采煤機(jī)傳動(dòng)裝置故障診斷系統(tǒng)的研究

盧閆滿

（西山煤電馬蘭礦，山西 古交030200）

引言

在煤礦生產(chǎn)過程中，采煤機(jī)是其中一種最重要的設(shè)備，主要進(jìn)行裝煤和落煤的工作，在煤礦工作中，采煤的質(zhì)量以及工作的效率都與采煤機(jī)的工作有著很大的關(guān)系[1]。由于煤礦的工作環(huán)境差，而且在采煤的過程中，很多時(shí)候會(huì)遇到一些不規(guī)則的煤層，硬度和材質(zhì)上存在差異，容易使采煤機(jī)發(fā)生故障。其中采煤機(jī)的傳動(dòng)裝置，屬于比較容易發(fā)生故障的裝置，一旦傳動(dòng)裝置發(fā)生故障，不僅影響了工作效率，造成經(jīng)濟(jì)損失，還有可能威脅到人身安全。所以，對(duì)采煤機(jī)傳動(dòng)裝置的故障檢測診斷十分重要[2]。

1 采煤機(jī)傳動(dòng)裝置的主要工作參數(shù)

采煤機(jī)的主要結(jié)構(gòu)包括有電動(dòng)機(jī)、截割部、牽引部等。其中，電動(dòng)機(jī)主要是為采煤機(jī)提供動(dòng)力，利用對(duì)齒輪的驅(qū)動(dòng)，實(shí)現(xiàn)不同裝置的運(yùn)行。截割部主要是進(jìn)行裝煤和落煤的工作，它的動(dòng)力也是通過齒輪實(shí)現(xiàn)傳動(dòng)[3]。對(duì)于截割部的傳動(dòng)，由于它的負(fù)載比較大，而且功率高，在工作的過程中會(huì)受到一定的沖擊，容易產(chǎn)生故障，所以對(duì)于截割部的傳動(dòng)裝置每隔一段時(shí)間就需要進(jìn)行潤滑。牽引部的作用就是驅(qū)動(dòng)采煤機(jī)，根據(jù)不同的采煤進(jìn)度實(shí)現(xiàn)采煤機(jī)的位置調(diào)整[4]。

在采煤機(jī)的工作過程中，對(duì)它的工作狀態(tài)可以通過幾個(gè)工作參數(shù)進(jìn)行檢測。首先是振動(dòng)，在工作中由于傳功裝置靠的是齒輪的運(yùn)轉(zhuǎn)，避免不了會(huì)發(fā)生振動(dòng)，而振動(dòng)是否異常會(huì)影響運(yùn)行狀態(tài)；其次是溫度，溫度的高低反應(yīng)了運(yùn)行狀態(tài)是否正常；再次是電壓和電流，可以直接反應(yīng)工作中的功率損耗，是否有異常電壓電流的產(chǎn)生；最后是轉(zhuǎn)速，也是根據(jù)工作狀態(tài)來判斷是否轉(zhuǎn)速過快造成異常[5]。

2 采煤機(jī)傳動(dòng)裝置的運(yùn)行故障

在煤礦的生產(chǎn)中，環(huán)境比較差，存在有很多的污染物，比如說粉塵、煤屑等，而且還有一些巖塊兒等，采煤機(jī)工作過程中會(huì)受到這些污染物的影響，存在沖擊，對(duì)裝置的磨損比較高，就容易造成故障，而且采煤機(jī)發(fā)生故障多數(shù)是由于傳動(dòng)裝置的齒輪或者軸承發(fā)生了故障[6]。齒輪在傳動(dòng)裝置中，運(yùn)轉(zhuǎn)速度比較低，但是同時(shí)它的負(fù)載又比較大，所以容易發(fā)生問題，主要包括以下幾個(gè)方面：

1）齒面發(fā)生了較大的磨損：在采煤的工作過程中，會(huì)遇到各種各樣的煤巖塊，而這些煤巖塊有的需要比較大的受力才會(huì)脫落，這使得齒輪的承載比較高，同時(shí)，齒輪通過旋轉(zhuǎn)來運(yùn)作，有的細(xì)小的顆粒存在齒輪縫隙之間，就會(huì)造成摩擦，更進(jìn)一步加劇了磨損。另一方面，在長時(shí)間的工作過程中，會(huì)有一些酸性或者堿性成分接觸齒輪，由于長時(shí)間的接觸也會(huì)造成一部分的化學(xué)腐蝕，相互結(jié)合就會(huì)造成磨損加劇。

2）齒面相互接觸造成疲勞損耗：齒輪在運(yùn)轉(zhuǎn)過程中，是通過相互嚙合傳遞動(dòng)力，而在這個(gè)過程中，齒輪的運(yùn)轉(zhuǎn)會(huì)帶動(dòng)一定的滑動(dòng)，這個(gè)滑動(dòng)又會(huì)造成摩擦，在不斷地運(yùn)轉(zhuǎn)過程中，齒輪受到摩擦力的作用就容易出現(xiàn)裂紋，長時(shí)間的工作之后，裂紋擴(kuò)大，造成損傷。

3）摩擦造成損傷：當(dāng)在工作過程中需要齒輪增加轉(zhuǎn)速的時(shí)候，由于壓力會(huì)增大，工作時(shí)摩擦導(dǎo)致溫度升高，這個(gè)時(shí)候需要進(jìn)行潤滑，如果沒有進(jìn)行潤滑，那么齒輪相互之間的油膜就很有可能會(huì)被破壞，造成齒輪相互接觸，就很有可能造成較大的摩擦損傷。

4）受力不均造成齒輪斷裂：由于齒輪在運(yùn)轉(zhuǎn)過程中會(huì)受到力的作用，而齒輪受力最嚴(yán)重的部位在齒輪的根部，在長時(shí)間的運(yùn)轉(zhuǎn)中，不斷受到力的作用和載荷的沖擊，當(dāng)超過了齒輪的疲勞極限后，就會(huì)產(chǎn)生裂紋，進(jìn)一步降低了齒輪的承受程度，在不斷的工作過程中會(huì)導(dǎo)致?lián)p害進(jìn)一步擴(kuò)大，最后在大載荷的作用下就會(huì)發(fā)生齒輪的斷裂。

3 采煤機(jī)傳動(dòng)裝置故障診斷系統(tǒng)的設(shè)計(jì)

3.1 硬件組成

針對(duì)采煤機(jī)傳動(dòng)裝置的幾個(gè)重要工作參數(shù)進(jìn)行檢測，判斷故障。設(shè)計(jì)診斷系統(tǒng)首先要設(shè)計(jì)系統(tǒng)的組成硬件，主要包括了計(jì)算機(jī)、傳感器、數(shù)據(jù)采集卡等，可以將需要檢測參數(shù)的運(yùn)行數(shù)據(jù)檢測采集后進(jìn)行處理，如圖1所示。

圖1 診斷系統(tǒng)組成

通過不同類型的傳感器，將所需要檢測的參數(shù)數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換為數(shù)據(jù)信號(hào)，經(jīng)過調(diào)理模塊進(jìn)行處理，之后經(jīng)過數(shù)據(jù)采集卡將信號(hào)輸入到計(jì)算機(jī)處理。其中，傳感器的類型需要根據(jù)不同的使用位置、使用量程以及使用的靈敏度進(jìn)行合理的選擇，如表1所示。

表1 傳感器性能指標(biāo)

而對(duì)于調(diào)理模塊，為了進(jìn)行距離長的傳輸，需要有比較強(qiáng)的抗干擾的能力。

3.2 系統(tǒng)組成與流程

為了對(duì)采集的數(shù)據(jù)進(jìn)行及時(shí)處理，需要設(shè)計(jì)相應(yīng)的處理系統(tǒng)。整個(gè)系統(tǒng)主要包括了多個(gè)模塊，采用的是主菜單的方式，底下設(shè)置了故障診斷、檢測項(xiàng)目以及設(shè)置和報(bào)表等部分，如圖2所示。

圖2 系統(tǒng)組成

設(shè)置部分就是對(duì)各項(xiàng)需要檢測參數(shù)的傳感器的參數(shù)進(jìn)行相應(yīng)的設(shè)置，還包括了數(shù)據(jù)存儲(chǔ)為報(bào)表的設(shè)置；檢測部分就是針對(duì)采煤機(jī)傳動(dòng)裝置的主要工作參數(shù)，包括振動(dòng)、溫度以及轉(zhuǎn)速等進(jìn)行檢測；故障診斷就是其中的主要部分，可以對(duì)傳動(dòng)系統(tǒng)的故障狀態(tài)進(jìn)行診斷，并及時(shí)進(jìn)行報(bào)告處理，而這些報(bào)告數(shù)據(jù)就是通過報(bào)表部分進(jìn)行處理。

系統(tǒng)的整個(gè)運(yùn)行流程如圖3所示，設(shè)置完各項(xiàng)檢測參數(shù)后，可以對(duì)不同參數(shù)進(jìn)行檢測，對(duì)是否發(fā)生故障進(jìn)行診斷，并對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行處理、保存和生成報(bào)表。

圖3 系統(tǒng)流程

4 應(yīng)用效果

采煤機(jī)傳動(dòng)裝置的故障診斷系統(tǒng)投入現(xiàn)場使用之后，如下頁圖4所示各項(xiàng)參數(shù)的檢測，得到不同參數(shù)的分析處理、存儲(chǔ)以及故障診斷。

圖4 故障診斷系統(tǒng)應(yīng)用實(shí)例

通過故障診斷，可以了解多個(gè)齒輪存在有故障問題，通過及時(shí)處理，避免了更大的事故和經(jīng)濟(jì)損失發(fā)生。通過故障診斷系統(tǒng)能夠及時(shí)發(fā)現(xiàn)故障問題，確保工作的正常運(yùn)轉(zhuǎn)，相比沒有采用系統(tǒng)之前，通過人工檢查故障，節(jié)省了近70%的時(shí)間，而這個(gè)時(shí)間可以節(jié)省下來進(jìn)行生產(chǎn)，進(jìn)一步提高了10%的工作效率，也減少了更多故障的發(fā)生，節(jié)約了大概25%的經(jīng)濟(jì)損失，同時(shí)還降低了維修人員的安全威脅。

5 結(jié)論

通過采用采煤機(jī)傳動(dòng)裝置故障診斷系統(tǒng)，可以及時(shí)發(fā)現(xiàn)故障發(fā)生的原因，從而能夠及時(shí)進(jìn)行處理，避免了事故的發(fā)生，同時(shí)，通過故障診斷，降低了維修人員的工作時(shí)間消耗，提高了工作效率。