采煤機(jī)搖臂齒輪箱故障診斷技術(shù)與預(yù)防研究

張 偉

（陽煤集團(tuán)平舒煤業(yè)有限公司， 山西 壽陽 045400）

引言

搖臂齒輪箱是采煤機(jī)的一個重要構(gòu)件，據(jù)統(tǒng)計，搖臂齒輪箱故障發(fā)生率接近采煤機(jī)故障總量的35%。分析搖臂結(jié)構(gòu)故障并合理選用診斷方法以及降低搖臂齒輪箱故障率是保障煤礦作業(yè)生產(chǎn)的一個重要環(huán)節(jié)。

1 采煤機(jī)結(jié)構(gòu)與工作原理簡述

采煤機(jī)組成部分主要分為三大模塊：截割部、牽引部和電氣部。其中采煤機(jī)截割部通常分為電機(jī)、滾筒、搖臂齒輪箱以及滾筒調(diào)高裝置幾個部件；電氣部主要是電氣箱，其結(jié)構(gòu)分為動力裝置、狀態(tài)欄、牽引調(diào)速、故障診斷以及保護(hù)裝置等幾個模塊；牽引部則分為行走結(jié)構(gòu)和牽引部齒輪箱兩個部分；此外還包括導(dǎo)向裝置、操縱桿以及駕駛室等相關(guān)結(jié)構(gòu)。采煤機(jī)工作原理如下：由截齒滾筒旋轉(zhuǎn)并且在輸送機(jī)牽引動作下完成采煤動作，搖臂齒輪箱主要傳遞動力驅(qū)動滾筒，滾筒完成裝落煤動作，牽引部電機(jī)驅(qū)動齒輪咬合系統(tǒng)，確保行走與滾筒連續(xù)切割，滾筒葉上切割下來的煤塊被運(yùn)至溜槽內(nèi)。典型的電牽引雙滾筒采煤機(jī)結(jié)構(gòu)，分為截割部、電動機(jī)、牽引部以及相關(guān)輔助裝置[1]。

采煤機(jī)搖臂齒輪箱減速為四級減速系統(tǒng)，包括直齒輪減速與行星輪減速兩種減速機(jī)構(gòu)，直齒減速機(jī)構(gòu)為前兩組減速系統(tǒng)，行星齒輪減速則為后兩組減速系統(tǒng)。

2 采煤機(jī)搖臂齒輪箱故障診斷方法

1）觀察法。觀察法即觀察外表結(jié)構(gòu)來分析搖臂齒輪箱故障情況，主要是正常運(yùn)行狀態(tài)下和故障狀態(tài)下的尺寸、凹凸情況與完好程度等等。就不同時期所攝照片予以細(xì)致對比觀察，找出故障前后的差異，明確故障原因。技術(shù)人員還可對齒輪箱零部件實施精確測量，判斷其大小和性狀有無異常變化，或者提取相應(yīng)部件，用高倍顯微鏡放大觀察一些肉眼難以判斷的問題，以此來完成故障診斷工作。

2）資料分析法。資料分析診斷是煤礦機(jī)械診斷的重要方法，采煤機(jī)是煤礦生產(chǎn)中的一種大型機(jī)械，作業(yè)人員必須記錄采煤機(jī)參數(shù)、工作以及保養(yǎng)情況，掌握采煤機(jī)使用規(guī)范。我們可以通過工作原理進(jìn)行分析，評估搖臂齒輪箱不同部件的結(jié)構(gòu)、作用、材料、運(yùn)轉(zhuǎn)時長以及受力情況，有針對性地篩查重點(diǎn)，最終發(fā)現(xiàn)問題所在。也可結(jié)合往期故障記錄，采用類比分析的方法判明故障。這就要求檢修人員每次完成檢修工作后都要保存相應(yīng)的保養(yǎng)維修記錄，妥善保管資料以供下次檢修時參考[2]。

3）振動分析法。一般來說，振動分析法主要是判斷齒輪工作狀態(tài)有無異常的一種建議分析，也可用于精密診斷在工作狀態(tài)出現(xiàn)異常的齒輪部件并采取相應(yīng)處理。常用的振動分析法如噪聲診斷法、振平值診斷法以及沖擊脈沖診斷法等等。技術(shù)人員首先應(yīng)了解設(shè)備結(jié)構(gòu)和運(yùn)行工況，結(jié)合設(shè)備維修檔案選擇振動分析方案，根據(jù)測試工況、振動方向、數(shù)據(jù)類型、信號檢測類型等數(shù)據(jù)找出引起振動的部位和原因，最后得出結(jié)論。

3 采煤機(jī)搖臂齒輪箱發(fā)生故障的主要原因

3.1 微觀因素

1）高速區(qū)齒輪出現(xiàn)故障的原因?？偨Y(jié)以往經(jīng)驗，高速區(qū)齒輪出現(xiàn)故障的情況通常是在傳動中，受井下作業(yè)環(huán)境惡劣、承受外力沖擊較為激烈等因素的影響，搖臂齒輪箱潤滑部分經(jīng)常會出現(xiàn)漏油等現(xiàn)象，嚙合齒面之間的油膜受到損壞，這種情況下齒輪齒面受外力影響產(chǎn)生直接接觸，即便焊合也會出現(xiàn)相對運(yùn)動，齒面上的金屬層逐漸刮擦滑落，齒輪也受到嚴(yán)重磨損，進(jìn)而出現(xiàn)較為明顯的噪聲和抖動。磨損嚴(yán)重時維修人員通常需要對齒輪箱軸承與齒輪全部更換處理。

2）低速區(qū)故障原因。搖臂齒輪箱負(fù)荷過大，或受到?jīng)_擊較為嚴(yán)重時，就會引起低速區(qū)齒輪故障。首先會導(dǎo)致星輪過載，可引起瞬間斷齒、內(nèi)齒圈疲勞點(diǎn)蝕以及裂紋等現(xiàn)象，同時也會引起大軸承磨損或者剝落等故障，導(dǎo)致行星輪系齒輪軸承出現(xiàn)故障。同時，浮動密封出現(xiàn)疲勞摩擦劃傷也會導(dǎo)致?lián)u臂齒輪箱故障。潤滑油變質(zhì)、防塵、防水、防漏工作不到位均會導(dǎo)致浮動密封故障，需要檢修人員重視[3]。

3.2 宏觀因素

1）作業(yè)環(huán)境較差。煤礦采掘以及初步加工操作大部分是在井下完成，井下作業(yè)環(huán)境復(fù)雜，灰塵、礦石以及煤屑散落。很多粉塵雜質(zhì)在煤礦機(jī)械作業(yè)過程中滲入軸承，導(dǎo)致軸承磨損速度加快，有較大幾率引起齒輪箱故障。除此之外，煤礦采掘是長期作業(yè)，采煤機(jī)常年在礦井下運(yùn)作，容易受潮濕水汽侵蝕，使用壽命均有不同程度縮短，這也是引起采煤機(jī)搖臂齒輪箱故障的一個重要原因。

2）作業(yè)時間過長。機(jī)器和人一樣，也需要保養(yǎng)和休息。煤礦作業(yè)中，工作人員可以通過輪班制得到休息，而采煤機(jī)則始終保持運(yùn)轉(zhuǎn)狀態(tài)，這就很有可能導(dǎo)致設(shè)備過度使用的問題。研究表明，持續(xù)工作狀態(tài)下采煤機(jī)效用函數(shù)直線下降，齒輪發(fā)熱摩擦有可能導(dǎo)致齒輪斷裂，對鋼鐵韌性有很大的影響，也會對齒輪箱壽命造成較為嚴(yán)重的沖擊[4]。

3）維護(hù)難度較高。齒輪箱維護(hù)工作直接影響機(jī)械使用年限，更是保障正常生產(chǎn)的一項必要工作。但現(xiàn)階段國內(nèi)維護(hù)技術(shù)水平不高，難以保障煤炭生產(chǎn)技術(shù)需求，為滿足煤礦正常作業(yè)，停機(jī)時間往往比較短，而且采煤機(jī)工作時間比較長，難以集中時間開展維修保研工作。從現(xiàn)狀來看，國內(nèi)煤礦機(jī)械設(shè)備維修水平仍需提高。

4 采煤機(jī)搖臂齒輪箱故障的預(yù)防措施

1）優(yōu)化設(shè)計水平。齒輪箱故障容易受工作強(qiáng)度以及作業(yè)環(huán)境的影響，也與結(jié)構(gòu)設(shè)計因素以及制造水平有密切關(guān)聯(lián)。要想保障齒輪箱質(zhì)量，減少故障發(fā)生，必須對其工作原理有所了解，重視齒輪咬合情況。考慮到機(jī)械自身物理反應(yīng)，技術(shù)人員一般可經(jīng)由亞表層采集相關(guān)信息并加以分析，著眼于易發(fā)故障部位，不斷優(yōu)化設(shè)計水平，改進(jìn)用材用料，完善制作工藝，強(qiáng)化齒輪箱結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性以及應(yīng)用耐久性。

2）根據(jù)實際情況選用制造材料。在選擇搖臂齒輪箱用材時，既要考慮材料質(zhì)量，又要遵循經(jīng)濟(jì)實用性原則。設(shè)計人員要從上述要求出發(fā)，結(jié)合實踐經(jīng)驗、分析數(shù)據(jù)與及其特點(diǎn)，合理選擇相關(guān)材料。除了材質(zhì)的剛性和韌性以外，也要合理選用機(jī)油，保障齒輪箱密閉性[5]。

3）規(guī)范操作與維護(hù)。合理規(guī)劃機(jī)械作業(yè)時間，適當(dāng)調(diào)控工作強(qiáng)度，減小齒輪負(fù)荷，盡量延長使用年限。為了預(yù)防齒輪磨損故障，檢修人員應(yīng)深入研究和分析相關(guān)診斷方法，針對性地制訂保障與維修策略，延長齒輪箱壽命，確保采煤機(jī)正常運(yùn)轉(zhuǎn)。

5 結(jié)語

搖臂齒輪箱故障直接影響采煤機(jī)作業(yè)，影響煤炭生產(chǎn)效率，檢修人員應(yīng)對其工作原理進(jìn)行充分的了解，不斷積累檢修實踐經(jīng)驗，有效預(yù)防并及時排查齒輪箱故障，為煤礦作業(yè)生產(chǎn)提供必要保障。

[1] 李力，倪松松.基于改進(jìn)小波去噪預(yù)處理和EEMD的采煤機(jī)齒輪箱故障診斷[J].中南大學(xué)學(xué)報（自然科學(xué)版），2016，47（10）：3 394-3 400.

[2] 郭順.采煤機(jī)軸承故障與采煤機(jī)現(xiàn)場管理思路構(gòu)架[J].城市建設(shè)理論研究，2015（34）：4 308-4 309.

[3] 徐丹，謝友浩，劉后廣，等.基于ADAMS的大功率采煤機(jī)高速區(qū)齒輪裂紋故障分析[J].制造業(yè)自動化，2015（2）：92-95.

[4] 郝尚清，龐新宇，王雪松，等.基于盲源分離的采煤機(jī)搖臂軸承故障診斷方法[J].煤炭學(xué)報，2015，40（11）：2 509-2 513.

[5] 焦磊.鎮(zhèn)城底煤礦采煤機(jī)故障原因分析及保障措施[J].煤礦現(xiàn)代化，2017（2）：105-106.

（編輯：王慧芳）