采煤機故障診斷分析

史景偉

摘要：采煤機工作環境惡劣且結構復雜，涉及機械、電氣、液壓等。采煤機在煤礦工程中占據舉足輕重的作用，若在工作中出現故障必然會影響工程進程，造成損失。對此需盡量及早發現故障并進行解決。文章主要針對采煤機機械及電氣方面的故障進行闡述，研究其診斷方法。

關鍵詞：采煤機；故障診斷；電氣系統

中圖分類號：TD421 文獻標識碼：A 文章編號：1009-2374（2014）09-0086-03

采煤機在煤炭企業中占據重要地位，在很大程度上決定著工程效益，其工作環境惡劣，存在煤塵、水霧等污染源，且工作時受到的沖擊很大。即使采取防范措施，采煤機也很容易受污染，加大磨損程度，減小其使用壽命，嚴重影響正常生產。所以為確保采煤機可靠性，提高生產效率，需要建立一套完整的故障診斷系統，診斷和預防故障的發生。監控采煤機運行狀態，排除隱患，降低損失。

1 典型采煤機系統介紹

采煤機主要保羅鋸削式、刨削式、鉆削式和銑削式四種類型，本文以MG132/320-WD型交流電牽引采煤機系統為例對采煤機結構進行簡要的介紹，以給讀者一個形象的整體印象。該采煤機中等功率。其工作面主要特點為厚度1.5～2.86m、煤層傾角<35°、煤質中硬、頂板中等穩定、底板起伏不大。整體結構為多部電機橫向布置，計算機控制。

1.1 機械部分

該采煤機采用積木式組合結構，多電機橫向布置、多點驅動；調速系統采用機載“一拖二”交流變頻調速型式；牽引驅動采用擺線輪—銷排型式；液壓系統采用雙聯齒輪泵；電控系統采用工業控制計算機結合PLC。牽引部分為左、右牽引部，為完全對稱結構；截割機構主要組成部分有截割電動機、搖臂減速箱、內外噴霧系統和割煤滾筒等；行走部采用開放的殼體外面蓋上大蓋板結構；液壓系統原理由調高泵站、液壓管路系統、調高油缸和液壓制動器等組成；主要包括兩部分：調高回路、控制和制動回路。

1.2 電氣部分

該采煤機用隔爆兼本質安全型電控箱裝載著電牽引采煤機的電控系統。電控系統由主回路、主控系統、交流變頻調速系統等組成。

主回路主要是由隔離開關、真空接觸器、截割電機和泵電機等組成的高壓回路。

主控系統由工控機、PLC主控器、操作站、遙控器元件組成。操作站部分通過串行通信方式把數據傳給PLC主控器。變頻調速系統由一臺中壓變頻器和兩臺牽引電機組成。

2 采煤機故障分析及診斷方法

2.1 常見故障機診斷方法分析

（1）機械系統故障：

故障分析：故障主要包括：部件聯接不穩固，導致載荷分布情況改變，部分部件因受力過大而損傷或斷裂；齒輪傳動系統和聯接處出現像磨損、疲勞破壞或過載損壞等問題。通常這些問題均會導致機件升溫。其他因素如制造工藝、安裝質量、使用方法等因素也會導致這方面的故障。

診斷方法：機械系統占據采煤機的主要結構，所以該部分出現故障對企業生產有較大影響，故障診斷十分重要。診斷具體方法很多，例如溫度監測診斷、振動診斷法、噪聲診斷法、油液分析法等。目前最常用的屬溫度監測診斷方法，該方法對設備狀態的監測準確且靈敏。因為通常若某部分部件出現機械故障，由于受力改變會導致磨損速率也會隨之改變，雖然采用油液分析法或磨損判定法也能診斷，但時間較長，溫度判別最快，且效果甚佳。筆者根據多年工作經驗認為采用定點在線溫度監測診斷采煤機效果很好，能夠直觀迅速地反映設備運行狀態，且準確度很高。

（2）軸承故障：

故障分析：一般軸承故障的原因包括：在負載過大或者負載不均的情況下，牽引行走鏈輪的支承軸承出現磨損或滾動體碎裂情況十分普遍，進一步會對鏈輪及與其相嚙合的一些部件產生連鎖損害。采煤機潤滑不夠好，在搖臂頻繁升降的情況下，很多傳動軸會承受很大作用力且不均勻，此時也容易出現故障。另外，軸承出現故障也可能由于采煤機潤滑系統被污染導致潤滑條件很差或者由于安裝軸承的質量不過關，在荷載較大的情況下，配合軸承的軸和支承座會產生形狀畸變所致。當然，軸承的設計制造工藝和自身材質等因素，會對其使用壽命和工作穩定性產生直接影響。

診斷方法：通常對于機械傳動系統，為監測其運行狀態，需要在線對軸承溫度以及傳動箱油溫和油位進行連續監測，將歷史記錄保存下來，通過計算機對變化曲線或圖形進行分析，并推測數據的發展趨勢，結合經驗分析未來出現故障的可能性。與此同時，可以定期進行油樣診斷分析，確保故障發現的及時性和前瞻性。

（3）電氣系統故障：

故障分析：礦井中，非常容易出現斷路情況，影響設備的正常工作。通常導致設備斷電的原因主要包括：由于設備長時間工作帶來的持續振動或接點、觸頭氧化引起線路接觸不良，尤其是插座、接頭等處；線路或零部件內部斷開；采煤機工作現場干擾太多，無有效的屏蔽手段；設備磨損、老化。

診斷方法：診斷采煤機電氣系統故障，首先應查閱該機故障指示，也可通過搖測電阻來診斷，具體診斷方法與普通電氣系統診斷基本相同，可借助參考。

（4）液壓系統故障

故障分析：通常采煤機的液壓系統裝配了自動調速、過載保護等裝置，但采煤機出現故障概率最大的部分也是液壓系統。液壓系統的很多故障具有一定的隱蔽性，只是由于故障表現和部件位置或相互之間的關系十分復雜導致的。礦井里污染大，光線也不好，通過拆卸液壓系統來檢查故障不是個理想的方案，以免使系統受污染。而污染也是導致液壓系統出現故障最大的導致因素，由于液壓系統密封性等因素，如果油液中含有雜質，就會導致泵和液壓馬達磨損嚴重，甚至引起泄露，進一步導致系統流量不足、升溫降壓。這是因為如冷卻水流量不夠或斷水、油位過高或過低、油液內有雜質，熱交換系統或補油回路油量不足就會引起牽引部溫度過高。另外，調高泵的運轉蹩勁引起截割部發熱。油路故障、注油回路故障及所有安全閥故障會造成采煤機不牽引。此外，液壓系統控制閥也會因污染而降低靈敏度或失靈，導致系統壓力、流量變化很不穩定，進而引起

故障。

診斷方法：檢查液壓系統各個部件的溫度、壓力或流量。根據壓系統各部分的功能、元件的位置分布來對溫度和壓力的在線監測點進行布置，如此，便能將溫度監測場和壓力監測場建立起來以對故障進行實時監測。故障源基本上都能夠通過這兩個監測場準確、迅速地尋找出來，并能及時得出出現故障的原因。與此同時，還可以通過油樣分析對污染狀況進行定期檢查，以在故障發生前發現隱患，采取有效措施，防微杜漸。

2.2 故障診斷注意事項

第一，在采煤機進行檢修時，必須將電源徹底斷掉。在斷除電源后，不可立即拆機檢查，還需等變頻器中間電路電容放電完畢后在進行檢查，因為電容殘留的電壓很高，會對人身安全造成威脅。

第二，通常為了便于維護工作，變頻器的所有動力線一般于前側布置，但同時卻帶來了觸電隱患，所以，即使在地面試車時，也禁止開蓋送電。

第三，注意隔離開關不能進行帶負荷通、斷操作，主要作用只是電氣隔離。

第四，一般停牽引時盡量不要急按“急停”鍵，應該優先采用操作站或遙控器的“停牽引”鍵或控制盤的“啟/停”鍵來進行操作。這是由于變頻器的直流電容器組的最大允許充電次數是5次/10min。

3 故障診斷方法發展趨勢探討

在采煤機故障診斷方法中，人工神經網絡和專家系統相結合的智能故障診斷方法由于其結合兩中方法的優勢，前景十分光明。神經網絡對淺層次的經驗推理較為實用，以數值計算為主，專家系統對深層次的邏輯推理較為實用，以符號推理為主。這兩種方法結合起來主要有3種模式分別為：以專家系統為主，以神經網絡為輔。系統的主要功能通過前者實現，而后者主要用來對規則的改善、補充等；以神經網絡為主，以專家系統為輔。作為輔助的專家系統主要有兩大功能：一是為神經網絡提供所需的預處理，二是為神經網絡提供專家解釋；并列協調式。神經網絡、專家系統相互獨立，相互協調，將二者獨立執行的某些功能進行組合，發揮二者優勢。

4 結語

在煤礦生產中，采煤機占據著不可替代的地位，是綜合機械、電子電氣、液壓傳動系統于一體的復雜系統。采煤機故障應該及早發現，若待嚴重時再處理則所消耗的人力、財力將會大大增加。所以說，采煤機故障的提前診斷具有很大意義。

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