摘要：在煤矿开采过程中采煤机设备的应用是非常关键的，其中摇臂齿轮箱作为重要的组成部分，故障问题的出现对煤矿生产有着直接影响。本文主要对当前采煤机摇臂齿轮箱故障问题及诊断方法进行分析，并提出相应的可靠性建议。
关键词：采煤机；摇臂齿轮；齿轮箱故障；可靠性
引言
我国有着丰富的煤炭,但贫气少油,所以煤炭是主要的能源消费。一方面,开采煤炭的工作环境差,管理落后,采煤质量与工作效率普遍不高;另一方面,国内采煤机摇臂齿轮箱故障诊断正在向高水平的方向发展,但应用理论与研究观念落后,让采煤机摇臂齿轮箱故障经常存在问题,阻碍采煤业发展。
1采煤机结构与工作原理简述
采煤机组成部分主要分为三大模块:截割部、牵引部和电气部。其中采煤机截割部通常分为电机、滚筒、摇臂齿轮箱以及滚筒调高装置几个部件;电气部主要是电气箱,其结构分为动力装置、状态栏、牵引调速、故障诊断以及保护装置等几个模块;牵引部则分为行走结构和牵引部齿轮箱两个部分;此外还包括导向装置、操纵杆以及驾驶室等相关结构。采煤机工作原理如下:由截齿滚筒旋转并且在输送机牵引动作下完成采煤动作,摇臂齿轮箱主要传递动力驱动滚筒,滚筒完成装落煤动作,牵引部电机驱动齿轮咬合系统,确保行走与滚筒连续切割,滚筒叶上切割下来的煤块被运至溜槽内。典型的电牵引双滚筒采煤机结构,分为截割部、电动机、牵引部以及相关辅助装置。采煤机摇臂齿轮箱减速为四级减速系统,包括直齿轮减速与行星轮减速两种减速机构,直齿减速机构为前两组减速系统,行星齿轮减速则为后两组减速系统。
2摇臂齿轮箱故障分析
摇臂齿轮箱故障是较为常见的采煤机故障,由于结构复杂,且各品牌采煤机齿轮箱内部结构存在较大差异,因此,出现故障的位置也存在较大差别。齿轮受工作环境影响较大,在恶劣条件下工作,可能产生大于设定的震动或过负荷运转,加大齿轮的疲劳磨损。同时,工作人员的操作熟练程度也会对齿轮箱的使用寿命产生影响,造成机械故障。摇臂齿轮箱的高温区长期处于高温状态,若不及时保养,会使润滑油乳化降低,加大齿轮间摩擦,在增加齿轮磨损的同时,使齿轮箱温度进一步升高。在该状态下长期运行工作,会使系统密封损坏漏油,甚至齿轮箱整体损坏。根据调查研究,可以发现采煤机摇臂齿轮箱故障主要出现在高速区直齿轮和轴承、低速区两级行星轮系、密封浮动等方面,这也是研究采煤机摇臂齿轮箱故障诊断时需要注意的问题。基于采煤机摇臂齿轮箱故障的表现,就能分析出这些故障发生的具体原因为高速区故障表现在齿轮齿面磨损,点蚀,胶合等方面,主要原因为采煤机摇臂齿轮箱润滑条件的恶化;低速区故障则表现为当采煤机摇臂齿轮受到冲击或过载时,容易出现齿轮点蚀、裂纹或者轴承故障磨损、剥落等故障,甚至引发更加严重的后果。
3摇臂齿轮箱故障诊断技术
3.1定期检查
该方法要求煤矿企业设立有效的检查小组,然后由检查小组定期做好机器检修,利用月检、年检等方式,快速发现问题,通过一定的手段更正。应用该方法时,必须关闭正在运作或者使用的设备,如此不仅会中断煤矿生产,还会影响企业生产效率。当工作人员利用拆卸设备检修机器,会让外部杂质进入仪器内部,污染企业设备,甚至影响机械设备后续使用。
3.2振动分析法
一般来说,振动分析法主要是判断齿轮工作状态有无异常的一种建议分析,也可用于精密诊断在工作状态出现异常的齿轮部件并采取相应处理。常用的振动分析法如噪声诊断法、振平值诊断法以及冲击脉冲诊断法等等。技术人员首先应了解设备结构和运行工况,结合设备维修档案选择振动分析方案,根据测试工况、振动方向、数据类型、信号检测类型等数据找出引起振动的部位和原因,最后得出结论。
3.3设备状态监测技术
1) 就现阶段的设备管理而言,设备状态监测的意义越来越重要。生产企业充分意识到开展关键重点设备状态监测工作的意义和重要性,对设备技术状态作出预判评估,降低非计划停机率,提高使用效率,为安全生产提供必要保障,创造出更多的经济效益。对采煤机而言,油液铁谱分析是比较常用的监测技术手段,其主要是对油液中是否含有磨损颗粒、磨损严重情况进行检查,以评估齿轮箱工况。2)严格落实信息化点检制度,加强设备监测管理。3)积极引入振动信号采集、机械振动监测以及信号分析处理技术,实现齿轮箱工况的精密诊断。
3.4铁谱分析
从这种方法的具体实施来看,它需要定期提取采煤机摇臂齿轮箱内的润滑油,借鉴铁谱分析法给出恰当数据,最后判断状态。如:通过分析润滑油内部的磨损杂质,正确判断摇臂齿轮箱工作状态。该方法对问题的分析准确,判断正确,能及时针对故障提出有效方案。但从另一个层面来看:该方法应用范围小,很难发挥诊断功能。
4采煤机摇臂齿轮箱常见故障及原因分析
4.1高速区故障原因
采煤机摇臂齿轮箱高速区故障主要表现为高速齿轮齿面点蚀、磨损、擦伤和胶合。
期刊文章分类查询,尽在期刊图书馆在重载或高速齿轮传动过程中,因为摇臂齿轮箱润滑效果不理想而导致啮合齿面间出现油膜破裂现象,致使齿轮齿面直接发生接触,长时间下去会导致金属从齿面上撕落,有的时候也会从一个齿面转移到另一个齿面,引发齿轮损伤。在采煤机摇臂齿轮箱运行过程中,由于齿面间接触点部位会出现温度升高现象,从而导致其油膜及表面膜发生破裂现象,出现严重的噪声和振动。实际上,高速区最常见的故障是异常噪声、强烈振动及过热导致的轴承故障。
4.2密封失灵,存在漏油的情况
从当下机器反馈的情况来看:内部结构需要借助润滑油润滑,如果润滑程度不当,很容易让采煤机摇臂齿轮箱出现故障。考虑到摇臂齿轮箱,最好使用各种封闭方式,机器长时间处在工作状态时,橡胶圈会老化,油液泄露,并且通气塞也会发挥作用。在密闭状态下,机器内部气压逐渐增大,最后出现泄露。
5解决采煤机摇臂齿轮箱故障的措施
5.1齿轮箱故障振动的解决措施
采煤机摇臂中齿轮箱是容易发生故障的部分,需要利用机械振动理论进行机理分析。齿轮箱传动系统主要包括齿轮副,轴,轴承和箱体四部分,还有与联动有关的联轴器,原动机和负载等,形成一个非线性机械振动系统。在实际进行故障诊断时,深入进行齿轮系统振动动态激励分析,齿轮故障失效形式分析,齿轮振动信号调制分析等,再结合实际工作的要求和现有的条件进行策略上的调整和改进。
5.2选择恰当的齿轮箱材料
为了改善采煤机齿轮箱质量,在选择材料时必须以经济实用为原则,整合多年工作经验与数据,选用材料,这样不仅考虑了韧性、刚性,还综合了齿轮箱的机油选择与密封性。使用时,做好机械工作强度与时间调控,减小齿轮负荷,确保工作时间。
5.3优化摇臂齿轮箱结构设计
首先,应对摇臂齿轮箱结构进行优化,并加强结构部件的硬度和强度;其次,积极解决浮动密封受损引起的漏油故障,对浮动密封形式加以改进,做好密封结构的优化处理;最后,对齿轮箱内部不同轴孔之间的配合关系进行优化。
5.4规范操作与维护
合理规划机械作业时间,适当调控工作强度,减小齿轮负荷,尽量延长使用年限。为了预防齿轮磨损故障,检修人员应深入研究和分析相关诊断方法,针对性地制订保障与维修策略,延长齿轮箱寿命,确保采煤机正常运转。
5.5采煤机摇臂齿轮箱振动信号频谱特征的分析
当采煤机摇臂齿轮箱出现故障时,故障使得齿轮振动信号中冲击能量不断增加,这些故障特征在频谱中可以体现出来。因此,进行有关采煤机摇臂齿轮箱振动信号频谱特征的分析是非常有必要的,可以根据结构形式、材料与热处理、操作运行环境等的不同进行故障形式的分类,对正常状态、齿面磨损故障、齿形误差、断齿故障、轴承疲劳脱落和点蚀等的信号频谱特征进行分析,得到采煤机摇臂齿轮箱故障的表现和原因,从而提高了采煤机摇臂齿轮箱故障诊断的水平。
6采煤机摇臂齿轮箱可靠性分析
所谓可靠性分析,主要是确保设备长期安全无故障运行的一种分析处理过程,而设备可靠性(这里主要为煤矿机电设备)则是在规定的时间以及环境下实现某种特定功能的性能。运行过程中,机电设备可靠性可能受到机电设备设计、整个制作流程、作业环境、后期运行和运维条件等因素的影响,所以设备可靠性分析也应有所侧重。通常情况下设备可靠性包括本质与使用两类,本质可靠性主要包括设备设计、设备制造、安装直至试运转完成这一过程中设备本身所凸显的可靠性,我们将其称之为“先天可靠性”;使用可靠性则包括运行状态下设备运维管理以及技改等诸多环节中设备的可靠性,即我们所说的“后天可靠性”。如果本质可靠性与使用可靠性中的某一项性能比较低,或两项性能均处于低值,那么设备出现故障几率较大。从本质意义上来看,要想有效避免设备故障,就要充分关注和改善机电设备的本质可靠性,这才是提高设备使用性能最有效的对策,也就是我们所说的重视并优化设备设计、
制造以及安装调试流程,确保设备生产质量。就普通工矿企业而言,采用针对性的管理措施确保设备使用可靠性是最重要和最现实的做法。
结语
采煤机各组成部分中,摇臂齿轮箱是工作面割煤动力的直接传动部件,其运行状况健康与否将对采煤机开机率产生重要影响。通过对采煤机摇臂齿轮箱故障诊断进行研究既能了解到设备监测和故障诊断的研究现状,发现其中的出现的问题和不足之处,又能通过全方位的研究提高采煤机摇臂齿轮箱故障诊断的水平,符合当前阶段社会建设各方面的设备机械化和自动化,智能化的发展趋势,满足人们对于煤矿开采安全性和高效性的要求,利用可靠的研究成果来改善采煤机的工作环境和工作状况,减小采煤机摇臂齿轮箱故障发生的概率,从而可以减少煤矿生产中应用的成本,保证煤矿开采企业的经济效益和社会效益。讨论采煤机摇臂齿轮箱故障诊断不仅促进了相关问题的解决,还为我国煤矿行业和煤炭生产企业的发展和创新提供了新思路。
参考文献
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论文作者:张海军
论文发表刊物:《基层建设》2018年第29期
论文发表时间:2018/12/17
标签：齿轮箱论文; 故障论文; 采煤机论文; 齿轮论文; 设备论文; 可靠性论文; 磨损论文; 《基层建设》2018年第29期论文;