）温度测定。机器在运行过

程中往往由于摩擦或故障产生“热点”，通过对“热点”的测量，可及时

反映机器的状态。其测量方法分为两种：一种是采用温度计、热电偶、测

温贴片、测温笔及涂料等，对可接触表面进行直接测定；另一种是采用红

外点温仪及红外热象仪等进行遥测，这种测量对高压电器、绝缘等有明显

有点。3）磨损微粒分析。机器零件在运行过程中的磨损微粒，可以在润

滑油中找到。测定方法有三种：①直接检查残余物；②收集残余物；③

油样分析。

2 故障诊断技术在机电设备中的应用

2.1 矿井提升机。煤矿提升工作，是整个开采过程中的重要环节。从

井下采出的煤炭及矸石的提升，材料的下放、人员和设备的升降，都是由

提升设备来完成的，它的安全可靠运行不仅影响煤矿的正常生产，还关系

着煤矿生产人员的生命和财产安全。提升机的故障可分为“硬故障”和

“软故障”两类，硬故障是指一些特定的参数超限表现的故障，这类故障

可通过保护装置来解决；而“软故障”就需要许多工况参数的测量，并经

过一定的数据处理才能诊断出来。因为软故障牵涉的变量较多，这就造成

故障诊断的准确率较低。但是“软故障”往往是“硬故障”的前兆，因此

需要对“软故障”的进行及时的诊断和预报。为了确保提升机的安全运

行，科研人员做了大量的调查和研究，终于开发出了不少提升机的检测诊

断装置，比如中国矿业大学研制的KJ46型矿井提升机状态监护系统、

ASCC型全数字提升机控制系统等都包含了对提升机运行参数的检测和故障

诊断功能，具有制动失灵保护、过卷保护、超速保护功能，在矿井生产中

取得了较好的效果。

2.2 通风机的检测诊断技术。目前在生产中用于主风机故障检测诊断

的产品比较典型的装置是煤炭科学总院重庆分院研制的FJZ型矿井主风机在

线监测与故障诊断仪。FJZ型矿井主风机在线监测与故障诊断仪是一个以

8098单片机为核心的通风机在线检测与故障诊断系统，它将主风机在线监测

与机械故障诊断一体化。8098单片机系统是目前面向控制应用领域性能价格

比最高的单片微型计算机系统，主要特点是：16位中央处理器、丰富高效的

指令系统、四通道10位A/D转换器、高速输入/输出接口、8个中断源、两个

16位定时器、16位监视定时器和具有多用途的接口。系统的主要功能：

1）在线监测通风机的流量、风压、振动、温度等运行状态信息。2）

报警参数设置功能。3）温度、振动等关键参数趋势分析与预警功能。4）

各种故障点记忆功能，以便于故障分析。5）具有运行状态实时数据显

示、历史记录查询、工况参数列表显示等功能。6）设备温度与振动融合

监测诊断功能。7）故障智能诊断功能；利用主机内专家系统，能通风机

常见的“转子偏心”等机械故障进行诊断。故障诊断采用灰度理论，对风

机故障类型进行快速定位。首先利用高精度加速度传感器测出通风机敏感

部位的振动加速度，并计算其烈度值和功率谱，根据功率谱的分布与存入

专家系统中的设备标准故障模式进行灰色关联度分析，依据关联度的大

小，诊断通风机的机械故障类型。

2.3 胶带输送机。胶带输送机轴承在线监测与故障诊断系统通过胶带

输送机转速信号和轴承温度信号、振动信号的采集监测与实时诊断分析，

为用户提供一套专门化的、产品化的，集可靠性、实用性和先进性为一体

的故障诊断装置与分析系统。系统功能：1）轴承温度在线监测功能。2）

轴承振动大小监测功能。3）轴承温度与振动大小融合报警功能。4）轴承

振动信号实时诊断分析功能。5）轴承振动信号频谱分析、包络谱分析等

离线分析功能。6）轴承温度与振动大小趋势分析功能。7）诊断报告与打

印功能。

参考文献：

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