赵维军
中国煤炭科工集团太原研究院有限公司，山西 太原 030006
山西天地煤机装备有限公司，山西 太原 030006
摘要：煤炭是中国的主要能源，在一次性能源结构中占有重要地位，对中国经济发展起到了重要的促进作用。随着科学技术的发展，煤矿机械化程度不断提高，截至2018年，中国煤矿机械化程度已达到75%以上，煤矿化机械水平直接影响煤矿高产高效发展，设备运行状态决定了煤矿经济效益。煤矿机械处于深部潮湿环境，其故障发生频繁，特别是齿轮和轴承更易发生故障，因此，对于煤矿机械进行故障诊断，能够有效地避免事故发生，降低维修时间，减少维修成本，对于煤矿高产高效发展具有重要意义。文中对煤矿机械设备故障诊断技术运用进行了分析。
关键词：煤矿；机械设备；故障诊断技术；运用
1 导言
煤矿行业是我国的基础行业，与国家发展和人民生活具有密不可分的关系，随着我国装备制造水平的不断提升，煤矿机械设备的种类呈现了明显的复杂化演变趋势，以煤矿井下安全、高质量开采为基础，应对煤矿机械设备进行常态化故障诊断，科学提高煤矿井下开采安全系数，深度践行安全生产责任制。
2 机械设备故障诊断技术概述
机械设备故障诊断技术包括信号检测、信号处理、信号识别和决策预测四个部分，当机械设备出现异常信号的时候，就很有可能是出现了故障，所以，在诊断机械是否出现故障的时候，选取最简单的信号状态来进行诊断是最合适的，比如机械的震动，机械运行时的温度或者机械运行时发出的噪声等，通过对这些信号状态的诊断，可以有效的诊断出机械运行时的状态是否正常。信号处理是在检测到机械设备发出的异常信号后，准确查找并提取出反应异常情况的信号，需要对异常信号进行准确仔细地处理，确定其异常信号的类型，这项流程使得机械设备故障的诊断技术的可靠性大大增加。状态识别是为了准确判断和分析出机械设备的故障，这需要它具备对多种机械设备的信号状态和特征进行对比和分析的能力。在对比和分析完机械设备的信号状态后，判断出机械设备存在的故障，并且确定这一故障的类型，进而采取相应的措施去解决。
3 煤矿机械设备故障诊断技术的运用
3.1 温度监测诊断
通过科学分析和实践调查可知，煤矿机械设备故障往往伴随着温度的异常变化，因此，可通过温度监测判断煤矿机械设备的运行状态，以下对温度检测诊断技术在煤矿机械设备管理中的具体应用进行介绍：
温度监测诊断技术诊断能力的发挥来源于温度传感器对机械设备温度的实时获取，考虑到煤矿矿井提升设备、高压异步电动机设备以及煤矿采掘机设备的故障发生风险以及故障危害，相关人员可在这些设备上灵活安装温度传感器，实时获取设备的温度数据。为提高温度监测诊断的精准性，应合理规划温度传感器安装位置。一般来说，滚动体、铰链、轴承及齿轮等机械构件上的温度能够有效反馈设备的运行状态。在安装温度传感器的基础上，相关人员可在控制平台上对设备运行温度进行分析，结合设备的正常运行温度进行温度对比，一旦实际运行中的设备温度超过正常运行温度，设备管理人员需要立刻进行设备关停，并查明故障发生位置，完成煤矿机械设备的有效检修。要想进一步发挥温度监测诊断技术的作用优势，相关人员还可结合设备正常运行状态，设定运行温度限值，一旦温度监测诊断技术检测到设备运行温度超过温度限值，监测系统将立刻导出预警信息，支持设备管理人员开展故障检修。
3.2 振动检测诊断
由于煤矿机械设备在运行过程中出现故障时经常伴随着异常振动，可采用振动检测诊断技术进行故障分析和故障排除，以下对其进行介绍：
通过实际分析和综合统计可知，煤矿机械设备运行过程中转子运行故障、支撑系统运行故障以及连接故障均可能导致异常振动，正常运行状态下，机械设备的振动频率和振动频率相对稳定，在振动检测诊断技术的应用过程中，相关人员可结合煤矿机械设备在正常运行状况下的振动数据特征，分析煤矿机械设备在实际运行过程中是否存在不正常运行状态。若经过数据对比发现煤矿机械设备存在异常振动现象，则可判定相关机械设备已存在明显运行隐患，以此为基础，煤矿机械设备管理人员可进行故障检修和隐患排除。另外，振动检测诊断技术能够有效地结合煤矿机械设备的运行环境，获取煤矿机械设备在一段时间内振动幅度、振动频率的变化数据，判断机械设备老化效果，科学支持设备管理人员对机械设备元件进行更换或煤矿机械设备整体更替，风电机组振动检测系统如图2所示。另外，在振动检测诊断技术的支持下，相关人员还能根据异常振动状态下振动幅度、振动频率与正常振动状态下机械设备振动幅度、振动频率的差值，判断故障程度，定位故障位置，提高机械设备故障检修效率。
3.3 超声无损检测
在煤矿机械设备检修和管理过程中，超声无损检测技术具有较高的先进化程度，其能在不损害设备质量的情况下获知故障、缺陷发生位置，以下对煤矿机械设备管理中超声无损检测技术的应用进行具体介绍：
相关调查表明，2015年~2019年，全国煤矿数量分别为10800个、7866个、6794个、5800个和5350个，呈现了明显的下降趋势，这表明我国去产能工作已经全面转入结构性去产能、系统性优产能的新阶段。在该阶段中煤矿机械设备运行状态的保证至关重要，超声无损检测技术可向煤矿机械设备的指定位置发射超声波，通过分析波段在发射前后产生的变化，定位故障发生位置，判断机械设备运行状态。在实际检测中，可根据公式h=mD/n计算缺陷深度，其中m为缺陷回波到第一个物质界面波之间的距离；D为传动轴直径；n为传动轴地波和第一个界面之间的距离。传动轴轴向和径向检超声波无损检测技术相比温度监测诊断技术和振动检测诊断技术具有较高的精细化程度，能够对煤矿机械设备内部关键部件的实际状况进行分析，并根据反馈数据判断机械设备的使用寿命。
3.4 自动化技术
基于煤矿机器设备稳定运行对煤矿安全开采的重要意义，机械设备管理人员和其他相关人员应积极开拓技术视野，引进自动化技术，合理优化煤矿机械设备故障检测系统。
相关调查显示，2015年~2019年，我国煤矿平均年产量分别为34万吨/年、43万吨/年、51万吨/年、61万吨/年和70万吨/年，可见煤矿井下机械设备的应用已取得显著成就。在自动化技术的支持下，煤矿机械设备故障检测系统可以有效地结合温度监测诊断技术、振动检测诊断技术和超声波无损检测技术，对机械设备的运行状态进行全方位获取。由于温度检测诊断技术、振动检测诊断技术和超声波无损检测技术具有不同的检测重点和检测优势，机械设备故障检测系统可对不同检测技术导出的检测数据进行分类储存和整合分析。在分类储存空间中，设备管理人员和设备检修人员可以按照相关需求进行设备温度信息、振动信息和关键零部件信息的针对性调取和分析。而在综合分析层面上，该系统可以结合多个检测数据，按照设备稳定运行需求，发出预警信息，支持相关人员快速完成机械设备故障检修，通过精准定位机械设备故障发生位置，提高机械设备故障检修的精准性和针对性，有效延长煤矿机械设备的使用寿命，提高煤矿井下开采工作的安全系数。
4 结束语
总之，为了保证煤矿开采工作的高效有序进行，检修技术人员需要不断提高对机械设备的故障诊断技术，贯彻落实各项管理措施，只有这样才能最大程度地降低机械设备的故障发生率。
参考文献：
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