采煤機常見故障分析和故障診斷的基本方法研究

屈 陽

（汾西礦業(yè)集團南關(guān)煤業(yè)公司， 山西 靈石 031300）

引言

采煤機是整個煤礦生產(chǎn)鏈條中非常關(guān)鍵的一環(huán)，其囊括了機械、液壓傳動和電子電氣等多種功能，結(jié)構(gòu)精密而復(fù)雜。而采煤機作業(yè)環(huán)境則相對惡劣復(fù)雜，對采煤機系統(tǒng)運行造成了很大的威脅，一旦采煤機發(fā)生故障停機，綜采面生產(chǎn)就會停轉(zhuǎn)，這給煤礦生產(chǎn)作業(yè)帶來極為嚴(yán)重的干擾。為了第一時間查明并排除故障隱患，煤礦設(shè)備檢修管理部門應(yīng)建立并完善采煤機故障診斷體系，對采煤機運行工況予以有效監(jiān)測控制，及時診斷明確故障，并采取必要的預(yù)防措施[1]。

1 采煤機常見的幾種故障

1.1 機械系統(tǒng)故障

采煤機機械系統(tǒng)故障一般以軸承部位最為多見。在采煤機結(jié)構(gòu)中，牽引鏈輪受力分布不均且載荷較大，易使軸承部分磨損、滾動體破裂等問題多發(fā)。此類故障對鏈輪以及鏈輪軸等機械零件性能以及結(jié)構(gòu)完整性造成嚴(yán)重影響[2]。同時，采煤機搖臂傳動軸也承受較大的應(yīng)力，特別是在運轉(zhuǎn)狀態(tài)下，采煤機搖臂不停升降，如果潤滑措施不到位或不合理，就會導(dǎo)致軸承磨損，從而引發(fā)故障。應(yīng)注意的是，除軸承過載可導(dǎo)致軸承故障外，軸承安裝不到位、潤滑系統(tǒng)污染、支撐座變形以及潤滑效果不佳等因素同樣會導(dǎo)致軸承故障。除此之外，軸承材料缺陷、設(shè)計因素以及制造流程等因素均對軸承使用性能和壽命產(chǎn)生不同程度的干擾。

機械系統(tǒng)中，除比較常見的軸承故障外，也包括其他部分的故障。齒輪傳動以及聯(lián)結(jié)模塊故障可引起部件過載受損以及疲勞破壞問題；聯(lián)結(jié)松動則會導(dǎo)致系統(tǒng)載荷分布異常，引起部件受損甚至鍛煉問題。上述故障現(xiàn)象均會導(dǎo)致采煤機機械部分不同程度發(fā)熱，局部溫度異常升高。無論是安裝制造還是后期使用、零部件缺陷，均會影響采煤機整機運行狀態(tài)。

1.2 液壓系統(tǒng)故障

在采煤機結(jié)構(gòu)中，液壓系統(tǒng)可謂整個系統(tǒng)中最容易出現(xiàn)故障的部分，其故障頻率也居于采煤機各模塊之首。雖然隨著現(xiàn)代科技和煤礦綜采設(shè)備技術(shù)的不斷發(fā)展完善，自動調(diào)速以及過載保護等技術(shù)開始應(yīng)用于采煤液壓系統(tǒng)上，但其依然難以有效預(yù)防和避免液壓系統(tǒng)故障。首先，采煤機作業(yè)環(huán)境比較惡劣，液壓系統(tǒng)容易受到井下諸多不良條件的影響，其故障因素極為復(fù)雜，檢修人員很難第一時間發(fā)現(xiàn)并明確故障類型和發(fā)生未知。其次，井下惡劣的作業(yè)環(huán)境也使得檢修人員難以全面深入排查和檢修液壓系統(tǒng)，如果檢修操作不當(dāng)，還有可能引起設(shè)備二次污染問題[3]。在液壓系統(tǒng)故障中，油液污染是發(fā)生率最高的一種故障，如果油液中摻雜過量雜質(zhì)，電機馬達(dá)和液壓泵就會受到嚴(yán)重磨損，導(dǎo)致油液泄漏。這直接影響系統(tǒng)內(nèi)部油液流量，工作壓力驟降且局部溫度異常升高。情況嚴(yán)重者或造成控制閥失控以及閥芯移動受阻等現(xiàn)象，系統(tǒng)內(nèi)部壓力以及流量也隨之出現(xiàn)異常。此外，外部雜質(zhì)入侵以及系統(tǒng)密封性能不佳同樣會導(dǎo)致系統(tǒng)泄漏等一系列故障問題。

2 采煤機常見故障的幾種診斷方法

2.1 鐵譜分析法

機械故障診斷法中應(yīng)用最常見的一種是鐵譜分析法，該診斷方法適用于低速、高沖擊力以及高載荷機械設(shè)備，采煤機就是此類機械設(shè)備中的一種，所以采用鐵譜分析法檢測采煤機故障是比較合理的。其原理主要是采用高強度磁場對機械設(shè)備潤滑系統(tǒng)加以處理，處理后油液黏滯阻力、磁場力以及重力值較高，進而根據(jù)大小將油液中的磨粒依次分離，最終根據(jù)顆粒大小在基片上沉淀并制備為譜片。檢測人員通過顯微鏡對磨粒體積和具體形狀進行觀察，對磨粒類型做出進一步分析；通過光密度計計算統(tǒng)計磨粒數(shù)量，并結(jié)合顆粒體積、密度以及成分評估采煤機零部件磨損原因、嚴(yán)重程度以及具體磨損部位[4]。

2.2 溫度監(jiān)測法

此種診斷方法具有快速靈敏的應(yīng)用優(yōu)勢，而且準(zhǔn)確性非常高。一旦系統(tǒng)零部件承受的摩擦應(yīng)力超出正常水平，設(shè)備就會受到極大磨損，然而磨損檢測以及油樣分析往往耗時較長，檢修人員難以快速檢出故障并采取有效的止損措施[5]。相比之下，溫度監(jiān)測可以直接反映系統(tǒng)部件磨損情況，檢修人員利用監(jiān)控系統(tǒng)實時掌握采煤機溫度，通過在線監(jiān)測的方式即可對采煤機運行狀態(tài)做出及時有效的分析和評估。

同時，采煤機故障診斷中的溫度監(jiān)測方法具有很高的實用性。因為在溫度監(jiān)測功過程中，監(jiān)測模塊主要集中于油箱以及機械軸承等關(guān)鍵部位。檢修人員可實時掌握這些觀測指標(biāo)的溫度變化，定時對其溫度動態(tài)變化做出記錄，并在此基礎(chǔ)上分析溫度變動趨勢，做出合理的預(yù)估和評測。檢修人員還應(yīng)定期開展油樣分析，以便于明確采煤機出現(xiàn)的故障問題，合理預(yù)測系統(tǒng)運行狀態(tài)。

對于液壓系統(tǒng)，檢修人員對采煤機檢修的過程中可首先掌握系統(tǒng)溫度、壓力以及流量等多項指標(biāo)，在此基礎(chǔ)上做出故障檢測診斷。還可按照功能不同把液壓系統(tǒng)分為不同部分，通過布設(shè)溫度傳感器以及壓力傳感器等方式在不同位置建立在線監(jiān)測點，設(shè)置配套的檢測場。一旦建立檢測場，檢修人員可基于系統(tǒng)溫度以及壓力變化做出綜合分析和判斷，實現(xiàn)故障點的快速定位，并明確故障誘因。除此之外，液壓系統(tǒng)診斷中也可采用油樣分析法，定期對油液污染程度實施檢測，及時采取相應(yīng)的清理措施，有效解決液壓油質(zhì)污染問題，避免故障惡化進展，為系統(tǒng)運行安全和穩(wěn)定性提供必要保障。

2.3 人工智能診斷法

考慮到采煤機故障的隱蔽性和復(fù)雜性，普通檢測手段可能有所遺漏，難以及時查明故障，導(dǎo)致檢修效率偏低，甚至存在診斷錯誤、故障惡化、延誤搶修等現(xiàn)象。隨著近年來人工智能技術(shù)的廣泛應(yīng)用，采煤機故障診斷有了新的方向，采煤機專家診斷系統(tǒng)應(yīng)運而生。該系統(tǒng)可有效診斷一些具有較高復(fù)雜性以及隱蔽性的系統(tǒng)故障，其診斷效果與系統(tǒng)知識質(zhì)量以及知識容量有密切關(guān)聯(lián)。通常來說，專家系統(tǒng)的知識架構(gòu)包括大量啟發(fā)性以及事實性信息，這些內(nèi)容業(yè)已經(jīng)過行業(yè)領(lǐng)域內(nèi)專家認(rèn)證。其中啟發(fā)性信息以專業(yè)判別規(guī)則為主，其源自專家解決問題的思路和做法，經(jīng)過精煉并且規(guī)范化處理，具有啟發(fā)性特點。綜合此類專業(yè)性知識，通過搭建知識數(shù)據(jù)庫的方法來支持系統(tǒng)故障診斷，其診斷水平也明顯高于單一系統(tǒng)。而且專家系統(tǒng)對于一些殘缺遺漏不夠完整的信息，或者相互矛盾的信息都能予以有效處理，并提出一種或多種可行性解決方案，同時結(jié)合知識庫信息對故障診斷與推理過程做出闡釋和說明，最終結(jié)論也更為可靠。

3 結(jié)語

在煤礦企業(yè)日常生產(chǎn)中，采煤機的作用極為重要，采煤機運行效率和工作質(zhì)量直接影響整個煤礦的運轉(zhuǎn)與生產(chǎn)效率。只有及時診明、排除故障，確保采煤機高效、安全運行，才能確保煤礦生產(chǎn)效率和采煤質(zhì)量。由此來看，煤礦檢修人員應(yīng)充分重視采煤機故障分析診斷與控制，為煤礦生產(chǎn)提供必要的安全保障。