露天煤礦機(jī)電設(shè)備常見故障及維修策略

冷 鑫

（中鐵十九局集團(tuán)礦業(yè)投資有限公司，北京 100071）

0 引言

以煤礦機(jī)電設(shè)備常見故障及維修策略為主要內(nèi)容展開討論，首先簡要敘述露天煤礦機(jī)電設(shè)備常見故障特點(diǎn)，然后分析齒輪故障、軸承故障、機(jī)械構(gòu)件故障、發(fā)動機(jī)故障常見故障的引發(fā)因素，最后提出露天煤礦機(jī)電設(shè)備維修策略。

1 露天煤礦機(jī)電設(shè)備常見故障應(yīng)對特點(diǎn)

進(jìn)行露天煤礦機(jī)電設(shè)備故障檢測與診斷時，綜合應(yīng)用故障診斷和檢測兩種技術(shù)，以計(jì)算機(jī)、傳感器和信號分析作為技術(shù)應(yīng)用基礎(chǔ)研發(fā)的一種新型技術(shù)，檢測煤礦機(jī)電設(shè)備故障時，應(yīng)當(dāng)按照故障發(fā)生形式，選擇多種檢測方式，逐一明確設(shè)備存在的故障問題，科學(xué)判斷、準(zhǔn)確查找，發(fā)現(xiàn)故障具體存在問題，確保維修工作的及時開展。以往的煤礦機(jī)電設(shè)備檢修工作主要通過人工的方式開展，對于故障的判斷主要憑借以往的檢修經(jīng)驗(yàn)，實(shí)際工作質(zhì)量和效率較低，對煤礦生產(chǎn)效率有一定的影響。而在機(jī)電設(shè)備檢修中應(yīng)用新技術(shù)、新設(shè)備能夠通過數(shù)據(jù)分析方式及時發(fā)現(xiàn)設(shè)備故障中存在的問題，有效提升檢修效率。設(shè)備故障診斷技術(shù)的應(yīng)用如圖1 所示。

圖1 設(shè)備故障診斷技術(shù)應(yīng)用

2 露天煤礦機(jī)電設(shè)備常見故障

煤礦機(jī)電設(shè)備常見故障表現(xiàn)在多個方面，如電氣和電機(jī)控制系統(tǒng)故障、齒輪故障、軸承故障、機(jī)械構(gòu)件故障、發(fā)動機(jī)故障等，不同故障的檢測方式有所不同。

2.1 電氣和電機(jī)控制系統(tǒng)

在露天環(huán)境中受到多方面因素的影響，導(dǎo)致機(jī)電設(shè)備很容易出現(xiàn)故障。電氣和電機(jī)控制系統(tǒng)故障主要表現(xiàn)為信號點(diǎn)異常、直流屏、整流屏故障、供電線路受雷擊，軸編碼器連接部件損壞，信號異常等。同時，氣候、天氣因素都將對電氣電機(jī)的正常運(yùn)行產(chǎn)生影響。

2.2 齒輪故障

煤礦機(jī)電設(shè)備中的齒輪主要作為動力傳輸，主要表現(xiàn)為磨損而產(chǎn)生故障，但在煤礦機(jī)電設(shè)備運(yùn)行中出現(xiàn)彎曲應(yīng)力大于齒輪本身承受荷載時，則極有可能造成齒輪發(fā)生折斷的情況。煤礦機(jī)電設(shè)備多次超荷載運(yùn)行，將增加齒輪嚙合摩擦力，齒輪表面逐漸出現(xiàn)大量的裂紋，齒輪節(jié)線產(chǎn)生點(diǎn)蝕現(xiàn)象[1]，長時間承受過大應(yīng)力將對齒輪產(chǎn)生不可逆轉(zhuǎn)的損壞。因?yàn)辇X輪屬于金屬構(gòu)件，同時作為動力傳輸元件，當(dāng)其損壞后只能進(jìn)行更換，無法進(jìn)行修復(fù)。

2.3 軸承故障

煤礦機(jī)電設(shè)備運(yùn)行中，軸承自身質(zhì)量和易受外界因素影響特性，造成軸承耐磨性和旋轉(zhuǎn)精度受到嚴(yán)重影響，當(dāng)軸承性能指標(biāo)不能滿足使用需求時，軸承旋轉(zhuǎn)異常將造成設(shè)備運(yùn)行出現(xiàn)故障，甚至對機(jī)電設(shè)備的正常運(yùn)行產(chǎn)生影響。例如，輸送設(shè)備中需要應(yīng)用軸承零件實(shí)現(xiàn)構(gòu)件的運(yùn)轉(zhuǎn)，但是當(dāng)軸承出現(xiàn)故障時將對輸送設(shè)備的運(yùn)行效率產(chǎn)生影響，甚至可能出現(xiàn)因?yàn)闈L動體長期旋轉(zhuǎn)異常而爆軸。所以，需要在煤礦機(jī)電設(shè)備運(yùn)行中定期開展檢修工作，對軸承的運(yùn)行狀態(tài)進(jìn)行檢查。另外，在檢測中相關(guān)人員需要對軸承的溫度、振動情況進(jìn)行檢查，如果出現(xiàn)溫度異常、振動幅度較大情況需要及時關(guān)閉設(shè)備，對軸承滾動情況進(jìn)行檢查，需要注意的是，通常情況下，軸承是成對使用，需要檢查同一部件總成的兩個軸承，并對旋轉(zhuǎn)軸的彎曲度進(jìn)行檢測，確保各個零件規(guī)格滿足使用標(biāo)準(zhǔn)。

2.4 機(jī)械構(gòu)件故障

按照機(jī)械種類不同對故障分類，機(jī)械構(gòu)件故障主要表現(xiàn)為：礦車設(shè)備故障，舉升、驅(qū)動構(gòu)件運(yùn)行動力不足；挖掘機(jī)發(fā)動機(jī)運(yùn)行、設(shè)備牽引力、提升能力、牽引能力不足等故障；輸送設(shè)備故障，發(fā)動機(jī)無法啟動、輸送速度緩慢等。對于電力電機(jī)系統(tǒng)和整體設(shè)備故障的處理，主要是對設(shè)備線路和構(gòu)成元件檢查，及時更換老化、損壞的線路、元件，并檢查線路連接情況，避免出現(xiàn)接觸不良而產(chǎn)生電弧對設(shè)備造成進(jìn)一步的損壞。另外，任何機(jī)械構(gòu)件出現(xiàn)故障的主要原因，是設(shè)備長期投入使用，在運(yùn)行過程中會出現(xiàn)不同程度的磨損、腐蝕、老化情況，對設(shè)備整體性能產(chǎn)生影響，整體表現(xiàn)為排氣過熱、分成變化、設(shè)備振動異常、發(fā)聲異常、電壓、電壓異常、磨損殘留等。例如，本企業(yè)在設(shè)備使用后期，因?yàn)樵O(shè)備長期處于高負(fù)荷狀態(tài)下運(yùn)行，設(shè)備零件出現(xiàn)不同程度的腐蝕、老化、磨損情況，故障率逐漸升高，液壓馬達(dá)、空壓機(jī)、壓油缸等大型配件部件出現(xiàn)不同程度的磨損情況，維護(hù)保養(yǎng)較為困難，對于相關(guān)故障的處理多采用新型設(shè)備引進(jìn)方式，并在使用過程中加強(qiáng)設(shè)備管理。

2.5 發(fā)電機(jī)故障

在煤礦機(jī)電設(shè)備中發(fā)電機(jī)屬于重要的組成部分，但因?yàn)檫\(yùn)行問題，導(dǎo)致發(fā)電機(jī)發(fā)生故障的因素較多，主要包括使用不當(dāng)、保養(yǎng)不足，機(jī)件腐蝕、斷裂等，都將對發(fā)電機(jī)的使用性能產(chǎn)生影響[2]。所以，如果發(fā)電機(jī)在運(yùn)行過程中出現(xiàn)異常，需要及時停止運(yùn)行，并結(jié)合以往維修經(jīng)驗(yàn)對存在故障進(jìn)行排查。發(fā)電機(jī)故障維修工作量較大，同時對相關(guān)人員維修技能也具有較高的要求。

3 露天煤礦機(jī)電設(shè)備故障維護(hù)和防范對策

露天煤礦開采中所使用的機(jī)電設(shè)備種類繁多，某企業(yè)在煤礦生產(chǎn)中所使用的機(jī)電設(shè)備包括吊斗鏟、395B 電鏟、930E 卡車、CDM75 穿孔機(jī)、推土機(jī)等，設(shè)備出現(xiàn)運(yùn)行故障后將對煤礦生產(chǎn)效率產(chǎn)生影響。為確保煤礦生產(chǎn)作業(yè)的順利開展，企業(yè)針對實(shí)際存在問題采取相應(yīng)措施降低設(shè)備故障發(fā)生故障。按照設(shè)備構(gòu)造不同、工作場所、工作狀況以及巖石硬度情況，將故障歸納為4 種：①設(shè)備在使用過程中突然出現(xiàn)性能參數(shù)下降；②機(jī)電設(shè)備在運(yùn)行過程中出現(xiàn)異常振動、異響、異味情況；③設(shè)備運(yùn)行過程中出現(xiàn)開裂、開焊、過熱等情況；④運(yùn)行中存在外網(wǎng)電壓、電流掉電或電壓突變等故障。針對存在故障需要全面開展維護(hù)工作，確保機(jī)電設(shè)備運(yùn)行的安全性、穩(wěn)定性。

（1）企業(yè)通過加強(qiáng)人員培訓(xùn)，使操作人員和維護(hù)人員對設(shè)備結(jié)構(gòu)、運(yùn)行原理加以全面了解，降低設(shè)備故障率，避免故障的頻繁發(fā)生加快部件磨損。平穩(wěn)期的故障發(fā)生多是偶然發(fā)生，此時人員已經(jīng)具備足夠的操作技能和維護(hù)技能，故障的發(fā)生多是自身因素，對于此類故障的處理需要操作人員和維護(hù)人員共同做好記錄，針對問題采取相應(yīng)措施加以改善和維護(hù)，將故障率降到最低。

（2）在煤礦機(jī)電設(shè)備實(shí)際運(yùn)行中出現(xiàn)因?yàn)楣收隙鴮ο嚓P(guān)設(shè)備的正常運(yùn)行產(chǎn)生影響需要及時停止設(shè)備運(yùn)行，之后對故障類型、引發(fā)故障的因素進(jìn)行全面分析，采取相應(yīng)措施加以維修，需要更換的零件及時更換[3]。在故障檢修中需要盡可能減少對設(shè)備造成不利影響，并降低類似故障的發(fā)生概率。

（3）預(yù)防維修的開展是主動檢查煤礦機(jī)電設(shè)備存在的運(yùn)行安全隱患，預(yù)防設(shè)備運(yùn)行出現(xiàn)故障，相關(guān)工作的開展是以“預(yù)防”為切入點(diǎn)進(jìn)行，并根據(jù)維修方案具體要求，最大程度預(yù)防煤礦機(jī)電設(shè)備出現(xiàn)安全故障，確保設(shè)備的安全、穩(wěn)定運(yùn)行。

4 露天煤礦機(jī)電設(shè)備維修實(shí)際案例分析

對CDM75 鉆機(jī)實(shí)際應(yīng)用中發(fā)生的故障和處理方式進(jìn)行分析。CDM75 鉆機(jī)是頂驅(qū)回轉(zhuǎn)頭履帶式牙輪鉆機(jī)，在爆破孔鉆進(jìn)作業(yè)中較為常用。鉆孔深度53.3 m，鉆孔直徑為250 mm，軸壓力36.1 t，最大工作壓力0.76 MPa，電機(jī)功率522 kW，重76 t，鉆進(jìn)能力60 m/h。因?yàn)殚L期使用三聯(lián)泵頻繁發(fā)生故障，對其進(jìn)行拆解觀察到三聯(lián)泵轉(zhuǎn)子和葉片存在不同程度損壞。使用1 年后，兩臺鉆機(jī)共損壞三聯(lián)泵14 臺，財(cái)產(chǎn)損失170 萬元，每次故障發(fā)生停機(jī)時間約7 h，對設(shè)備使用率造成嚴(yán)重影響，對煤礦生產(chǎn)作業(yè)的有序開展產(chǎn)生影響[4]。

4.1 故障分析

三聯(lián)泵故障發(fā)生是因?yàn)檗D(zhuǎn)子和葉片出現(xiàn)不同程度的損壞，對轉(zhuǎn)子和葉片損壞情況進(jìn)行分析，判斷為因?yàn)殚L期負(fù)荷運(yùn)行而損壞，因?yàn)槿?lián)泵額定壓力的大小受到泵本身結(jié)構(gòu)強(qiáng)度和泄漏性能約束，如果運(yùn)行中工作壓力大于額定壓力或者長期處于額定壓力臨界狀態(tài)運(yùn)行，將導(dǎo)致三聯(lián)泵出現(xiàn)過熱或者過載情況。但三聯(lián)泵工作壓力由系統(tǒng)溢流和負(fù)載設(shè)定壓力決定，隨著外負(fù)載的增加，工作壓力隨之增加。在煤礦生產(chǎn)中購置CDM75 鉆機(jī)時，受到作業(yè)環(huán)境的約束，安裝加熱、照明、增壓系統(tǒng)，提升鉆機(jī)質(zhì)量，因?yàn)殂@機(jī)設(shè)計(jì)是三支點(diǎn)千斤頂調(diào)平支撐，質(zhì)量增加導(dǎo)致千斤頂支撐力超過額定壓力，長期超負(fù)荷運(yùn)行造成泵芯損壞。

4.2 故障處理

對故障分析后對改造方案的可行性、經(jīng)濟(jì)性進(jìn)行分析。首先，增加溢流閥額定壓力，因?yàn)樾枰獙︺@機(jī)本身結(jié)構(gòu)加以充分考慮，難度比較大，改造成本高。其次，降低外界負(fù)載。因?yàn)樵阢@機(jī)中增加了其他系統(tǒng)，減小外負(fù)載改造方案不切合實(shí)際。最后，增加千斤頂?shù)膬?nèi)徑，降低作用力。該方案不僅能有效延長泵使用年限，同時容易實(shí)現(xiàn)，具有可行性。

先對千斤頂?shù)膬?nèi)徑進(jìn)行確定，通過計(jì)算得出內(nèi)徑約為0.176 m。按照設(shè)計(jì)手冊直徑取值180 mm。由原來的150 mm 增加至180 mm，所需壓力為18.1 MPa。按照非鉆進(jìn)側(cè)所需壓力1.1 倍進(jìn)行設(shè)計(jì)，最大壓力為19.1 MPa，比溢流閥和輔助回路最大壓力降低了0.8 MPa。

5 總結(jié)

綜上所述，在露天煤礦生產(chǎn)中因?yàn)槭艿蕉喾N因素的影響，對機(jī)電設(shè)備的安全、穩(wěn)定運(yùn)行產(chǎn)生影響，進(jìn)而影響煤礦生產(chǎn)效率。基于此，在露天煤礦生產(chǎn)中需要對常見的設(shè)備故障加以全面了解，例如電氣和電機(jī)控制系統(tǒng)故障、齒輪故障、軸承故障、機(jī)械構(gòu)件故障、發(fā)動機(jī)故障等，對故障誘發(fā)原因全面了解，避免設(shè)備在實(shí)際運(yùn)行中出現(xiàn)故障。同時，為避免故障發(fā)生，需要做好事前、事后維修工作，及時發(fā)現(xiàn)設(shè)備運(yùn)行過程中存在的安全隱患和故障，提升設(shè)備運(yùn)行質(zhì)量。另外，對設(shè)計(jì)不合理的地方及時改進(jìn)，提升生產(chǎn)系統(tǒng)運(yùn)行綜合性能，實(shí)現(xiàn)煤礦生產(chǎn)效率提升。