矿山机电设备故障诊断研究

矿山机电设备故障诊断研究

【摘要】矿山设备的种类繁多，包括运输设备、输送设备、钻探设备等，绝大部分设备工作环境较为恶劣。设备故障率较高。设备故障发生的原因是多方面的，本文阐述了机械设备故障诊断的理论、实施方法、仪器和典型零件的应用等内容，具有一定借鉴意义。【关键词】设备；故障诊断；检测

1.设备故障状态产生的原因

机械设备的突发性故障率高、停机损失大、维修费用高、维修周期长等问题，成为困扰企业的突出问题。如何应用现代故障诊断技术建立设备故障预警制度，是摆在企业面前的一个主要课题。经笔者研究，主要有以下几种类型。

1.1机械零件的损坏及配合关系的变化

当机械发生某种故障后，从故障部位进行外部观察，我们会发现，故障的形成主要是由于零件本身的损伤、以及零件之间原有配合关系发生了变化。

零件的损伤是指零件的现有尺寸、形态偏离了原始设计性能，这种偏离表示机械在使用过程中，各种因素对零件发生作用的结果。常见的零件损伤是由于意外损伤和老化损伤造成的。

1.2设备超负荷运转

每台设备都有一个设计输出参数极限，如果设备的实际输出参数超出其设计输出极限时，机械的正常状态将遭到破坏形成故障。产生设备超负荷运转而引起故障时，就需要采取调整技术参数，提高

设备承载能力，并对故障设备采取修复措施。

1.3机械工作能力的损耗

机械工作能力的损耗是随着时间的推移，在机械内、外因影响下，机械综和能力的损耗。主要有以下原因：

①机件配合间隙增大，刚性下降。

②主要部件磨损和老化。

③摩擦系数增大，负荷增加以及磨损等原因造成发热量增大。

④机械的主要联接副和部件发生磨损、扭曲变形等。

2.设备故障状态的迹象

设备故障状态的迹象在矿山设备中的表象主要有：

2.1输出参数的变化

矿山设备中如提升机运载能力下降凿岩设备台班生产率降低，汽油、柴油机耗油量与工作时间、工作量的比例增加等的变化。

2.2振动异常

振动是机械运行过程中的属性之一，但不正常的振动常常是测定设备故障的有效手段。

2.3声响异常

机械在运转过程中，在正常状态下发出的声响应是均匀与轻微的。当设备在正常工况条件下发出杂乱而沉重的声响时，提示设备出现异常。所以，对噪声异常的故障迹象必须认真对待，仔细检查，正确判断。

2.4过热现象

工作中，常常发生发动机、制动器、轴承等部位超出正常工作状态的温度变化。如不及时发现，并诊断与排除，将引起机件烧毁等事故。

2.5磨损残余物的激增

通过观察油箱、齿轮箱、轴承、齿轮等零件的磨损残余物，并定量测定油样等样本中磨损微粒的多少，即可确定机件磨损的程度。

2.6裂纹的扩展

通过机械零件表面或内部缺陷（包括焊接、铸、锻造、压延等）的变化趋势，特别是裂纹缺陷的变化趋势，判断机械故障的程度，并对机件强度进行评估。

3.设备故障诊断的实施

通过对设备故障的产生原因及现象的分析，使我们对故障的诊断有了明确的目的性。目前，对各种设备的故障诊断实施技术，已从传统的感官直接判断，进入到利用现代振动、声、光、电学理论以及各种现代测试技术、信息处理、识别技术和计算机技术的方向发展。

3.1振动检测技术

振动检测系统可通过对机械振动信号的拾取、放大，显示振动的峰值，以了解机械的振动状态。主要设备有测振用传感器、放大器等。

3.2音响检测技术

现代音响检测技术是通过对声波的声速、波长、周期、频率及声

压的测量、监测和判断设备的声波变化，对设备故障实施诊断。主要设备为噪声测量仪。

3.3目视—光学测量技术

对外露结构可采用放大镜与显微镜进行检测，以观察零件表面上反差较强的大尺寸缺陷。对于封闭结构内部零件可采用工业用内窥镜进行观察、检测，如对发动机的汽缸壁及汽缸盖、气门的检测。

3.4射线探伤检测

射线探伤有x射线γ射线和中子射线等探测方法。该方法对于探测设备内部立体缺陷具有重要意义。缺点是当裂纹面与射线近于垂直时则难于探测出来。对微小裂纹的探测灵敏度较低。目前在矿山使用较普遍的射线探测方法有照相法、电离检测法、荧光屏观察法等。比较先进的方法还有计算机层析照相等。

3.5超声波探伤检测

超声波探伤是利用超声波射入被检物，由被检物内部缺陷处反射回来的伤波来判断缺陷的存在、位置、性质及大小。缺点是检测时有一定的近场盲区，检测结果不能记录。超声波检测是用探伤仪进行的。

3.6磁粉探伤检测

磁粉探伤检测法根据探测磁场中磁迹痕迹，判断缺陷的实际形态。适用于各种形态的钢铁机件，快速发现裂纹、气孔、夹杂等事故隐患。

3.7温度诊断技术

通过机械设备温度变化，可以查找机件缺陷和诊断各种由热应力引起的故障。温度诊断是以温度、温差、温度场、热象等热学参数为检测对象。检测仪器主要有温度计、热电偶等。

3.8油液污染度检测

在各种油箱、油缸、管路中，固体颗粒状污染物是造成机件磨损、刮伤、卡死、堵塞的主要原因。椐统计，70%以上的液压设备故障是由于固体颗粒物污染造成的。所以，油液污染物的测定是预防机件破坏的有效途径。目前常用的测定方法有称重法、计数法、光测法、电测法和淤积法等。

3.9气体污染监测技术

在机械设备的故障形成过程中或故障形成后产生的气体污染是

故障判断的来源之一。通过对这类气体的监测，可及时发现和避免设备的故障发生。气体污染监测主要用于电气故障、发动机故障及空压机故障的监测，主要仪器有气体红外分析仪和气相色谱仪等。

4.典型零件故障的诊断

4.1齿轮的故障诊断

齿轮传动是机械设备中最常见的传动方式，特别在矿山机械中广泛使用开式齿轮设备，这是诱发机械故障的重要原因。

齿轮异常的主要形态有齿面磨损、齿面胶合和擦伤，齿面接触疲劳及弯曲疲劳与断齿。造成异常的原因是多方面的，如矿石侵入、局部压力过高、超载、润滑失常、安装位置不当及腐蚀作用等。

对齿轮的故障诊断手段主要是对齿轮的振动信号进行分析。例如