MGTY300/710-1.1D電牽引采煤機可靠性分析

孫建立

（開灤集團設備管理中心，河北 唐山 063000）

1 可靠性基本理論

1.1 可靠性定義。可靠性的定義是：產品在規定的條件下和規定的時間區間內，完成規定功能的能力。產品喪失規定的功能稱為失效，對可修復的產品稱為故障。系統、機器、零部件等一般是隨使用時間的增長會產生損壞或故障的，對于發生故障一般有兩種處置方式，即廢棄或修復故障。

1.2 可靠性特征量。表示產品總體可靠性水平高低的各種可靠性指標稱為可靠性特征量。可靠性特征量的真值是理論上的數值。根據樣本觀測值，經一定的統計分析可得到特征量的真值的估計值。常用的可靠性特征量有可靠度R、失效概率(或不可靠度)F（F=1-R）、失效率λ、平均無故障工作時間MTBF、平均修復時間MTTR、有效度A(A=MTBF/(MTBF+MTTR)=μ/(μ+λ),μ—修復率 )等。

2 采煤機整機系統可靠性分析

2.1 采煤機可靠性分析方法。對采煤機這種串聯可修復系統進行可靠性分析，可以首先結合該機型采煤機現場運行記錄，進行典型故障統計分析，統計出其無故障工作時間頻數和故障間隔(即修理)時間頻數,求出機械平均無故障工作間和平均修理時間,并由此得出故障率、修復率、有效度等可靠性指標，在此基礎上就其牽引、截割、液壓、電氣和輔助等五大子系統中故障影響時間所占比例較重的子系統，進行具體細致的可靠性分析，從而綜合確定出采煤機故障率的關鍵影響因素，提出維修管理重點或技術改造方案。

2.2 MGTY300/730-1.1D型采煤機整機可靠性分析

2.2.1 MGTY300/730-1.1D電牽引采煤機簡介。MGTY300/730-1.1D電牽引采煤機由太重集團太礦煤機有限責任公司生產，采用多電機橫向布置、無鏈牽引的方式，計算機控制，對運行狀態隨時檢測顯示，顯示內容全部為中文，適應國內煤礦使用。開灤集團自2001年起陸續采購應用，現有數量近20臺，分別應用于范各莊、呂家坨等礦業分公司，是中厚煤層開采的主力機型。

2.2.2 采煤機故障統計與分析。采煤機為可修復系統，其最重要的可靠性數據為系統的故障影響時間和故障間隔（運行）時間。為此，對開灤集團范各莊礦12煤層2021工作面回采全過程中MGTY300/710-1.1D 型采煤機的故障情況進行了統計整理，計算出平均故障影響時間即平均維修時間MTTR=9.38h，平均故障間隔時間即平均運行時間MTBF=224.32h，并可以得出采煤機各子系統故障影響時間占總故障時間的比例。

在采煤機所有的故障中，截割部所占的故障時間比例最大，主要表現在電機燒、離合軸及軸承壞、一軸密封壞等，其次是牽引部，主要表現在導向滑靴掰、行走輪壞、制動閘失效等，第三輔助裝置主要變現在對接螺絲松、調高千斤頂壞等，第四電氣系統主要是變頻器、端頭站、控制中心等損壞，第五液壓系統主要是調高泵壞。為找出這兩個子系統中故障關鍵影響因素，需進一步對其進行具體細致的可靠性分析。在液壓泵站和輔助裝置兩個子系統中，調高泵損壞和對節螺絲折斷兩種故障模式對其影響極大，其中調高泵損壞故障發生4次，占該子系統故障次數80%，故障影響時間720h，占該子系統故障影響時間90%；對節螺絲折斷故障發生3次，占該子系統故障次數75%，故障影響時間3600h，占該子系統故障影響時間91% 。因此應把它們列為采煤機故障關鍵影響因素，作為技術改造的解決重點。

2.2.3 采煤機可靠性指標的計算。根據上述對采煤機故障統計得出：平均故障影響時間即平均維修時間MTTR=9.38h，平均故障間隔時間即平均運行時間MTBF=224.32h。并計算得到的可靠性指標如下：故障率（失效率）λ=0.004458 h-1，修復率μ=0.10657 h-1，有效度A=0.9599， 可 靠 度 R(100h)=0.6403；R(200h)=0.4099；R(300h)=0.2625。

同時根據故障整理的數據計算的各子系統的失效率為：牽引部失效率λ=0.001444 h-1，截割部失效率λ=0.001583 h-1，電氣控制系統失效率λ=0.000288 h-1，液壓泵站系統失效率λ=0.000192 h-1，輔助裝置失效率λ=0.000950 h-1。

3 采煤機綜合改造及可靠性指標計算

3.1 采煤機綜合改造實施方案簡介

3.1.1 截割子系統改造

該型采煤機滾筒與搖臂連接方式原設計為錐形法蘭連接。滾筒與搖臂法蘭均為錐形，靠平鍵傳遞截割扭矩，滾筒螺栓連接固定。采煤機使用一段時間后，在需更換搖臂或滾筒時，滾筒無法從搖臂連接法蘭處拆下，只能被迫和搖臂連接法蘭一起拆下，造成搖臂內齒輪油的流失和因安裝搖臂連接法蘭而致的額外工力消耗，使故障處理時間大大延長。分析原因為錐形連接方式在采煤機斜切進刀時，滾筒受煤璧軸向截割反力作用及煤塵充填法蘭配合間隙導致與搖臂連接越來越緊，終致難以拆卸，即使到井上后也需加熱后用大噸位壓力機方可拆卸。

針對此問題，確定將滾筒連接方式改為方形法蘭連接，滾筒與搖臂連接法蘭均改為方形，靠方法蘭本身傳遞截割扭矩，滾筒螺栓連接固定，解決了滾筒拆卸的難題，大大降低了故障處理時間。

3.1.2 牽引子系統改造

1）制動系統改造。該型采煤機在煤層傾角25°以上的工作面使用時停機下滑現象較為嚴重，制動器摩擦片磨損極快，帶來極大的安全隱患。分析原因為采煤機原設計中制動器安裝在牽引傳動箱雙行星減速裝置的太陽輪側，通過制動器軸齒輪制動太陽輪上安裝的齒輪，而在此前由牽引電機輸出的牽引動力已經經過三級齒輪減速，與大多數機型制動電機輸出軸相比所需制動力矩較大，再加采煤機自重達52噸，制動力矩不足，導致采煤機下滑。

針對此問題，在原太陽輪出安裝的制動器基礎上，在牽引電機輸出軸處再加裝一個制動器，組成雙制動系統，將制動力矩提高至改造前的2.5倍，解決了采煤機下滑的安全隱患。

2）導向滑靴改造。該型采煤機導向滑靴原設計為鑄鋼材質，使用中因強度低、韌性差，斷裂損壞故障頻繁，故障影響時間較長，成本投入較大。

對此問題，對導向連接后整體焊接的加工工藝，使導向滑靴強度、韌性大大提高，降低損壞頻率。

3）齒軌輪潤滑注油方式改造。采煤機齒軌輪損壞主要分兩種模式：即斷齒和軸承損壞，而軸承損壞主要原因在于注油不利導致的軸承缺油，其原設計注油方式為潤滑油脂用注油槍由齒軌輪護板上注油孔注入，經過護板上注油孔、齒軌輪軸上油孔、軸套油孔后到達軸承。使用中，當軸相對于護板發生輕微轉動后，注油通道就會變小甚至堵死，造成注油不暢，再由于煤塵進入，極易堵死護板上注油孔，而且因注油通道在護板與軸間過渡時需經過90°轉向，導致通道一旦被煤塵堵塞后極難通清，軸承因缺油極快損壞。

針對此問題，對齒軌輪注油方式進行改造，在齒軌輪軸端頭鉆孔與油孔溝通，并在端頭處加設M10×1.5螺紋孔，與加長注油軟管接頭連接，用注油槍注入潤滑油脂。改造后，即使軸上油孔堵塞，也極易通清，保證了齒軌輪注油的及時性，降低軸承損壞機率。

3.1.3 調高液壓系統改造。該機型原調高液壓系統為20kW電機驅動進口齒輪油泵，為升降制動液壓系統供油。通過手、液動操縱閥組，安全閥、調高油缸、制動器等元件實現采煤機搖臂調高，制動松閘、報閘等功能。使用中進口齒輪油泵使用壽命不足一個月就發熱損壞，造成極大的成本投入（8萬/臺）。

針對此問題，對調高液壓系統進行改造，取消電機、油泵、油箱，采用工作面液壓支架用乳化液做為調高液壓系統動力源，選用支架用進口電液控閥組替代原國產閥組，并采用二級精過濾器串聯方式，來保證電液控閥組先導控制閥的供液質量。

3.1.4 主機架改造。該機型主機架為框架式分體結構，牽引傳動箱、高壓箱、控制箱、調高系統由采空區側裝入。中間框架與左、右框架間通過對節螺栓、穩釘肖軸連接。此結構使采煤機在安裝時因中間框架的存在而造成額外的工力和工時消耗，使用中，又因中間框架受力較大，造成對節螺栓極易松動折斷，而松動折斷后由于對節兩側箱體內安有電控箱體及箱體間有多條連接電纜，造成螺栓無法及時緊固更換，極易導致對節斷開，嚴重影響生產。

通過前面對此類型采煤機綜合改造方案地落實，有理由相信采煤機整機可靠性與改造前相比必將有極大提升。為此，同樣對開灤集團范各莊礦井下12煤層的1327工作面回采全過程中改造后采煤機的故障情況進行了統計整理，得到了采煤機在該工作面的故障記錄清單。

從清單中可以得出采煤機各子系統故障影響時間占總故障時間的比例，在所有的故障中，截割部所占的故障時間比例為40.78%，故障6次，故障時間48.67h；牽引部所占的故障時間比例為28.49%，故障3次，故障時間34h；輔助裝置所占的故障時間比例為6.7%，故障2次，故障時間8h；電氣系統所占的故障時間比例為18.16%，故障5次，故障時間21.67h；液壓系統所占的故障時間比例為5.87%，故障4次，故障時間7h。

可以看出改造后的采煤機所有的故障中，仍舊是截割部所占的故障時間比例最大，其次是牽引部，但故障次數和故障影響時間較改造前減少幅度較大。

3.2 改造后采煤機可靠性指標的計算。根據改造后采煤機運行記錄計算出平均故障影響時間即平均維修時間MTTR=5.97h，平均故障間隔時間即平均運行時間MTBF=320.35h。計算得到改造后MGTY300/730-1.1D型采煤機的可靠性指標如下：

故障率（失效率）λ=0.003155 h-1， 修 復 率 μ=0.16759 h-1， 有 效 度A=0.9817， 可 靠 度 R(100h)=0.7318；R(200h)=0.5356；R(300h)=0.3919。

同時根據故障整理的數據計算的各子系統的失效率為：牽引部失效率λ=0.000889 h-1，截割部失效率λ=0.001273 h-1，電氣控制系統失效率λ=0.000567-1，液壓泵站系統失效率λ=0.000183 h-1，輔助裝置失效率λ=0.000209 h-1。

結語

根據上述分析，可以看出，改造后MGTY300/710-1.1D 型采煤機的可靠性指標得到了大幅降低，子系統失效率除電氣系統較改造前增加外其余全部減小，說明采煤機綜合改造效果顯著，整機可靠性指標大幅提高。

[1]許金龍，吳波.電牽引采煤機行星減速器可靠性增長研究[J].礦山機械，2011（08）.