采煤機(jī)搖臂齒輪箱故障診斷技術(shù)分析

李寶剛

摘要：煤礦綜采中采煤機(jī)是關(guān)鍵設(shè)備，高強(qiáng)度、高可靠性為采煤機(jī)發(fā)展方向，齒輪箱則是關(guān)鍵部件，易出現(xiàn)故障問題，需合理應(yīng)用故障診斷技術(shù)，降低機(jī)械磨損率?；诖?，文章以采煤機(jī)搖臂齒輪箱結(jié)構(gòu)為切入點(diǎn)，分析故障診斷技術(shù)包含定期檢查法、鐵譜分析法、經(jīng)驗(yàn)判斷法、振動(dòng)分析法，以此為基礎(chǔ)，提出故障診斷防治措施，從而為相關(guān)工作者提供參考。

關(guān)鍵詞：采煤機(jī);搖臂齒輪箱;故障診斷技術(shù)

前言：

我國(guó)每年煤炭產(chǎn)銷量超出30億噸，大量煤炭生產(chǎn)設(shè)備用于煤炭開采中，特別是采煤機(jī)，作為重要煤炭生產(chǎn)設(shè)備增量迅速，設(shè)備愈發(fā)先進(jìn)，產(chǎn)量也隨之增大，高昂的設(shè)備價(jià)格增加了維護(hù)費(fèi)用。但是，我國(guó)采煤機(jī)檢修中，仍處于搶修、到期大修、日常檢修等階段，消耗諸多物力、人力，卻未能達(dá)到預(yù)期效果，主要是由于故障估計(jì)及準(zhǔn)備不足，操作易造成設(shè)備和人員二次損壞，增加經(jīng)濟(jì)損失。因此，以采煤機(jī)搖臂齒輪箱為例，應(yīng)當(dāng)采取合理故障診斷技術(shù)，提高設(shè)備維護(hù)質(zhì)量。

一、采煤機(jī)搖臂齒輪箱結(jié)構(gòu)

采煤機(jī)搖臂齒輪箱多用于煤礦、礦山，搖臂齒輪箱結(jié)構(gòu)復(fù)雜，分為17個(gè)齒輪與7個(gè)軸，2個(gè)行星減速機(jī)構(gòu)和32個(gè)軸承構(gòu)成，內(nèi)部齒輪均為直齒輪，且由直齒輪構(gòu)成兩套行星減速。而使用軸承類型多，包含圓柱軸承、深溝球軸承、圓錐軸承，惰輪區(qū)使用圓柱軸承，高速區(qū)使用深溝球軸承，低速區(qū)應(yīng)用圓錐軸承，按照能量守恒定律，齒輪轉(zhuǎn)速低、負(fù)載大，軸承則需要承受更大壓力，高速則代表高消耗和高磨損，由于整體礦山環(huán)境惡劣性和復(fù)雜性原因，導(dǎo)致?lián)u臂齒輪箱易發(fā)生故障，加上操作因素，采煤機(jī)損壞嚴(yán)重，見圖1。

二、采煤機(jī)搖臂齒輪箱故障診斷技術(shù)

1.定期檢查法

該故障診斷技術(shù)，要求煤礦企業(yè)成立專業(yè)檢查小組，小組人員定量、定時(shí)檢修機(jī)器，經(jīng)過月檢與年檢的方式，發(fā)現(xiàn)采煤機(jī)可能產(chǎn)生的問題，采取相應(yīng)方式改正，檢修中需關(guān)閉使用、運(yùn)行的設(shè)備，會(huì)中斷煤礦生產(chǎn)，對(duì)煤炭生產(chǎn)效率造成影響。并且，員工拆卸設(shè)備檢修及其內(nèi)部部件時(shí)，也會(huì)導(dǎo)致外部雜質(zhì)進(jìn)入精密部分，污染企業(yè)設(shè)備，對(duì)設(shè)備后續(xù)運(yùn)行造成制約。

2.鐵譜分析法

該方法需要定期提取搖臂齒輪箱內(nèi)潤(rùn)滑油，利用鐵譜分析技術(shù)和正常數(shù)據(jù)加以對(duì)比，判斷可能發(fā)生的狀態(tài)。例如，分析潤(rùn)滑油磨損雜質(zhì)，判斷搖臂齒輪箱工作情況，故障判斷精度高，故障判斷準(zhǔn)確，能夠提前預(yù)防可能出現(xiàn)的故障，卻存在適用范圍小，無法獲得良好診斷故障作用的問題。

3.經(jīng)驗(yàn)判斷法

該方法需要員工能夠熟練掌握機(jī)器各種狀態(tài)、參數(shù)情況，通過對(duì)設(shè)備進(jìn)行測(cè)、摸、問、查的步驟，發(fā)現(xiàn)設(shè)備異常問題。具體操作中，操作人員發(fā)現(xiàn)設(shè)備故障后，查看日常使用設(shè)備記錄，經(jīng)過對(duì)齒輪箱作用、材料、結(jié)構(gòu)、運(yùn)轉(zhuǎn)、受力等分析，篩查重點(diǎn)，尋找問題，采取多方分析、對(duì)比發(fā)現(xiàn)問題，采取綜合判斷方式明確故障位置，做好處理工作。但是，該方式處理設(shè)備時(shí)間較長(zhǎng)，無法精準(zhǔn)判斷故障位置，易產(chǎn)生人工誤判的情況，導(dǎo)致設(shè)備難以及時(shí)修理，對(duì)后期應(yīng)用造成影響。

4.振動(dòng)分析法

采煤機(jī)搖臂齒輪箱故障診斷中，振動(dòng)分析能夠探查齒輪工作狀態(tài)，或是對(duì)齒輪異常工作狀態(tài)進(jìn)行精密診斷的方式，采取沖擊脈沖、噪聲診斷、振平診斷的方式根據(jù)齒輪振動(dòng)強(qiáng)度判斷齒輪是否正常工作，且按照判斷標(biāo)準(zhǔn)的指標(biāo)差異，可分為相對(duì)值判斷和絕對(duì)值判斷。

三、采煤機(jī)搖臂齒輪箱故障防治措施

1.故障處理

采煤機(jī)搖臂齒輪箱應(yīng)用診斷技術(shù)可全方位、多角度了解設(shè)備運(yùn)行情況，明確故障問題與原因，可根據(jù)故障機(jī)理進(jìn)行處理。具體如下：

（1）齒輪箱故障振動(dòng)。在搖臂齒輪箱運(yùn)行中，易出現(xiàn)故障問題，需根據(jù)機(jī)械振動(dòng)原理加以分析，齒輪箱傳動(dòng)系統(tǒng)包含齒輪副、箱體、軸承、軸這四部分，還有聯(lián)軸器、負(fù)載及原動(dòng)機(jī)等，構(gòu)成非線性機(jī)械振動(dòng)系統(tǒng)。故障診斷中，需分析齒輪系統(tǒng)振動(dòng)動(dòng)態(tài)機(jī)理及故障失效形式，結(jié)合工作要求完成調(diào)整。

（2）滾動(dòng)軸承故障。搖臂齒輪箱滾動(dòng)軸承出現(xiàn)故障對(duì)設(shè)備運(yùn)行具有重要影響，引發(fā)振動(dòng)原因在于自身結(jié)構(gòu)特性及滾動(dòng)軸承故障，出現(xiàn)損傷性故障和磨損性故障情況，損傷性故障多存在于軸承元件表面，具有突發(fā)性特點(diǎn)，危險(xiǎn)性高，難以準(zhǔn)確判斷初期癥狀，磨損類故障則存在較強(qiáng)漸變性，能夠?qū)L動(dòng)軸承故障趨勢(shì)反映出來，研究人員應(yīng)當(dāng)加強(qiáng)注意。

（3）振動(dòng)信號(hào)頻譜特征。搖臂齒輪箱產(chǎn)生故障后，故障激勵(lì)導(dǎo)致齒輪振動(dòng)信號(hào)不斷增加沖擊能量，可在頻譜中體現(xiàn)此類故障特征。所以，人員需做好采煤機(jī)搖臂齒輪箱的振動(dòng)信號(hào)頻譜特征分析工作，根據(jù)結(jié)構(gòu)形式、運(yùn)行操作環(huán)境、材料和熱處理等模式劃分故障類型，齒面磨損、狀態(tài)正常的故障，斷齒故障、齒形誤差、軸承脫落等信號(hào)進(jìn)行譜譜特征分析，能夠獲得齒輪箱故障原因，提高診斷故障水平。

2.預(yù)防措施

（1）選擇恰當(dāng)材料

在搖臂齒輪箱生產(chǎn)中，材料組成與人體相同，只有擁有強(qiáng)健體魄方能減少生病幾率，設(shè)備需要使用高質(zhì)量材料，方能減少發(fā)生故障概率。而選擇搖臂齒輪箱材料時(shí)，應(yīng)秉持經(jīng)濟(jì)性、質(zhì)量高的原則，結(jié)合使用齒輪箱環(huán)境特點(diǎn)，針對(duì)性選擇材料，需保證制作材料的剛性、韌性符合設(shè)備作業(yè)需求，還要考慮齒輪箱運(yùn)行密閉性。

（2）監(jiān)測(cè)設(shè)備狀態(tài)

現(xiàn)階段，設(shè)備管理中監(jiān)測(cè)設(shè)備狀態(tài)作用愈發(fā)重要，各生產(chǎn)單位、各行業(yè)均明確監(jiān)測(cè)關(guān)鍵設(shè)備重要性，以此了解設(shè)備運(yùn)行狀態(tài)，建掃非計(jì)劃設(shè)備停機(jī)時(shí)間，優(yōu)化使用設(shè)備效率，保證生產(chǎn)安全，提高經(jīng)濟(jì)效益。采煤機(jī)由于工作環(huán)境復(fù)雜的特點(diǎn)，監(jiān)測(cè)搖臂齒輪箱狀態(tài)主要是采取油液鐵

譜分析方式，以此分析油液內(nèi)是否出現(xiàn)異常磨損顆粒，及其磨損輕重情況，以此判斷搖臂齒輪箱狀態(tài)。此過程中，嚴(yán)格執(zhí)行點(diǎn)檢信息化工作，發(fā)現(xiàn)采煤機(jī)搖臂齒輪箱狀態(tài)，監(jiān)測(cè)設(shè)備狀態(tài)，引入機(jī)械振動(dòng)檢測(cè)，采集振動(dòng)信號(hào)進(jìn)行處理分析，確定齒輪箱工況狀態(tài)。

（3）加強(qiáng)地質(zhì)勘察

采煤機(jī)由于工作負(fù)荷大，主要是由于地下地質(zhì)結(jié)構(gòu)多變性和復(fù)雜性，對(duì)于巖層巖體強(qiáng)度影響較大，通常會(huì)造成巖體變化，巖體強(qiáng)度如果驟增，會(huì)損傷軸承與齒輪，大部分情況下?lián)p傷無法修復(fù)。所以，為避免軸承與齒輪產(chǎn)生損傷，需注重地質(zhì)結(jié)構(gòu)勘察，每次運(yùn)行采煤機(jī)工作簽，均需要細(xì)致勘察煤礦挖掘開采底層，明確巖層地下構(gòu)造，檢測(cè)中如果發(fā)現(xiàn)地下巖層出現(xiàn)特殊構(gòu)造，需采取相應(yīng)處理方式，完成處理前采煤機(jī)需停止工作。

（4）提高設(shè)計(jì)水平

采煤機(jī)搖臂齒輪箱故障不僅在于工作環(huán)境及工作強(qiáng)度影響，也和制作搖臂采煤機(jī)的材料、環(huán)境等存在聯(lián)系，保證制作材料較高質(zhì)量，人員擁有較高制作水平，能夠提高搖臂齒輪箱自身抗故障水平。所以，在搖臂齒輪箱故障規(guī)避中，可從制作環(huán)境、設(shè)計(jì)水平切入，通過對(duì)產(chǎn)生搖臂齒輪箱故障原因的深入分析，確定搖臂齒輪箱內(nèi)咬合齒輪情況，根據(jù)機(jī)械自身物理反應(yīng)，采取亞表面分析方模式，采集搖臂齒輪箱物理運(yùn)行作家狀態(tài)信息，對(duì)易出現(xiàn)故障的位置，采取針對(duì)性設(shè)計(jì)方式，提高選用材料質(zhì)量，增強(qiáng)設(shè)計(jì)水平，保證使用搖臂齒輪箱穩(wěn)定性與耐久性。

（5）科學(xué)使用維護(hù)

采煤機(jī)搖臂齒輪箱需做好故障分析及設(shè)計(jì)處理工作，使用過程中也要保證運(yùn)行正確性，采取科學(xué)維護(hù)方式，延長(zhǎng)使用設(shè)備壽命，減少故障概率。人員可合理調(diào)控齒輪箱工作時(shí)間及強(qiáng)度，降低齒輪工作負(fù)荷水平。還要做好日常維護(hù)工作，提高齒輪箱維護(hù)頻率，利用高水平維修、診斷技術(shù)，通過日常巡檢、定期檢修維護(hù)的方式，減少磨損齒輪情況。并且，通過合理應(yīng)用診斷技術(shù)，預(yù)測(cè)性、前瞻性分析故障可能出現(xiàn)位置，減少發(fā)生故障率，優(yōu)化齒輪箱質(zhì)量。

總結(jié)：綜上所述，采煤機(jī)搖臂齒輪運(yùn)行中，提高故障診斷質(zhì)量對(duì)設(shè)備工作效能具有重要意義，以現(xiàn)有故障診斷情況而言，仍有提升空間。因此，煤礦企業(yè)生產(chǎn)中，不僅需根據(jù)故障診斷結(jié)果進(jìn)行故障處理，還應(yīng)當(dāng)明確診斷搖臂齒輪箱故障重要性，通過選擇恰當(dāng)材料、監(jiān)測(cè)設(shè)備狀態(tài)、加強(qiáng)地質(zhì)勘察、提高設(shè)計(jì)水平、科學(xué)使用維護(hù)的方式，加強(qiáng)日常維修管理，從而提高采煤機(jī)運(yùn)行質(zhì)量。

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