采煤機(jī)故障診斷分析

史景偉

摘要：采煤機(jī)工作環(huán)境惡劣且結(jié)構(gòu)復(fù)雜，涉及機(jī)械、電氣、液壓等。采煤機(jī)在煤礦工程中占據(jù)舉足輕重的作用，若在工作中出現(xiàn)故障必然會(huì)影響工程進(jìn)程，造成損失。對(duì)此需盡量及早發(fā)現(xiàn)故障并進(jìn)行解決。文章主要針對(duì)采煤機(jī)機(jī)械及電氣方面的故障進(jìn)行闡述，研究其診斷方法。

關(guān)鍵詞：采煤機(jī)；故障診斷；電氣系統(tǒng)

中圖分類(lèi)號(hào)：TD421 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A 文章編號(hào)：1009-2374（2014）09-0086-03

采煤機(jī)在煤炭企業(yè)中占據(jù)重要地位，在很大程度上決定著工程效益，其工作環(huán)境惡劣，存在煤塵、水霧等污染源，且工作時(shí)受到的沖擊很大。即使采取防范措施，采煤機(jī)也很容易受污染，加大磨損程度，減小其使用壽命，嚴(yán)重影響正常生產(chǎn)。所以為確保采煤機(jī)可靠性，提高生產(chǎn)效率，需要建立一套完整的故障診斷系統(tǒng)，診斷和預(yù)防故障的發(fā)生。監(jiān)控采煤機(jī)運(yùn)行狀態(tài)，排除隱患，降低損失。

1 典型采煤機(jī)系統(tǒng)介紹

采煤機(jī)主要保羅鋸削式、刨削式、鉆削式和銑削式四種類(lèi)型，本文以MG132/320-WD型交流電牽引采煤機(jī)系統(tǒng)為例對(duì)采煤機(jī)結(jié)構(gòu)進(jìn)行簡(jiǎn)要的介紹，以給讀者一個(gè)形象的整體印象。該采煤機(jī)中等功率。其工作面主要特點(diǎn)為厚度1.5～2.86m、煤層傾角<35°、煤質(zhì)中硬、頂板中等穩(wěn)定、底板起伏不大。整體結(jié)構(gòu)為多部電機(jī)橫向布置，計(jì)算機(jī)控制。

1.1 機(jī)械部分

該采煤機(jī)采用積木式組合結(jié)構(gòu)，多電機(jī)橫向布置、多點(diǎn)驅(qū)動(dòng)；調(diào)速系統(tǒng)采用機(jī)載“一拖二”交流變頻調(diào)速型式；牽引驅(qū)動(dòng)采用擺線輪—銷(xiāo)排型式；液壓系統(tǒng)采用雙聯(lián)齒輪泵；電控系統(tǒng)采用工業(yè)控制計(jì)算機(jī)結(jié)合PLC。牽引部分為左、右牽引部，為完全對(duì)稱(chēng)結(jié)構(gòu)；截割機(jī)構(gòu)主要組成部分有截割電動(dòng)機(jī)、搖臂減速箱、內(nèi)外噴霧系統(tǒng)和割煤滾筒等；行走部采用開(kāi)放的殼體外面蓋上大蓋板結(jié)構(gòu)；液壓系統(tǒng)原理由調(diào)高泵站、液壓管路系統(tǒng)、調(diào)高油缸和液壓制動(dòng)器等組成；主要包括兩部分：調(diào)高回路、控制和制動(dòng)回路。

1.2 電氣部分

該采煤機(jī)用隔爆兼本質(zhì)安全型電控箱裝載著電牽引采煤機(jī)的電控系統(tǒng)。電控系統(tǒng)由主回路、主控系統(tǒng)、交流變頻調(diào)速系統(tǒng)等組成。

主回路主要是由隔離開(kāi)關(guān)、真空接觸器、截割電機(jī)和泵電機(jī)等組成的高壓回路。

主控系統(tǒng)由工控機(jī)、PLC主控器、操作站、遙控器元件組成。操作站部分通過(guò)串行通信方式把數(shù)據(jù)傳給PLC主控器。變頻調(diào)速系統(tǒng)由一臺(tái)中壓變頻器和兩臺(tái)牽引電機(jī)組成。

2 采煤機(jī)故障分析及診斷方法

2.1 常見(jiàn)故障機(jī)診斷方法分析

（1）機(jī)械系統(tǒng)故障：

故障分析：故障主要包括：部件聯(lián)接不穩(wěn)固，導(dǎo)致載荷分布情況改變，部分部件因受力過(guò)大而損傷或斷裂；齒輪傳動(dòng)系統(tǒng)和聯(lián)接處出現(xiàn)像磨損、疲勞破壞或過(guò)載損壞等問(wèn)題。通常這些問(wèn)題均會(huì)導(dǎo)致機(jī)件升溫。其他因素如制造工藝、安裝質(zhì)量、使用方法等因素也會(huì)導(dǎo)致這方面的故障。

診斷方法：機(jī)械系統(tǒng)占據(jù)采煤機(jī)的主要結(jié)構(gòu)，所以該部分出現(xiàn)故障對(duì)企業(yè)生產(chǎn)有較大影響，故障診斷十分重要。診斷具體方法很多，例如溫度監(jiān)測(cè)診斷、振動(dòng)診斷法、噪聲診斷法、油液分析法等。目前最常用的屬溫度監(jiān)測(cè)診斷方法，該方法對(duì)設(shè)備狀態(tài)的監(jiān)測(cè)準(zhǔn)確且靈敏。因?yàn)橥ǔＨ裟巢糠植考霈F(xiàn)機(jī)械故障，由于受力改變會(huì)導(dǎo)致磨損速率也會(huì)隨之改變，雖然采用油液分析法或磨損判定法也能診斷，但時(shí)間較長(zhǎng)，溫度判別最快，且效果甚佳。筆者根據(jù)多年工作經(jīng)驗(yàn)認(rèn)為采用定點(diǎn)在線溫度監(jiān)測(cè)診斷采煤機(jī)效果很好，能夠直觀迅速地反映設(shè)備運(yùn)行狀態(tài)，且準(zhǔn)確度很高。

（2）軸承故障：

故障分析：一般軸承故障的原因包括：在負(fù)載過(guò)大或者負(fù)載不均的情況下，牽引行走鏈輪的支承軸承出現(xiàn)磨損或滾動(dòng)體碎裂情況十分普遍，進(jìn)一步會(huì)對(duì)鏈輪及與其相嚙合的一些部件產(chǎn)生連鎖損害。采煤機(jī)潤(rùn)滑不夠好，在搖臂頻繁升降的情況下，很多傳動(dòng)軸會(huì)承受很大作用力且不均勻，此時(shí)也容易出現(xiàn)故障。另外，軸承出現(xiàn)故障也可能由于采煤機(jī)潤(rùn)滑系統(tǒng)被污染導(dǎo)致潤(rùn)滑條件很差或者由于安裝軸承的質(zhì)量不過(guò)關(guān)，在荷載較大的情況下，配合軸承的軸和支承座會(huì)產(chǎn)生形狀畸變所致。當(dāng)然，軸承的設(shè)計(jì)制造工藝和自身材質(zhì)等因素，會(huì)對(duì)其使用壽命和工作穩(wěn)定性產(chǎn)生直接影響。

診斷方法：通常對(duì)于機(jī)械傳動(dòng)系統(tǒng)，為監(jiān)測(cè)其運(yùn)行狀態(tài)，需要在線對(duì)軸承溫度以及傳動(dòng)箱油溫和油位進(jìn)行連續(xù)監(jiān)測(cè)，將歷史記錄保存下來(lái)，通過(guò)計(jì)算機(jī)對(duì)變化曲線或圖形進(jìn)行分析，并推測(cè)數(shù)據(jù)的發(fā)展趨勢(shì)，結(jié)合經(jīng)驗(yàn)分析未來(lái)出現(xiàn)故障的可能性。與此同時(shí)，可以定期進(jìn)行油樣診斷分析，確保故障發(fā)現(xiàn)的及時(shí)性和前瞻性。

（3）電氣系統(tǒng)故障：

故障分析：礦井中，非常容易出現(xiàn)斷路情況，影響設(shè)備的正常工作。通常導(dǎo)致設(shè)備斷電的原因主要包括：由于設(shè)備長(zhǎng)時(shí)間工作帶來(lái)的持續(xù)振動(dòng)或接點(diǎn)、觸頭氧化引起線路接觸不良，尤其是插座、接頭等處；線路或零部件內(nèi)部斷開(kāi)；采煤機(jī)工作現(xiàn)場(chǎng)干擾太多，無(wú)有效的屏蔽手段；設(shè)備磨損、老化。

診斷方法：診斷采煤機(jī)電氣系統(tǒng)故障，首先應(yīng)查閱該機(jī)故障指示，也可通過(guò)搖測(cè)電阻來(lái)診斷，具體診斷方法與普通電氣系統(tǒng)診斷基本相同，可借助參考。

（4）液壓系統(tǒng)故障

故障分析：通常采煤機(jī)的液壓系統(tǒng)裝配了自動(dòng)調(diào)速、過(guò)載保護(hù)等裝置，但采煤機(jī)出現(xiàn)故障概率最大的部分也是液壓系統(tǒng)。液壓系統(tǒng)的很多故障具有一定的隱蔽性，只是由于故障表現(xiàn)和部件位置或相互之間的關(guān)系十分復(fù)雜導(dǎo)致的。礦井里污染大，光線也不好，通過(guò)拆卸液壓系統(tǒng)來(lái)檢查故障不是個(gè)理想的方案，以免使系統(tǒng)受污染。而污染也是導(dǎo)致液壓系統(tǒng)出現(xiàn)故障最大的導(dǎo)致因素，由于液壓系統(tǒng)密封性等因素，如果油液中含有雜質(zhì)，就會(huì)導(dǎo)致泵和液壓馬達(dá)磨損嚴(yán)重，甚至引起泄露，進(jìn)一步導(dǎo)致系統(tǒng)流量不足、升溫降壓。這是因?yàn)槿缋鋮s水流量不夠或斷水、油位過(guò)高或過(guò)低、油液內(nèi)有雜質(zhì)，熱交換系統(tǒng)或補(bǔ)油回路油量不足就會(huì)引起牽引部溫度過(guò)高。另外，調(diào)高泵的運(yùn)轉(zhuǎn)蹩勁引起截割部發(fā)熱。油路故障、注油回路故障及所有安全閥故障會(huì)造成采煤機(jī)不牽引。此外，液壓系統(tǒng)控制閥也會(huì)因污染而降低靈敏度或失靈，導(dǎo)致系統(tǒng)壓力、流量變化很不穩(wěn)定，進(jìn)而引起

故障。

診斷方法：檢查液壓系統(tǒng)各個(gè)部件的溫度、壓力或流量。根據(jù)壓系統(tǒng)各部分的功能、元件的位置分布來(lái)對(duì)溫度和壓力的在線監(jiān)測(cè)點(diǎn)進(jìn)行布置，如此，便能將溫度監(jiān)測(cè)場(chǎng)和壓力監(jiān)測(cè)場(chǎng)建立起來(lái)以對(duì)故障進(jìn)行實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)。故障源基本上都能夠通過(guò)這兩個(gè)監(jiān)測(cè)場(chǎng)準(zhǔn)確、迅速地尋找出來(lái)，并能及時(shí)得出出現(xiàn)故障的原因。與此同時(shí)，還可以通過(guò)油樣分析對(duì)污染狀況進(jìn)行定期檢查，以在故障發(fā)生前發(fā)現(xiàn)隱患，采取有效措施，防微杜漸。

2.2 故障診斷注意事項(xiàng)

第一，在采煤機(jī)進(jìn)行檢修時(shí)，必須將電源徹底斷掉。在斷除電源后，不可立即拆機(jī)檢查，還需等變頻器中間電路電容放電完畢后在進(jìn)行檢查，因?yàn)殡娙輾埩舻碾妷汉芨?，?huì)對(duì)人身安全造成威脅。

第二，通常為了便于維護(hù)工作，變頻器的所有動(dòng)力線一般于前側(cè)布置，但同時(shí)卻帶來(lái)了觸電隱患，所以，即使在地面試車(chē)時(shí)，也禁止開(kāi)蓋送電。

第三，注意隔離開(kāi)關(guān)不能進(jìn)行帶負(fù)荷通、斷操作，主要作用只是電氣隔離。

第四，一般停牽引時(shí)盡量不要急按“急?！辨I，應(yīng)該優(yōu)先采用操作站或遙控器的“停牽引”鍵或控制盤(pán)的“啟/?！辨I來(lái)進(jìn)行操作。這是由于變頻器的直流電容器組的最大允許充電次數(shù)是5次/10min。

3 故障診斷方法發(fā)展趨勢(shì)探討

在采煤機(jī)故障診斷方法中，人工神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)和專(zhuān)家系統(tǒng)相結(jié)合的智能故障診斷方法由于其結(jié)合兩中方法的優(yōu)勢(shì)，前景十分光明。神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)對(duì)淺層次的經(jīng)驗(yàn)推理較為實(shí)用，以數(shù)值計(jì)算為主，專(zhuān)家系統(tǒng)對(duì)深層次的邏輯推理較為實(shí)用，以符號(hào)推理為主。這兩種方法結(jié)合起來(lái)主要有3種模式分別為：以專(zhuān)家系統(tǒng)為主，以神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)為輔。系統(tǒng)的主要功能通過(guò)前者實(shí)現(xiàn)，而后者主要用來(lái)對(duì)規(guī)則的改善、補(bǔ)充等；以神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)為主，以專(zhuān)家系統(tǒng)為輔。作為輔助的專(zhuān)家系統(tǒng)主要有兩大功能：一是為神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)提供所需的預(yù)處理，二是為神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)提供專(zhuān)家解釋?zhuān)徊⒘袇f(xié)調(diào)式。神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)、專(zhuān)家系統(tǒng)相互獨(dú)立，相互協(xié)調(diào)，將二者獨(dú)立執(zhí)行的某些功能進(jìn)行組合，發(fā)揮二者優(yōu)勢(shì)。

4 結(jié)語(yǔ)

在煤礦生產(chǎn)中，采煤機(jī)占據(jù)著不可替代的地位，是綜合機(jī)械、電子電氣、液壓傳動(dòng)系統(tǒng)于一體的復(fù)雜系統(tǒng)。采煤機(jī)故障應(yīng)該及早發(fā)現(xiàn)，若待嚴(yán)重時(shí)再處理則所消耗的人力、財(cái)力將會(huì)大大增加。所以說(shuō)，采煤機(jī)故障的提前診斷具有很大意義。

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