摘要：随着我国煤炭行业的快速发展，机电设备水平也有所提高。在实际生产中采煤机设备的应用较为常见，对设备常见故障进行分析，具有现实意义。随着煤炭的需求量越来越大,采煤机的工作效率也越来越高,导致采煤机电气系统的更新走向复杂化,同时电气部件的故障诊断和安全运行也得不到有力的保障。下面我们对采煤机设备故障及处理方法展开探讨。
关键词：采煤机；采煤设备；故障原因；处理措施
引言
采煤机是整个煤矿生产链条中非常关键的一环,其囊括了机械、液压传动和电子电气等多种功能,结构精密而复杂。而采煤机作业环境则相对恶劣复杂,对采煤机系统运行造成了很大的威胁,一旦采煤机发生故障停机,综采面生产就会停转,这给煤矿生产作业带来极为严重的干扰。为了第一时间查明并排除故障隐患,煤矿设备检修管理部门应建立并完善采煤机故障诊断体系,对采煤机运行工况予以有效监测控制,及时诊断明确故障,并采取必要的预防措施。
1采煤机设备要求
采煤机作为煤矿生产的主要机械设备，对其具有加高的要求：首先，械设备选型，采煤机的选型需要结合多方面因素进行:选择采煤机的型号需要结合区域的产量要求;选择机械截割功率需要按照煤层形状;选择采煤机牵引速度、滚筒型号及截深则需要结合综采技术工艺要求。其次，设备可靠性采煤机作为唯一在开采现场工作的机械,其工作环境较为恶劣,因而需要采煤机个部件均具有较高的可靠性,这就需要其各部件制造材料性能满足部件工作要求。对于齿轮及传动结构要在加工中提高加工精度,对于一些重要部位应选择进口型材料。同时要充分保证各部件连接结构的牢固与可靠,同时对于机身整体加设减震防护措施,防止因震动造成的连接结构松动影响采煤机的正常工作。另外，采煤机机型，薄煤层综合化采煤机工作面主要有骑溜式、爬地式两种,骑溜式采煤机结构中具有中厚煤层采煤机特性,将运输机作为支撑起导向作用,所以,过机高度不可过大,采煤机电动机功率受到空间限制不宜过大,选用0.8m-0.9m煤层应用效果最佳。根据电动机制造水平,电动机功率需保持100kW时,高度为350mm。只有如此,才可发挥出骑溜式采煤机优势,使生产能力以及割岩能力提升。
2采煤机常见故障分析
2.1采煤机行走箱故障分析
采煤机行走箱是保证采煤机正常运动割煤的重要部件,使用频率高,负荷较大,出现这些故障有如下原因:(1)在齿轮和齿轨设计、制造以及装备的过程中出现缺陷,从而导致刮板输送机的齿轨在和采煤机齿轨轮啮合的位置形成齿形超差,而采煤机的齿滚轮之间的中心距累计值超差加剧了这一现象,从而造成行走箱的齿轨轮出现磨损乃至断齿的现象。(2)采煤机在经过长时间高强度工作后,其连接箱体不可避免地发生一定的变形,两个齿轨轮之间的中心距的累计偏差值出现超差,这种情况下容易发生齿轨轮的磨损和断齿。(3)在行走箱制造过程中,工艺、装配精度以及材料强度无法达到较高的水平,从而导致行走箱的各个零部件的质量、耐久度较差,从而使得采煤机行走箱的零部件容易发生故障。(4)采煤机上的导向滑靴在制造过程中的本身缺陷以及长时间的磨损,导向滑靴的底面和侧面缝隙过大,导致刮板输送机齿轨和采煤机的齿轨轮啮合不到位,从而引起齿轮的故障。
2.2采煤机摇臂齿轮箱故障分析
采煤机摇臂齿轮箱故障是影响煤矿生产的一个重要因素,其故障率在近年来不断升高。摇臂齿轮故障发生率随着采煤机老化逐渐发展为劣化。从采煤机截割部结构分析来看,摇臂齿轮箱是动力传动系统的关键部件,其故障发生率往往对综采面生产效率产生严重制约。同时,摇臂齿轮箱进口价格极为高昂,井下综采作业面也难以完成零部件的现场更换工作,特别是摇臂部件的更换费时费力,大部分情况下只能采取停机拆解的方法运载至地面再行更换摇臂,这对煤矿企业均衡生产计划产生严重影响。所以,采取有效方法对摇臂齿轮箱运行状态和实际工况做出预判和评估,预防突发性齿轮箱故障,降低非计划停机率,保障摇臂齿轮箱运行可靠性,成为煤矿企业提高作业效率、控制生产成本的一个重要途径。
2.3液压系统故障
在采煤机结构中,液压系统可谓整个系统中最容易出现故障的部分,其故障频率也居于采煤机各模块之首。虽然随着现代科技和煤矿综采设备技术的不断发展完善,自动调速以及过载保护等技术开始应用于采煤液压系统上,但其依然难以有效预防和避免液压系统故障。首先,采煤机作业环境比较恶劣,液压系统容易受到井下诸多不良条件的影响,其故障因素极为复杂,检修人员很难第一时间发现并明确故障类型和发生未知。其次,井下恶劣的作业环境也使得检修人员难以全面深入排查和检修液压系统,如果检修操作不当,还有可能引起设备二次污染问题。在液压系统故障中,油液污染是发生率最高的一种故障,如果油液中掺杂过量杂质,电机马达和液压泵就会受到严重磨损,导致油液泄漏。这直接影响系统内部油液流量,工作压力骤降且局部温度异常升高。情况严重者或造成控制阀失控以及阀芯移动受阻等现象,系统内部压力以及流量也随之出现异常。此外,外部杂质入侵以及系统密封性能不佳同样会导致系统泄漏等一系列故障问题。
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3采煤机设备故障处理措施
3.1采用数字运行环境监测系统
采煤机运行环境包括采煤机外部环境和内部环境,其中外部环境指综采工作面瓦斯、通风和人员定位状况等,内部环境指电控箱温度、湿度,冷却及喷雾水流量和压力,液压油温和油位,液压系统压力等。外部环境反映采煤机所处的工作环境情况,直接决定是否具备采煤机运行条件,而内部环境表征采煤机各构成部分的运行健康状态,决定能否安全高效采煤。电控箱温湿度监测是在电控箱内布置温湿度传感器,实时采集电控箱内部温度、湿度信息并在人机界面提示,控制系统根据设定的保护阈值,执行降容运行、预警提示、保护停机等相应的控制指令;采煤机在冷却和喷雾水路中安装了水流量传感器,采集各路水流量信息;油温、油位传感器安装在采煤机泵箱中,进行油温、油位检测并执行相应的保护;油路上安装压力传感器,监测液压系统压力;采煤机外部安装有瓦斯传感器,其将瓦斯浓度信息,转换为电流、电压、频率等模拟量信号,经系统软件处理,当瓦斯浓度超过1%时,系统预警,超过1.5%采煤机主动断电。
3.2采煤机不能启动解决对策
(1)如果采煤机出现不能启动问题,要仔细检查左边急转按钮有没有忘记解锁,控制线接头是否出现短路或者接触不良的现象,整流二极管有没有因为电流过大而烧坏；(2)检查磁力启动器有没有通电,位置是否异常,是不是移动到远控位置上,如果这两个点都没有问题,就从别的地方找原因,然后把远控的控制开关设置成近控,然后打开开关观察采煤机是否能被启动,出现启动说明开关没问题,没有启动说明这个开关有问题,需要对开关进行检修；(3)对电控系统中的主回路进行检查,看回路是否畅通,对回路的开关、线路、各个按钮都要仔细诊断；(4)采煤机不启动还有一个重要的因素,看采煤机的电动机电源有无破相现象；(5)采煤机的工作负荷如果比较大,重负荷情况下是会造成采煤机不能启动；(6)采煤机有自动保护回路的功能,保护回路需要设置水压接点,如果忘记加水就启动电动机,采煤机不会启动。
3.3人工智能诊断法
随着近年来人工智能技术的广泛应用,采煤机故障诊断有了新的方向,采煤机专家诊断系统应运而生。该系统可有效诊断一些具有较高复杂性以及隐蔽性的系统故障,其诊断效果与系统知识质量以及知识容量有密切关联。通常来说,专家系统的知识架构包括大量启发性以及事实性信息,这些内容业已经过行业领域内专家认证。其中启发性信息以专业判别规则为主,其源自专家解决问题的思路和做法,经过精炼并且规范化处理,具有启发性特点。综合此类专业性知识,通过搭建知识数据库的方法来支持系统故障诊断,其诊断水平也明显高于单一系统。而且专家系统对于一些残缺遗漏不够完整的信息,或者相互矛盾的信息都能予以有效处理,并提出一种或多种可行性解决方案,同时结合知识库信息对故障诊断与推理过程做出阐释和说明,最终结论也更为可靠。
3.4采煤机摇臂齿轮箱故障诊断方法
采煤机摇臂齿轮箱安装方式以及工作方式较为特殊,截割滚筒、摇臂齿轮箱以及截割电机均于截割部连接安装,采煤机截割部和机身之间的连接由摇臂耳座销轴完成。随着生产工艺变化和工作面采高变化,摇臂齿轮箱与截割部随着液压油缸的调节而相应调整,这一工作方式同普通工业固定齿轮箱存在明显差异,其与普通工业齿轮箱相比,摇臂齿轮箱所用故障诊断方法也相对滞后。现阶段,大部分煤矿企业多利用定期采集齿轮箱润滑油样本来监测、评估摇臂齿轮箱运行状态,主要是通过铁谱分析来评估齿轮箱运行趋势,可在一定程度上指导实践。但是，最佳监测方法是离线状态下采集采煤机摇臂齿轮箱振动信号,也可于在线状态下将在线振动传感器安装在采煤机摇臂齿轮箱内部,收集齿轮箱振动信号,通过现代信号处理技术将其中异常振动信号提取出来,结合信号频率、信号幅值等特性对齿轮箱故障部位做出快速准确判别,以便于及时处理故障劣化现象并做出有效预防工作,确保工作状态下摇臂齿轮箱的可靠性。考虑到煤矿井下作业环境比较恶劣,生产条件较差,这对摇臂齿轮箱运行和故障监测工作造成较大影响,特别是振动信号采集受到较大制约。
结语
电气部件的安全运行是采煤机可靠性运行的基础,因此提高电气部件的可靠性、实用性是我国采煤机制造业共同追求的目标。但是最近几年随着我国采煤技术的不断创新、不断开发,采煤机电气设备结构的复杂程度也逐日增加,导致采煤机发生异常的影响因素也越来越复杂、采煤机的电气部件的故障也越来越难诊断。因此我们需要不断优化完善电气部件的设计、掌握采煤机电气部件出现故障的原因,才能从根本上提高采煤机的工作效率、保证采煤机安全运行,推动我国煤炭企业的健康可持续发展。
参考文献
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论文作者:呼天峰
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; 采煤机论文; 故障论文; 部件论文; 系统论文; 煤矿论文; 作业论文; 《基层建设》2018年第29期论文;