煤礦井下車輛空壓機故障原因解析

侯衛(wèi)紅

摘要：在煤礦井下作業(yè)過程中機械設備性能優(yōu)劣直接影響到煤礦井下作業(yè)人員的安全。因此，為了能夠保障煤礦井下作業(yè)人員的安全需要做好煤礦井下設備的生產(chǎn)管理和故障維修工作。煤礦井下車輛主要用于輔助材料、人員的運輸，是煤礦運輸?shù)闹匾M成部分，空壓機是重要零部件。文章以此為基本研究對象，在闡述煤礦井下車輛空壓機故障和故障出現(xiàn)原因的基礎上，就如何防范煤礦井下車輛空壓機故障問題進行探究。

Abstract： In the process of underground coal mine operation， the performance of machinery and equipment directly affects the safety of underground coal mine operators. Therefore， in order to ensure the safety of underground coal mine operators， it is necessary to do well the production management and fault maintenance of underground coal mine equipment. Underground coal mine vehicles are mainly used to assist the transport of materials and personnel， is an important part of coal mine transport， air compressor is an important part. Taking this as the basic research object， on the basis of elaborating the fault of the underground coal mine vehicle air compressor and the causes of the fault， this paper explores how to prevent the fault of the underground coal mine vehicle air compressor.

關鍵詞：煤礦;井下車輛;空壓機;故障;原因

Key words： coal mine;underground vehicles;air compressor;fault;why

中圖分類號：TE931? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? 文獻標識碼：A? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? 文章編號：1674-957X（2021）06-0099-02

0? 引言

現(xiàn)階段煤礦防爆車輛發(fā)動機多以氣啟動為主，發(fā)動機運轉的時候空壓機會將高壓氣體輸送到儲氣罐中，儲氣罐中的高壓空氣會通過氣路控制系統(tǒng)啟動氣馬達啟動防爆車輛，空壓機是壓縮空氣的制造裝置，也是煤礦井下防爆車輛的重要零部件，屬于工業(yè)現(xiàn)代化的基礎產(chǎn)品?？諌簷C的構成主要包含氣路循環(huán)系統(tǒng)、油路循環(huán)系統(tǒng)、配電系統(tǒng)和控制系統(tǒng)這四個部分，在長時間運作的過程中不可避免的會出現(xiàn)故障問題，如果這些故障問題得不到及時的解決就會引發(fā)煤礦生產(chǎn)故障。文章在總結空壓機常見運行故障的基礎上，就如何防范空壓機運行故障，規(guī)范煤礦企業(yè)的安全生產(chǎn)進行策略分析。

1? 煤礦井下車輛空壓機的原理和基本結構

發(fā)動機曲軸齒輪在通過中間齒輪之后會帶動空氣壓縮機的曲軸旋轉，曲柄連桿機構在旋轉的過程會驅(qū)動活塞，使得活塞在氣缸內(nèi)部上下運動。在活塞從上面停止點向下面停止點運動的時候活塞在向下移動的時候會使得空氣容積比較大，這個時候氣缸的壓力會低于外界的壓力數(shù)值，外界空氣在經(jīng)過空氣過濾器、進氣管道、吸氣缸之后會進入到氣缸中?；钊谙蛳乱苿舆_到下面停止點的時候，吸氣閥門關閉，活塞擠壓空氣，氣缸內(nèi)部的空氣會被壓縮，汽缸內(nèi)部的空氣壓力和溫度會提升，在空氣壓力達到一定數(shù)值的時候排氣閥膜片會被頂開，壓縮空氣會通過管路進入到儲氣罐中，由此為發(fā)動機的啟動提供重要支持。防爆車輛空壓機在反復工作的過程中會向儲氣罐內(nèi)部輸送高壓空氣，儲氣管內(nèi)設置了壓力閥，在空氣達到一定壓力之后高壓空氣會借助壓力閥將氣體釋放到大氣中。

空壓機類型眾多，從壓縮空氣形式上常見的分為活塞空壓機、螺桿空壓機、離心空壓機。從供氣控制方式上一般都是采用加載、卸載的控制方式，控制操作簡單，但是能耗高，在使用的過程中會出現(xiàn)進氣閥損害、氣體供應壓力不穩(wěn)定等問題。從工作原理上具體可以劃分為容積類型的空壓機和速度類型的空壓機。

2? 煤礦井下車輛空壓機故障原因

2.1 排氣量不足問題

第一，進氣濾清器故障。在污垢積累過多時會降低排氣量，加上吸氣管太長、管徑太小，會出現(xiàn)因為吸氣阻力增大影響氣量的現(xiàn)象，為了杜絕整個現(xiàn)象需要相關人員定期清洗濾清器。第二，壓縮機轉動速度降低引起的排氣量減少問題。空壓機排氣量是按照一定海拔高度、吸氣溫度、濕度進行設計的，在以上標準超過規(guī)定顯示的時候吸氣壓力降低，排氣量減少。第三，氣缸、活塞破損的情況下會出現(xiàn)泄漏問題，最終降低排氣量。第四，填料函在密封不嚴謹?shù)那闆r下會降低氣體排放量。第四，壓縮機吸氣、排氣閥出現(xiàn)故障的時候也會影響排氣量。

2.2 排氣溫度不正常的問題

一般情況下，影響排氣溫度的因素有進氣溫度、壓力比、壓縮指數(shù)。實際導致吸氣溫度高的因素包含中間冷卻效率低下、中冷器內(nèi)部污垢過多引起散熱、氣閥漏氣、活塞環(huán)漏氣。這些問題的出現(xiàn)不僅會影響排氣溫度，而且還會使得級間的壓力出現(xiàn)變化。

壓縮機排出的氣量在額定壓力下不能滿足使用者的流量要求，則排氣壓力必然要降低，而出現(xiàn)這一問題的本質(zhì)是排氣量無法滿足使用者的基本需要。對于一些排氣量比較大的機械，影響級間壓力不正常的因素是氣閥漏氣或者活塞環(huán)磨損出現(xiàn)的漏氣。

2.3 其他原因

第一，曲軸斷裂。過渡圓角比較小，在實施熱處理的時候圓角位置沒有得到處理，在交界的位置上會出現(xiàn)應力集中的問題。圓角加工不規(guī)范會使得其局部斷裂面變大，在超期運轉的情況下會引發(fā)空壓機故障。第二，連桿斷裂。連桿斷裂包含連桿螺釘?shù)臄嗔?、螺釘頭和螺母接觸不良引起的斷裂、接觸點斷裂距離超過圓周的八分之一。第三， 活塞桿斷裂。活塞桿斷裂部位和十字連接螺紋產(chǎn)生連接，加上設計疏漏會加劇斷裂問題的發(fā)生。

3? 煤礦井下車輛空壓機故障的預防對策

3.1 借助先進的編程控制技術對空壓機實施自動巡回檢測

在社會經(jīng)濟和科技的發(fā)展支持下空氣壓縮機控制系統(tǒng)研發(fā)取得了突破性的進步，針對以往空壓機可靠性差、維護操作難、不容易監(jiān)督控制的問題研究出了基于可編程控制器的通用控制裝置。在這個裝置的作用下會將傳統(tǒng)意義上的繼電器控制技術、計算機控制技術、移動通信技術融合在一起，從而使得空壓機的使用操作更加靈活、方便、可靠。近幾年，伴隨可編程控制器研發(fā)的成熟，越來越多的控制器設備都開始使用PLC替代傳統(tǒng)的繼電器，有效提升了煤礦生產(chǎn)水平。

可編程控制器是空壓機故障檢測系統(tǒng)的核心器械，通過檢測儀器來對PLC提供集中性的監(jiān)控信號，主要監(jiān)控的信號參數(shù)包含空壓機高低壓缸的溫度、潤滑油溫度、電動機溫度、風包溫度、出水溫度、高低壓氣缸的壓力、風包壓力、潤滑油壓力等?；赑LC的操作控制原理是在啟動主機之前將水源電磁閥和放空電磁閥打開，在冷卻水壓和數(shù)值達到規(guī)定要求之后啟動空壓機，并延時關閉放空電磁閥，實現(xiàn)空壓機的穩(wěn)定運行。在啟動空壓機的時候允許在低油壓的狀態(tài)下啟動，在啟動完成一段時間之后還需要對油壓進行監(jiān)督控制。在停機的時候按下復位按鈕，將放空電磁閥打開，延時30s之后切斷主要電源，實現(xiàn)空壓機的停機。

3.2 基于MCGS組態(tài)軟件的空壓機動態(tài)監(jiān)測

借助MCGS組態(tài)軟件能夠?qū)崿F(xiàn)對空壓機運行動態(tài)的實時性監(jiān)測，且能夠達到理想的監(jiān)測效果。整個系統(tǒng)主要由上位機、打印機、傳感器、變送器、電磁閥門組成，按照空壓機的基本控制流程要求借助PLC完成對每臺空壓機的手動控制，傳感器和變動器會將空壓機的壓力、溫度、流量以及電力運行參數(shù)模擬轉變?yōu)闃藴市盘?，而后傳遞到智能儀表中，在智能儀表的作用下完成對多個線路信號的實施監(jiān)督報警，在之后借助RS485通信模塊將測量的信息傳送到上位機，上位機將空壓機的系統(tǒng)信息傳遞到監(jiān)控界面。

整個監(jiān)控系統(tǒng)會根據(jù)操作人員的不同來為其設定不同的使用權限，確保空壓機動態(tài)監(jiān)測系統(tǒng)穩(wěn)定運轉，保障系統(tǒng)的安全性和有效性。在MCGS組件的作用下還會對空壓機的運行參數(shù)進行實時性的監(jiān)督控制，將一系列的流量參數(shù)、溫度參數(shù)、熱量參數(shù)、壓力參數(shù)等體現(xiàn)在同一個畫面上，實現(xiàn)對空壓機系統(tǒng)的實時性監(jiān)督控制。

3.3 借助變頻調(diào)速技術實現(xiàn)對空壓機的控制

空壓機容量的確定參考了最大排氣量設備，但是在實際使用中用氣設備的氣體消耗量是經(jīng)常變化的，在氣體消耗量低于壓縮空氣站排氣量的時候就需要對空氣壓縮機進行控制，目的是減少排氣量，使其能夠充分使用適應氣體消耗量。

活塞空氣壓縮機的啟停擁有嚴格的規(guī)范標準，是不允許頻繁操作的，在使用的過程中為了能夠滿足井下用氣量的變化，要求調(diào)度人員能夠根據(jù)井下用氣量的時間變化特點將一天分為幾個時段來用氣，在規(guī)定的時間段內(nèi)空壓機不能夠隨意打開或者關閉。

現(xiàn)階段煤礦設備變頻控制類型包含同步電機直接高壓變頻器和異步電機三電平高壓變頻器兩個類型，前者具體劃分為兩個控制模式，一個是他控變頻調(diào)速系統(tǒng)模式，另外一個是自控變頻調(diào)速系統(tǒng)。他控變頻調(diào)速系統(tǒng)裝置所使用的變頻裝置是獨立的，輸出頻率由速度給定信號決定。自控變頻調(diào)速系統(tǒng)會使得同步機有效避免出現(xiàn)失步和振蕩的問題。

同步電機直接高壓變頻調(diào)速裝置采用了交流、直流和交流融合的變頻調(diào)速控制模式，具體由變頻器、同步電機、轉子位置檢測器共同組成。在系統(tǒng)運作的時候利用同步電機反電勢能夠及時關閉逆變器的晶閘管。

3.4 借助傳感器設備預測和分析排查空氣壓縮機軸承的失效故障

空氣壓縮機軸承失效、斷裂是比較常見的故障類型，在國內(nèi)，離線監(jiān)測是系統(tǒng)狀態(tài)監(jiān)測中針對一般性旋轉設備所使用的技術形式，這類計數(shù)在一般性的故障設備診斷和檢測中能夠及時準確的判斷設備的運行故障類型、故障程度，但是對于空壓機這類具有高壓力的設備故障往往很難發(fā)現(xiàn)和預測評估，最終會威脅到整個空壓機的運作。

一般情況下，軸承保持架在設備運轉的時候不是受力的部件，但是在設備的工況發(fā)生變化或者頻繁加載卸載的時候，存在缺陷的軸承會在附加荷載的反復作用下慢慢擴大缺陷，繼而引發(fā)橫筋斷裂的問題。為了能夠有效解決這些問題可以在離線監(jiān)測系統(tǒng)上額外安裝溫度傳感器和振動傳感器，并在其內(nèi)部設置溫度報警裝置和振動報警裝置，在出現(xiàn)溫度報警和振動報警的時候及時安排人員到現(xiàn)場測試分析，及時發(fā)現(xiàn)和解決空壓機的故障。

4? 結束語

綜上所述，空壓機的選擇深刻關系到礦山企業(yè)的生產(chǎn)建設，因此，為了確保礦山的安全生產(chǎn)，需要在煤礦企業(yè)生產(chǎn)加工的過程中選擇符合工藝要求的空壓機，文章結合煤礦生產(chǎn)實際情況，就幾種常見的煤礦井下車輛空壓機故障類型進行了分析，并立足實際提出了解決煤礦井下車輛空壓機故障的對策，旨在能夠為煤礦企業(yè)的安全生產(chǎn)提供重要支持。

參考文獻：

[1]邊疆，夏國強.地鐵車輛段內(nèi)燃調(diào)車機車空壓機“拉缸”事件的典型故障分析及相關問題探討[J].科技信息，2014（006）：245，248.

[2]楊建勇.煤礦井下車輛空壓機故障原因探討[J].煤礦機械， 2019（3）.

[3]李詩華.空壓機保護與智能診斷系統(tǒng)的研究[D].同濟大學， 2008.

[4]劉永梅.預防煤礦空氣壓縮機常見事故的新途徑[J].甘肅科技縱橫，2009，38（004）：60-62.

[5]蘇春魁.探討翠屏山煤礦地面空壓機遠程自動監(jiān)控系統(tǒng)[J]. 大科技，2012.

[6]李澤瑜.煤礦空壓機遠程監(jiān)測與預警系統(tǒng)研究[D].2014.

[7]蘭奇.煤礦空壓機常見故障與風險評價[J].陜西煤炭， 2019，38（06）：114-116，128.

[8]周廣宇.空壓機儲氣罐燃燒事故原因分析及預防措施[J]. 礦山機械，2005，033（012）：105-106.