煤礦提升機(jī)常見(jiàn)故障類型分析及故障診斷技術(shù)研究

（山西省大同市同煤集團(tuán)馬脊梁礦 山西 037000）

引言

礦井下設(shè)備人員的移動(dòng)，設(shè)備及材料等的運(yùn)輸大多都是通過(guò)礦井提升機(jī)來(lái)實(shí)現(xiàn)的，因此礦井提升機(jī)的安全運(yùn)行至關(guān)重要，它在礦山的安全作業(yè)中起到了重要保障作用。社會(huì)的發(fā)展推動(dòng)著各種大型設(shè)備自動(dòng)化和機(jī)械化水平的提升，由此造成了礦井提升機(jī)的內(nèi)部構(gòu)成更加密集與繁瑣。如果稍微有所改變或者是內(nèi)部匹配失敗，很大程度上會(huì)造成整個(gè)礦山作業(yè)的延誤。因此，有必要針對(duì)礦井提升機(jī)的安全性能的提升進(jìn)行研究，從而保障作業(yè)安全。許多學(xué)者和研究人員們通過(guò)對(duì)礦井提升機(jī)進(jìn)行故障探索研究而提出新的改進(jìn)思路。例如王大虎等人[1]依賴于模糊神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)方法來(lái)達(dá)到監(jiān)視和診斷使用中的多臺(tái)起重機(jī)的故障的目的，并與MATLAB軟件相結(jié)合來(lái)做系統(tǒng)仿真。李娟娟等[2]通過(guò)對(duì)礦井提升機(jī)研究的發(fā)展路徑和過(guò)去的故障進(jìn)行統(tǒng)計(jì)與分析，比如故障類型和失效類型等，并在此基礎(chǔ)上提出了許多改進(jìn)意見(jiàn)，想借此來(lái)促進(jìn)提升機(jī)的工作效率的提升。

1.故障類型

(1)齒輪箱故障

齒輪箱故障是礦井起重機(jī)使用過(guò)程中最容易出現(xiàn)的故障。主要是有以下幾種類型：

①變速箱油的溫度高。由此帶來(lái)的故障就是潤(rùn)滑油不能實(shí)現(xiàn)及時(shí)的供應(yīng)，然后引發(fā)了潤(rùn)滑點(diǎn)故障；

②機(jī)身漏油現(xiàn)象，常見(jiàn)于箱體的接合的位置處或者內(nèi)齒輪的位置；

③齒輪箱的齒輪軸出現(xiàn)斷裂問(wèn)題或摩擦力減小出現(xiàn)打滑；

④車(chē)體問(wèn)題，最常見(jiàn)的就是軸承溫度的異常，不在正常范圍內(nèi)，還有一種可能性就是內(nèi)部過(guò)濾存在問(wèn)題；

⑤粘合問(wèn)題，具體指的是金屬在齒輪接觸面上的熔焊，通常是在齒面上的金屬層被撕下時(shí)發(fā)生的；

⑥齒輪損壞，主要是齒輪存在斷裂或斷齒的現(xiàn)像，一般常見(jiàn)于體積較小的齒輪，或者高速運(yùn)轉(zhuǎn)狀態(tài)；

⑦變速箱體故障，下圖1列出了常見(jiàn)的幾種故障類型。

圖1 齒輪箱異常噪音行程原因

(2)電動(dòng)機(jī)故障

①在使用定子時(shí)，就會(huì)感應(yīng)到非正常狀態(tài)下的電磁振動(dòng)。之所以會(huì)產(chǎn)生這種故障的原因是：基座與電動(dòng)機(jī)殼體之間是通過(guò)軸承進(jìn)行連接的，軸承一旦松動(dòng)，就會(huì)導(dǎo)致電動(dòng)機(jī)產(chǎn)生相同頻率的振動(dòng)。鐵芯和定子線圈也無(wú)法處于緊合的狀態(tài)。定子的三相磁場(chǎng)相對(duì)移動(dòng)，導(dǎo)致出現(xiàn)非對(duì)稱的現(xiàn)象。

②電磁振動(dòng)還有一個(gè)重要的原因就是氣體間的不平整狀態(tài)，即動(dòng)態(tài)和氣態(tài)不平衡所致。

③電機(jī)的轉(zhuǎn)子出現(xiàn)故障，也會(huì)引起電磁振動(dòng)。這個(gè)故障的特征如下：電磁振動(dòng)的頻率是受電動(dòng)機(jī)負(fù)載的影響的，具體的表現(xiàn)為同增；轉(zhuǎn)子一旦開(kāi)始異常工作時(shí)，則會(huì)導(dǎo)致轉(zhuǎn)子的動(dòng)態(tài)偏心或出現(xiàn)電磁振動(dòng)。

④轉(zhuǎn)子在運(yùn)轉(zhuǎn)過(guò)程中出現(xiàn)異常，重點(diǎn)表現(xiàn)為：電機(jī)轉(zhuǎn)子的徑向幅度明顯大于軸向幅度；轉(zhuǎn)子的振動(dòng)幅度隨速度的增加而顯著增加：頻率和速度頻率相等。

(3)滾筒故障

礦井提升機(jī)內(nèi)部的滾筒的結(jié)構(gòu)主要時(shí)由主要軸承，次要軸承，鼓等零件，制動(dòng)器，液壓站等部件組成。下面的圖2顯示了礦山中常用的特定的單筒式卷?yè)P(yáng)筒結(jié)構(gòu)。

圖2 單筒纏繞式提升機(jī)結(jié)構(gòu)

滾筒故障的類型重點(diǎn)體現(xiàn)在滾筒破裂或焊接開(kāi)裂，歸根結(jié)底還是由于外殼強(qiáng)度太低，故障排除主要依靠現(xiàn)場(chǎng)操作人員的時(shí)刻監(jiān)測(cè)才能及時(shí)發(fā)現(xiàn)。

2.優(yōu)化方案設(shè)計(jì)

礦井提升機(jī)中使用的滾筒的結(jié)構(gòu)有電動(dòng)機(jī)，冠輪，減速器和鼓筒等諸多部件。不同類型的傳感器需要監(jiān)視和檢測(cè)不同位置的故障現(xiàn)象。對(duì)于由滾子，電動(dòng)機(jī)或飛輪引起的振動(dòng)型機(jī)械故障，常見(jiàn)的解決辦法是使用振動(dòng)傳感器來(lái)發(fā)現(xiàn)故障并分析其原因。輥的撓度可以使用壓力傳感器和位移傳感器來(lái)進(jìn)行監(jiān)控。本次研究的主要研究對(duì)象是：同煤集團(tuán)某煤礦主軸上使用的JKMD-2.8x4（3）E型礦井提升機(jī)的工作狀態(tài)。這個(gè)機(jī)器的具體參數(shù)見(jiàn)下表1。

表1 提升機(jī)主要參數(shù)情況表

根據(jù)傳感器監(jiān)控到的結(jié)果來(lái)做好起重故障診斷計(jì)劃。該結(jié)構(gòu)包括監(jiān)視主機(jī)，信號(hào)調(diào)節(jié)器，數(shù)據(jù)采集卡和檢測(cè)傳感器等諸多部件。所實(shí)現(xiàn)的特定功能包括基本操作參數(shù)顯示，運(yùn)行過(guò)程中的數(shù)據(jù)提取和監(jiān)視數(shù)據(jù)來(lái)進(jìn)行存儲(chǔ)記憶等。

礦井提升機(jī)中所包含的傳感器類型很多，溫度，位移，速度，振動(dòng)，加速度傳感器等。這些傳感器的安裝位置和條件要求也較為嚴(yán)謹(jǐn)：首先是要遠(yuǎn)離影響設(shè)備運(yùn)行的環(huán)境的位置，另外還要距離軸承，并且機(jī)械設(shè)備相對(duì)敏感的位置，另外還要考慮到與故障點(diǎn)的距離，并且承載能力良好。

圖3 提升機(jī)各種傳感器實(shí)際布設(shè)位置圖

礦井提升機(jī)傳感器的具體安裝要求如下：八個(gè)位移傳感器，八個(gè)壓力傳感器，十二個(gè)溫度傳感器和十二個(gè)振動(dòng)傳感器，安裝在位置十七和二十處的傳感器類型為振動(dòng)和溫度傳感器。安裝在位置十至十三的傳感器類型為壓力和溫度傳感器；安裝在位置十八、十九號(hào)的傳感器的類型主要是位移傳感器和壓力傳感器。

診斷系統(tǒng)常見(jiàn)的內(nèi)部構(gòu)件有：監(jiān)視中心主機(jī)，信號(hào)接收器，各種傳感器等，所包含的功能有：收集數(shù)據(jù)并進(jìn)行存檔記憶。布置傳感器的性能在于，可以監(jiān)視電梯故障的位置和運(yùn)行狀態(tài)，找出故障并加以解決，來(lái)實(shí)現(xiàn)提升機(jī)的系統(tǒng)的穩(wěn)定。

3.結(jié)語(yǔ)

本研究通過(guò)以礦井提升機(jī)IKMD-2.8x4（3）E為例，來(lái)具體分析礦井提升機(jī)齒輪箱，電機(jī)和輥軸的故障類型，以及該故障常見(jiàn)的一些特點(diǎn)和出現(xiàn)的原因，優(yōu)化設(shè)計(jì)了故障診斷系統(tǒng)來(lái)對(duì)礦井提升機(jī)性能進(jìn)行改進(jìn)。同時(shí)也對(duì)這個(gè)機(jī)械故障診斷系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)，組成，具體工作原理及應(yīng)用進(jìn)行詳細(xì)說(shuō)明，經(jīng)試驗(yàn)發(fā)現(xiàn)具有明顯參考價(jià)值，值得推廣借鑒。