采煤機的失效分析與可靠性保證措施

楊琳琳

摘要：采煤機承擔著從煤壁割煤，裝煤的任務，是綜采工作面的關鍵核心設備。但在實際應用中，采煤機存在可靠性低的問題，影響整個采煤生產過程。本文對采煤機結構進行了分析，總結出常見的采煤機失效形式，并就這些問題提出解決措施，對采煤機運行過程可靠性進行研究，將為企業(yè)制定設備檢修、維護計劃提供參考，為采煤機制定合理的項修和大修提供依據。

關鍵詞：采煤機；失效分析；可靠性

1 引言

采煤機是煤礦開采的主要設備，它承擔著原煤生產的關鍵任務。采煤機整機系統(tǒng)由包括多個子系統(tǒng)，工作過程中某一零部件損壞就可能導致采煤機停止工作。近年來我國經濟水平逐漸提高，采煤機的技術工藝也有了較大的提升，但是仍然與世界先進水平存在著較大差距。為進一步促進我國煤礦產業(yè)的發(fā)展，提高煤礦產量，必須提高采煤機的可靠性。

2 采煤機薄弱環(huán)節(jié)失效分析

采煤機的失效分析主要是對采煤機最易出現(xiàn)故障的截割部和牽引部進行分析，其中牽引部驅動輪部分承受載荷相對較大，工作時在沖擊作用下容易斷齒，牽引部導向滑靴容易在輸送機彎曲部分出現(xiàn)磨損加劇而撕裂損壞。截割部分的主軸承容易出現(xiàn)溫度升高后的軸承間隙增大而引起軸承內圈損壞、軸承斷裂、竄出等故障，而截三軸容易因彎矩過大而引起故障。此外截割部減速太陽輪在高阻力情況下也很容易出現(xiàn)損壞失效。在工程計算中，MATLAB軟件是根據采煤機的故障數(shù)據做出檢驗故障的直方圖，將采煤機所存在的問題直觀表達出來。采煤機的失效部件較多，本文只對最薄弱的最易失效的部件進行以下的失效分析。

2.1 牽引部驅動輪、導向滑靴

采煤機是通過驅動輪和輸送機銷排銷齒嚙合將圓周運動轉化為直線運動推進采煤機前進的。由于井下生產條件惡劣，驅動輪上承受的載荷較大，當采煤機工作時驅動輪要與銷排齒嚙合，也要承受一定的沖擊，當工作時間較長時很容易導致驅動輪斷齒或損壞。

導向滑靴損壞的原因主要有：導向滑靴的跨度較小，當采煤機通過輸送機彎曲段時，其運行阻力較大，尤其在斜進刀方式中阻力會更大，導向滑靴在輸送機彎曲處受到很大的側向力，因而會加劇導向滑靴內擋的磨損，造成導向滑靴撕裂。傾斜開采對導向滑靴的影響也很大，角度越大，受力就越大，導向滑靴越容易損壞。

2.2 截割部截一軸、截二軸、截三軸及太陽輪

搖臂高速區(qū)截一軸、截二軸齒輪的軸承內圈轉動或軸向竄出，造成軸承內圈擋邊損壞、斷裂，斷裂的軸承擋邊進入搖臂減速器箱體，損壞其他齒輪與軸承，致使整臺搖臂減速器嚴重損壞。其主要原因是軸承內圈與齒輪軸徑的設計配合過盈量偏小，即齒輪軸頸的最小極限尺寸偏小。在搖臂負載運行的情況下，溫度升高到一定范圍，尺寸微變后，它們間原有過盈量很可能不存在，而變?yōu)殚g隙配合，從而導致軸承內圈轉動或軸向竄動。

由于煤質不同和煤中含有堅硬夾雜物，即使在同一工作面，截割阻力變化也很大，由于截三軸既承受彎矩又承受扭矩因此容易出現(xiàn)失效。雙行星減速位于搖臂的最前端，其受到的影響也最大，工作環(huán)境也最差。當截割阻力很大時，雙行星減速的太陽輪所承受的扭矩很大，因此經常出現(xiàn)失效。

3 采煤機可靠性保證措施

可靠性可分為固有可靠性和使用可靠性，主要受到設計制造工藝和操作維護方面的影響。

3.1 采煤機的設計制造過程的可靠性保證措施

對于失效率比較高截割部截三軸和行星減速機構中的太陽輪，由于承受力較復雜且沖擊較大，可以采用相對更加優(yōu)質材料，以降低其可能發(fā)生的頻繁載荷沖擊下的失效現(xiàn)象。對于齒輪的加工精度要加強控制，選用品質較好的軸承以防止出現(xiàn)是高速失效，軸承配合尺寸應設計嚴格。截割部關鍵部位應加裝保護機構，防止載荷過大時的損壞，對齒輪及的運轉應加強潤滑保護。對于采用大功率電機的采煤機應加強其行星減速機構太陽輪的強度設計。同時對于采煤機操作人員及維修人員應加強培訓，提高工作效率，避免誤判。采煤機應定期進行維護檢修，出現(xiàn)問題及時統(tǒng)計。采煤機與輸送機之間配合要根據實際工作要求進行調整，液壓支架與截割部也要互不干涉。在惡劣工作環(huán)境下應及時調整采煤機的運行方式。

在設計過程中，要全面了解現(xiàn)有機型采煤機的實際生產故障及維修情況，對故障部件要進行失效原因的分析，在設計中有針對性的提高薄弱環(huán)節(jié)的可靠度。提高采煤機可靠性的保證措施主要有：

⑴關鍵部件要選用優(yōu)質材料制造。

⑵對齒輪的齒形設計、材料、熱處理工藝、機械加工精度要有嚴格要求。

⑶軸承選用著名公司的品牌產品，以提高其使用壽命。

⑷為減小滾筒沖擊載荷對傳動件的破壞，應采取保護扭矩軸，當載荷超過許用值時，以實現(xiàn)自行剪斷，實現(xiàn)保護傳動件的目的。

⑸對搖臂上的齒輪和軸承采取強迫潤滑。

⑹提高銷齒和驅動輪的嚙合傳動比的穩(wěn)定性。

⑺提高選用的大功率截割電動機性能。

⑻軸承內圈與齒輪軸徑的設計配合過盈量要合適。

在設計中要綜合應用可靠性設計、優(yōu)化設計、人機工程設計等現(xiàn)代設計方法，以提高產品的可靠性。特別是可靠性設計，如預防故障設計、簡化設計、降額設計和安全裕度設計、余度設計、耐環(huán)境設計、人機工程設計等。當然，機械可靠性設計的方法絕不能離開傳統(tǒng)的機械設計和其它的一些優(yōu)化設計方法，如機械計算機輔助設計、有限元分析等。

3.2 采煤機的使用與維護可靠性保證措施

提高人的操作水平及覺悟認識對提高整個采煤機的可靠性也是至關重要的。做好人的培訓工作，提高操作和維修水平，盡量避免操作過程中的判斷失誤和操作失誤。還應加強安全管理，提高人的自我糾錯能力，及時分析人為失誤的原因采取相應措施。要注意對采煤機的維護與保養(yǎng)，當出現(xiàn)小的故障隱患時要及時處理，以免造成更嚴重的后果。做好對人的管理工作，制定健全的規(guī)章制度及監(jiān)督檢查機制。做好設備可靠性數(shù)據的統(tǒng)計工作，認真做好設備的運行記錄、制定合理的維修計劃。采煤機、液壓支架、刮板輸送機之間的配套選型合理與否，也將對采煤機的可靠性產生很大的影響。輸送機與采煤機配套時，要考慮過煤高度，合理的過煤高度可以保證大塊煤和矸石的順利通過，在滿足采煤機機身設計尺寸的要求下，過煤高度取值應盡量大些。輸送機的結構形式必須與采煤機的結構相匹配。液壓支架的結構尺寸要適應采煤機的采高范圍的要求，而液壓支架的推移步距也要與采煤機的截深相適應。要保證設備運行時不相互發(fā)生干擾，并使其配套設備的效能最大程度的發(fā)揮。

工作面作業(yè)環(huán)境對人的影響也很大，要提高工人工作的舒適度、降低有害氣體、煤塵和噪聲的產生。作業(yè)環(huán)境直接影響人機系統(tǒng)的效率和操作者的身心健康與安全，良好的工作面生產環(huán)境將對人的工作狀態(tài)有極大的提升，同時也使采煤機的使用可靠性有了很大的提高。在工作面的生產條件比較惡劣的時候，更要根據煤層地質條件特點，合理選擇采煤機的工作方式。另外，對采煤機的供電及供水等配套設施要充分保證，這樣才能使采煤機正常工作有所保障。

4 結語

通過對采煤機整機進行分析，可以注意故障頻發(fā)點，更好地提高采煤機的使用壽命，從而提高煤礦產業(yè)的產量和經濟效益。制造、設計、操作、維修是影響采煤機可靠性的主要因素。首先改善采煤機的薄弱環(huán)節(jié)，選用更優(yōu)質的材料來增強零件的抗磨損性為重點。其次加強提高操作人員、維修人員自身素質，正確使用和維修采煤機，提高使用效率和工作效率。還要定期對采煤機進行檢查。通過分析明確失效原因，給出預防對策盡量減少或避免失效的再次發(fā)生，保證采煤機在惡劣的環(huán)境下長期高效作業(yè)。

參考文獻

[1]楊寶才.采煤機導向滑靴失效分析與改善措施[J].煤礦機電，2018（05）：50-53+57.

[2]郭瑩.采煤機的失效分析與可靠性保證措施[J].煤礦現(xiàn)代化，2018（02）：114-116.

（作者單位：三一重型裝備有限公司）