應(yīng)用無損檢測技術(shù)提高煤礦機(jī)械設(shè)備故障診斷水平

摘要：將無損檢測技術(shù)應(yīng)用于煤礦機(jī)械設(shè)備，對(duì)有效監(jiān)督煤礦機(jī)械設(shè)備運(yùn)轉(zhuǎn)情況，及時(shí)診斷出煤礦機(jī)械設(shè)備運(yùn)行中的故障，提升煤礦機(jī)械設(shè)備維修質(zhì)量和效率，具有十分重要的意義。在簡述無損檢測技術(shù)的應(yīng)用特征、應(yīng)用領(lǐng)域，以及煤礦機(jī)械設(shè)備的種類和故障特點(diǎn)的基礎(chǔ)上，敘述了無損檢測技術(shù)的檢測類別、檢測特點(diǎn)和技術(shù)參數(shù)。以某煤礦企業(yè)為例，使用RION VA-12型振動(dòng)測試分析儀，對(duì)1臺(tái)銑削式滾筒采煤機(jī)進(jìn)行預(yù)防性超聲波無損檢測，取得的良好修復(fù)效果，最后對(duì)無損檢測技術(shù)的發(fā)展前景進(jìn)行展望。

關(guān)鍵詞：煤礦機(jī)械設(shè)備；無損檢測技術(shù)；故障診斷；應(yīng)用實(shí)踐

0 " 引言

機(jī)械設(shè)備在我國煤礦、建筑、公路等領(lǐng)域的施工生產(chǎn)中發(fā)揮著舉足輕重的作用，如果機(jī)械設(shè)備出現(xiàn)故障，將對(duì)施工生產(chǎn)帶來較大影響，會(huì)造成工期滯后、產(chǎn)量下降、效益減少。為了預(yù)防機(jī)械設(shè)備發(fā)生故障，保證機(jī)械設(shè)備正常運(yùn)轉(zhuǎn)，需要通過各種檢測手段對(duì)機(jī)械設(shè)備進(jìn)行預(yù)防性檢測，防止和減輕機(jī)械設(shè)備發(fā)生的故障。將無損檢測技術(shù)應(yīng)用于煤礦機(jī)械設(shè)備，對(duì)有效監(jiān)督煤礦機(jī)械設(shè)備運(yùn)轉(zhuǎn)情況，及時(shí)診斷出煤礦機(jī)械設(shè)備運(yùn)行中的故障，提升煤礦機(jī)械設(shè)備維修質(zhì)量和效率，具有十分重要的意義。

1 " 無損檢測技術(shù)應(yīng)用特征與應(yīng)用領(lǐng)域

1.1 "應(yīng)用特征

無損檢測技術(shù)的主要特征是在機(jī)械設(shè)備檢測過程中，不會(huì)給被檢測零部件造成損害，不影響機(jī)械設(shè)備的使用性能。無損檢測通常采用射線檢測、超聲波檢測和電磁波檢測等技術(shù)。

1.2 "應(yīng)用領(lǐng)域

目前無損檢測技術(shù)的應(yīng)用領(lǐng)域逐漸拓寬，化工、航天、建筑、礦山等領(lǐng)域的機(jī)械設(shè)備制造和維修，都應(yīng)用了有無損檢測技術(shù)。為了適應(yīng)經(jīng)濟(jì)社會(huì)發(fā)展需要，無損檢測技術(shù)的診斷能力不斷提升，在機(jī)械設(shè)備制造和維修領(lǐng)域中發(fā)揮出越來越重要的作用。

2 " 煤礦機(jī)械設(shè)備種類和故障特點(diǎn)

2.1 "種類

煤礦機(jī)械設(shè)備主要包括掘進(jìn)機(jī)、采煤機(jī)、刮板運(yùn)輸機(jī)、液壓支架等。其中掘進(jìn)機(jī)可分為開敞式掘進(jìn)機(jī)和護(hù)盾式掘進(jìn)機(jī)，其主要由切割機(jī)構(gòu)、裝運(yùn)機(jī)構(gòu)、行走機(jī)構(gòu)、伸縮機(jī)構(gòu)和回轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)等組成。采煤機(jī)可分為鋸削式、刨削式、鉆削式和銑削式4種，以銑削式滾筒采煤機(jī)的使用范圍最廣。銑削式滾筒采煤機(jī)主要結(jié)構(gòu)包括機(jī)身、液壓系統(tǒng)、控制系統(tǒng)、截割機(jī)構(gòu)、行走機(jī)構(gòu)、牽引系統(tǒng)等。

2.2 "故障特點(diǎn)

以某煤礦企業(yè)為例，該企業(yè)采用各種煤礦機(jī)械設(shè)備進(jìn)行煤礦生產(chǎn)作業(yè)。在煤礦生產(chǎn)過程中，煤礦機(jī)械設(shè)備長期在陰暗、潮濕、多塵等惡劣環(huán)境中進(jìn)行生產(chǎn)作業(yè)，不斷承受巨大載荷和沖擊力，其掘進(jìn)機(jī)和采煤機(jī)的傳動(dòng)裝置和工作裝置磨損速度快、故障頻率高，其中傳動(dòng)裝置中的變速器、減速器等更容易損壞，直接影響煤礦的生產(chǎn)效率。

3 " 無損檢測技術(shù)的應(yīng)用

3.1 " 檢測類別

根據(jù)煤礦機(jī)械設(shè)備的結(jié)構(gòu)和故障特點(diǎn)，選用微波檢測、中子檢測、射線檢測等無損檢測技術(shù)對(duì)其進(jìn)行檢測和診斷。例如采用A型脈沖反射超聲波檢測技術(shù)，對(duì)動(dòng)力軸和傳動(dòng)軸進(jìn)行檢測，具有較好的檢測效果；采用射線檢測技術(shù)對(duì)構(gòu)件焊縫進(jìn)行檢測，可檢測出細(xì)小焊縫開焊等問題。可根據(jù)煤礦機(jī)械設(shè)備零部件壁厚情況，確定使用某類無損檢測技術(shù)。不同厚度零部件的無損檢測類別，如表1所示。

采用無損檢測技術(shù)診斷出煤礦機(jī)械設(shè)備的零部件故障后，要對(duì)故障類型、故障大小、零部件材質(zhì)等進(jìn)行系統(tǒng)分析，制定出有針對(duì)性的解決方案，使無損檢測技術(shù)在煤礦機(jī)械設(shè)備故障診斷中發(fā)揮出最佳效果。

3.2 " 檢測特點(diǎn)

采用無損檢測技術(shù)對(duì)煤礦機(jī)械設(shè)備進(jìn)行故障檢測，具有以下3個(gè)特點(diǎn)：一是能夠?qū)崟r(shí)監(jiān)控煤礦機(jī)械設(shè)備在作業(yè)過程中出現(xiàn)的零部件故障，可促進(jìn)故障的早發(fā)現(xiàn)、早修復(fù)，以減少損失；二是能夠準(zhǔn)確診斷和掌握煤礦機(jī)械設(shè)備零部件故障部位，據(jù)此制定詳細(xì)的維修方案；三是能夠保護(hù)無缺陷、無故障零部件，提升煤礦機(jī)械設(shè)備零部件維修數(shù)據(jù)的精準(zhǔn)性。

3.3 " 檢測要點(diǎn)

在不損壞被檢測煤礦機(jī)械設(shè)備正常零部件前提下，應(yīng)正確使用無損檢測技術(shù)手段進(jìn)行故障檢測，并在此基礎(chǔ)上制定出零部件故障修復(fù)方案。使用振動(dòng)測試分析儀，對(duì)煤礦機(jī)械設(shè)備容易發(fā)生故障的部位進(jìn)行振動(dòng)檢測，可發(fā)現(xiàn)并準(zhǔn)確診斷故障部位和故障情況，為后續(xù)修復(fù)工作提供可靠依據(jù)。例如使用RION VA-12型振動(dòng)測試分析儀，對(duì)煤礦機(jī)械設(shè)備的傳動(dòng)裝置進(jìn)行無損振動(dòng)檢測，可準(zhǔn)確測量和分析檢測出的數(shù)值，并通過顯示器識(shí)別故障類型。

4 " 案例分析

4.1 " 故障現(xiàn)象

某煤礦企業(yè)在使用RION VA-12型振動(dòng)測試分析儀，對(duì)1臺(tái)銑削式滾筒采煤機(jī)進(jìn)行日常預(yù)防性超聲波無損。檢測過程中，發(fā)現(xiàn)其搖臂減速器的測量數(shù)值異常。為了不給煤礦生產(chǎn)造成大的影響，需要進(jìn)一步檢測并確定故障部位，并盡快組織修復(fù)。

4.2 " 檢測方法

使用RION VA-12型振動(dòng)測試分析儀繼續(xù)進(jìn)行檢測。采用鋸齒形掃描的方式對(duì)該減速器進(jìn)行檢測，通過檢測畫面查看該減速器是否存在故障。發(fā)現(xiàn)該減速器故障部位后，進(jìn)行二次掃描。二次掃描采用前后、左右、轉(zhuǎn)角以及環(huán)繞等掃描方式，對(duì)該減速器故障部位及其周邊進(jìn)行掃描，明確故障的具體位置以及故障的形狀，分析和確定引發(fā)故障的原因。

在掃描過程中，傳感器探頭的覆蓋面大于探頭直徑的10%。當(dāng)掃描部位的底板達(dá)到20mm以下時(shí)，調(diào)整掃描刻度，檢測靈敏度要達(dá)到10dB。當(dāng)掃描部位的底板達(dá)到20mm以上時(shí)，將相關(guān)刻度調(diào)至滿格，以保證檢測數(shù)據(jù)的精準(zhǔn)性。

4.3 " 檢測結(jié)果

使用RION VA-12型振動(dòng)測試分析儀對(duì)該減速器進(jìn)行檢測后，對(duì)形成的工況圖進(jìn)行結(jié)構(gòu)化分析，對(duì)檢測得到的相關(guān)振動(dòng)信號(hào)展開數(shù)字化分析。

分析結(jié)果表明，該減速器傳回信號(hào)的波動(dòng)幅度較大，如振動(dòng)周期為0.077s，振動(dòng)頻率為22.3Hz。將減速器的檢測數(shù)據(jù)與齒輪軸的轉(zhuǎn)動(dòng)頻率進(jìn)行對(duì)比，發(fā)現(xiàn)齒輪軸的振動(dòng)頻率為620Hz，并且其檢測到的振動(dòng)峰值較小，同時(shí)數(shù)值分布相對(duì)分散，且振動(dòng)頻率等同于嚙合頻率。

根據(jù)上述檢測數(shù)據(jù)，維修技術(shù)人員確定該齒輪軸嚙合頻率為620Hz屬于正常，而該減速器存在故障。搖臂減速器與齒輪軸振動(dòng)檢測參數(shù)對(duì)比如表2所示。

4.4 " 故障部位確定

在對(duì)該銑削式滾筒采煤機(jī)進(jìn)行檢測后，確定其故障部位為減速器齒輪軸。將該減速器解體、清洗后發(fā)現(xiàn)，該減速器殼體上出現(xiàn)裂縫，殼體一側(cè)的齒輪軸軸承（銅套）磨損嚴(yán)重，殼體上2處齒輪軸座孔密封件漏油嚴(yán)重。為了恢復(fù)該減速器使用性能，保證該銑削式滾筒采煤機(jī)的正常使用，維修技術(shù)人員針對(duì)該減速器的3處故障，制定了切實(shí)可行的維修方案，開展了修復(fù)工作。

4.5 " 故障修復(fù)

4.5.1 " 修復(fù)方案

為了修復(fù)該減速器的故障，制定了以下修復(fù)方案：一是將該減速器拆下、解體、清洗、去除油漬；二是補(bǔ)焊減速器殼體裂縫，并將焊縫打磨平整；三是更換齒輪軸磨損的軸承（銅套），四是更換減速器殼體上齒輪軸座孔密封件。

4.5.2 " 修復(fù)減速器殼體裂縫

根據(jù)該減速器殼體材料特性、裂縫部位和長度等實(shí)際情況，修理技術(shù)人員決定采取鋼板修補(bǔ)技術(shù)手段。采用厚度為3mm的鋼板作為補(bǔ)板材料，設(shè)置焊縫參數(shù)和技術(shù)要求，以保證焊縫質(zhì)量。完成焊縫焊接后，將焊縫打磨平整。

4.5.3 " 修復(fù)齒輪軸軸承

首先，將該減速器殼體上已經(jīng)磨損的齒輪軸軸承（銅套）拆下。

其次，使用內(nèi)徑量表精確測量銅套座孔尺寸，使用外徑千分尺測量齒輪軸軸端與銅套配合部位的直徑尺寸，并做好記錄。

再次，繪制齒輪軸銅套加工圖紙，確定并標(biāo)注銅套外徑與銅套座孔的過盈配合尺寸和公差，確定并標(biāo)注銅套內(nèi)徑與齒輪軸軸端外徑的間隙配合尺寸和公差。

然后，車削齒輪軸銅套，其外徑尺寸按照?qǐng)D紙尺寸加工，其內(nèi)徑尺寸比照?qǐng)D紙尺寸適當(dāng)留出加工余量。

接著，將加工銅套壓入軸承座孔內(nèi)，將該減速器殼體安裝在鏜床工作臺(tái)上，測量并找正減速器殼體上齒輪軸兩端座孔的同軸度。

最后，使用鏜床將銅套內(nèi)徑鏜削到圖紙標(biāo)明的尺寸和公差范圍之內(nèi)。按照上述修復(fù)方案對(duì)減速器齒輪軸軸承（銅套）完成修復(fù)，取得了預(yù)期的良好效果。

4.5.4 " 更換減速器殼體上的密封件

雖然該減速器殼體上，只有2處齒輪軸座孔的密封件因漏油嚴(yán)重需要更換，但考慮到其他密封件經(jīng)過長期使用也存在磨損、老化現(xiàn)象，于是在此次該減速器修復(fù)時(shí)，將全部密封件予以更新。

經(jīng)過以上修復(fù)，該銑削式滾筒采煤機(jī)搖臂減速器得到修復(fù)，修復(fù)后使用RION VA-12型振動(dòng)測試分析儀對(duì)該減速器再次進(jìn)行檢測后，各項(xiàng)檢測數(shù)據(jù)恢復(fù)正常。

5 " 無損檢測技術(shù)發(fā)展前景

5.1 " 制定無損檢測診斷標(biāo)準(zhǔn)

用于煤礦、建筑、公路等工程施工和生產(chǎn)作業(yè)的各類機(jī)械設(shè)備，承擔(dān)了強(qiáng)度很大的施工生產(chǎn)任務(wù)，為了保證施工生產(chǎn)質(zhì)量和效率，須采用性能先進(jìn)、安全可靠的機(jī)械設(shè)備。各類機(jī)械設(shè)備容易發(fā)生故障的部位各不相同，開展無損檢測的技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)也存在差異。因此應(yīng)針對(duì)各類機(jī)械設(shè)備發(fā)生故障的特點(diǎn)和實(shí)際情況，制定明確的無損檢測診斷標(biāo)準(zhǔn)，保證各類機(jī)械設(shè)備的無損檢測質(zhì)量，為做好故障診斷后的維修工作打好基礎(chǔ)。

5.2 " 研發(fā)無損檢測技術(shù)配套設(shè)備

將無損檢測技術(shù)與計(jì)算機(jī)技術(shù)和信息技術(shù)相融合，能夠有效提升檢測質(zhì)量和效果。例如超聲波無損檢測，可借助計(jì)算機(jī)技術(shù)和信息技術(shù)，實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)采集、數(shù)據(jù)處理、遠(yuǎn)程控制等智能化功能，進(jìn)行科學(xué)、精密運(yùn)算，能夠在短時(shí)間內(nèi)整合機(jī)械設(shè)備檢測信息資料，提升檢測數(shù)據(jù)的可靠性、檢測質(zhì)量和效率，縮小檢測數(shù)據(jù)的誤差，促進(jìn)提高機(jī)械設(shè)備維修效果。

6 " 結(jié)語

無損檢測技術(shù)在我國機(jī)械設(shè)備故障診斷中具有重要地位，將無損檢測技術(shù)應(yīng)用于煤礦機(jī)械設(shè)備，對(duì)有效監(jiān)督煤礦機(jī)械設(shè)備運(yùn)轉(zhuǎn)情況，及時(shí)診斷出煤礦機(jī)械設(shè)備運(yùn)行中的故障，提升煤礦機(jī)械設(shè)備維修質(zhì)量和效率，具有十分重要的意義。

本文以某煤礦企業(yè)為例，針對(duì)煤礦機(jī)械設(shè)備的特點(diǎn)，闡述無損檢測技術(shù)的應(yīng)用優(yōu)勢，發(fā)揮無損檢測技術(shù)在煤礦機(jī)械設(shè)備維修中的重要作用，展望無損檢測技術(shù)發(fā)展前景，以期提高煤礦機(jī)械設(shè)備故障診斷和維修水平。

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