礦山機電設備故障診斷研究

楊禮

【摘 要】礦山設備的種類繁多，包括運輸設備、輸送設備、鉆探設備等，絕大部分設備工作環(huán)境較為惡劣。設備故障率較高。設備故障發(fā)生的原因是多方面的，本文闡述了機械設備故障診斷的理論、實施方法、儀器和典型零件的應用等內(nèi)容，具有一定借鑒意義。

【關鍵詞】設備；故障診斷；檢測

1.設備故障狀態(tài)產(chǎn)生的原因

機械設備的突發(fā)性故障率高、停機損失大、維修費用高、維修周期長等問題，成為困擾企業(yè)的突出問題。如何應用現(xiàn)代故障診斷技術建立設備故障預警制度，是擺在企業(yè)面前的一個主要課題。經(jīng)筆者研究，主要有以下幾種類型。

1.1機械零件的損壞及配合關系的變化

當機械發(fā)生某種故障后，從故障部位進行外部觀察，我們會發(fā)現(xiàn)，故障的形成主要是由于零件本身的損傷、以及零件之間原有配合關系發(fā)生了變化。

零件的損傷是指零件的現(xiàn)有尺寸、形態(tài)偏離了原始設計性能，這種偏離表示機械在使用過程中，各種因素對零件發(fā)生作用的結果。常見的零件損傷是由于意外損傷和老化損傷造成的。

1.2設備超負荷運轉

每臺設備都有一個設計輸出參數(shù)極限，如果設備的實際輸出參數(shù)超出其設計輸出極限時，機械的正常狀態(tài)將遭到破壞形成故障。產(chǎn)生設備超負荷運轉而引起故障時，就需要采取調整技術參數(shù)，提高設備承載能力，并對故障設備采取修復措施。

1.3機械工作能力的損耗

機械工作能力的損耗是隨著時間的推移，在機械內(nèi)、外因影響下，機械綜和能力的損耗。主要有以下原因：

①機件配合間隙增大，剛性下降。

②主要部件磨損和老化。

③摩擦系數(shù)增大，負荷增加以及磨損等原因造成發(fā)熱量增大。

④機械的主要聯(lián)接副和部件發(fā)生磨損、扭曲變形等。

2.設備故障狀態(tài)的跡象

設備故障狀態(tài)的跡象在礦山設備中的表象主要有：

2.1輸出參數(shù)的變化

礦山設備中如提升機運載能力下降鑿巖設備臺班生產(chǎn)率降低，汽油、柴油機耗油量與工作時間、工作量的比例增加等的變化。

2.2振動異常

振動是機械運行過程中的屬性之一，但不正常的振動常常是測定設備故障的有效手段。

2.3聲響異常

機械在運轉過程中，在正常狀態(tài)下發(fā)出的聲響應是均勻與輕微的。當設備在正常工況條件下發(fā)出雜亂而沉重的聲響時，提示設備出現(xiàn)異常。所以，對噪聲異常的故障跡象必須認真對待，仔細檢查，正確判斷。

2.4過熱現(xiàn)象

工作中，常常發(fā)生發(fā)動機、制動器、軸承等部位超出正常工作狀態(tài)的溫度變化。如不及時發(fā)現(xiàn)，并診斷與排除，將引起機件燒毀等事故。

2.5磨損殘余物的激增

通過觀察油箱、齒輪箱、軸承、齒輪等零件的磨損殘余物，并定量測定油樣等樣本中磨損微粒的多少，即可確定機件磨損的程度。

2.6裂紋的擴展

通過機械零件表面或內(nèi)部缺陷（包括焊接、鑄、鍛造、壓延等）的變化趨勢，特別是裂紋缺陷的變化趨勢，判斷機械故障的程度，并對機件強度進行評估。

3.設備故障診斷的實施

通過對設備故障的產(chǎn)生原因及現(xiàn)象的分析，使我們對故障的診斷有了明確的目的性。目前，對各種設備的故障診斷實施技術，已從傳統(tǒng)的感官直接判斷，進入到利用現(xiàn)代振動、聲、光、電學理論以及各種現(xiàn)代測試技術、信息處理、識別技術和計算機技術的方向發(fā)展。

3.1振動檢測技術

振動檢測系統(tǒng)可通過對機械振動信號的拾取、放大，顯示振動的峰值，以了解機械的振動狀態(tài)。主要設備有測振用傳感器、放大器等。

3.2音響檢測技術

現(xiàn)代音響檢測技術是通過對聲波的聲速、波長、周期、頻率及聲壓的測量、監(jiān)測和判斷設備的聲波變化，對設備故障實施診斷。主要設備為噪聲測量儀。

3.3目視—光學測量技術

對外露結構可采用放大鏡與顯微鏡進行檢測，以觀察零件表面上反差較強的大尺寸缺陷。對于封閉結構內(nèi)部零件可采用工業(yè)用內(nèi)窺鏡進行觀察、檢測，如對發(fā)動機的汽缸壁及汽缸蓋、氣門的檢測。

3.4射線探傷檢測

射線探傷有X射線γ射線和中子射線等探測方法。該方法對于探測設備內(nèi)部立體缺陷具有重要意義。缺點是當裂紋面與射線近于垂直時則難于探測出來。對微小裂紋的探測靈敏度較低。目前在礦山使用較普遍的射線探測方法有照相法、電離檢測法、熒光屏觀察法等。比較先進的方法還有計算機層析照相等。

3.5超聲波探傷檢測

超聲波探傷是利用超聲波射入被檢物，由被檢物內(nèi)部缺陷處反射回來的傷波來判斷缺陷的存在、位置、性質及大小。缺點是檢測時有一定的近場盲區(qū)，檢測結果不能記錄。超聲波檢測是用探傷儀進行的。

3.6磁粉探傷檢測

磁粉探傷檢測法根據(jù)探測磁場中磁跡痕跡，判斷缺陷的實際形態(tài)。適用于各種形態(tài)的鋼鐵機件，快速發(fā)現(xiàn)裂紋、氣孔、夾雜等事故隱患。

3.7溫度診斷技術

通過機械設備溫度變化，可以查找機件缺陷和診斷各種由熱應力引起的故障。溫度診斷是以溫度、溫差、溫度場、熱象等熱學參數(shù)為檢測對象。檢測儀器主要有溫度計、熱電偶等。

3.8油液污染度檢測

在各種油箱、油缸、管路中，固體顆粒狀污染物是造成機件磨損、刮傷、卡死、堵塞的主要原因。椐統(tǒng)計，70%以上的液壓設備故障是由于固體顆粒物污染造成的。所以，油液污染物的測定是預防機件破壞的有效途徑。目前常用的測定方法有稱重法、計數(shù)法、光測法、電測法和淤積法等。

3.9氣體污染監(jiān)測技術

在機械設備的故障形成過程中或故障形成后產(chǎn)生的氣體污染是故障判斷的來源之一。通過對這類氣體的監(jiān)測，可及時發(fā)現(xiàn)和避免設備的故障發(fā)生。氣體污染監(jiān)測主要用于電氣故障、發(fā)動機故障及空壓機故障的監(jiān)測，主要儀器有氣體紅外分析儀和氣相色譜儀等。

4.典型零件故障的診斷

4.1齒輪的故障診斷

齒輪傳動是機械設備中最常見的傳動方式，特別在礦山機械中廣泛使用開式齒輪設備，這是誘發(fā)機械故障的重要原因。

齒輪異常的主要形態(tài)有齒面磨損、齒面膠合和擦傷，齒面接觸疲勞及彎曲疲勞與斷齒。造成異常的原因是多方面的，如礦石侵入、局部壓力過高、超載、潤滑失常、安裝位置不當及腐蝕作用等。

對齒輪的故障診斷手段主要是對齒輪的振動信號進行分析。例如齒輪的偏心造成齒輪嚙合時一邊緊一邊松，從而產(chǎn)生載荷波動，使振動幅值按此規(guī)律周期性變化。又如齒輪加工造成節(jié)距不均勻及類似故障，使齒輪在嚙合中產(chǎn)生短暫的“加載”和“卸載”效應。根據(jù)信號的分類、規(guī)律及特性，判斷齒輪故障的類型，并做處理。

4.2鋼絲繩的故障診斷

鋼絲繩是礦山設備中運用最為廣泛的機件，在提升運輸設備、井口設備中被廣泛采用。鋼絲繩的損傷程度和承重能力將直接關系到礦山人身與設備安全。

鋼絲繩喪失承重能力的原因，主要是由于組成繩股的鋼絲磨損或銹蝕，以及因疲勞破壞而造成的個別的鋼絲折斷。在多數(shù)情況下，我們只能觀察到鋼絲繩外層磨損與斷絲情況，而對內(nèi)部斷絲與磨損情況無法觀察。在礦山制訂的鋼絲繩報廢標準時也只是依據(jù)外層鋼絲的磨損和銹蝕情況進行判斷。采用對鋼絲繩的技術狀態(tài)進行客觀檢測，不僅可以提高使用的安全性，還可以延長其許用期和按需更換。目前，對鋼絲繩的無損檢測手段很多，如聽音法、振動法、超聲波探傷法、次聲波法和電磁探傷法。從應用角度看，電磁探傷法是用來評定鋼絲繩技術狀態(tài)的有效辦法。

電磁探傷法的原理是根據(jù)鋼絲繩良好的導磁性能，當外加磁場磁化至飽和時，若該段鋼絲繩存在斷絲，則在斷口附近產(chǎn)生局部漏磁場。根據(jù)對探傷結果的分析、判斷，對鋼絲繩的處理有以下三種方法即斷絲嚴重的立即更換；斷絲程度中等、未超過報廢標準，可繼續(xù)使用一段時間后再更換；斷絲少或無斷絲的，可繼續(xù)使用，使用一段時間后，再做探傷檢查。