煤礦機械軸承失效分析方法及預防措施

袁雙喜

（山西煤炭進出口集團煤業管理有限公司，山西太原030006）

引言

軸承是煤礦井下設備運用頻率較高的基本元件，其磨損及失效方法的分析對于維護軸承類機械、促進安全、高效生產有著重要作用，因此機械軸承的失效分析及其預防策略的研究一直以來都是學術界和煤礦企業不斷研究和探討的重要問題。

1 機械軸承磨損狀況

在煤礦生產機械設備中，大多數機械設備都有滑動或者滾動軸承的存在，面對井下復雜的工作環境，軸承的磨損和失效幾率也大大增加。根據統一的軸承間隙值（如表1所示），一旦軸承超過了規定的間隙值，就意味著該軸承已經失效和報廢，如果不能及時對該軸承進行維修和更換，將會造成其他部件的損壞，進而影響整個機械設備的正常運行。

表1 不同型號軸承失效的間隙值標準mm

從上表可以看出，機械設備軸承類失效有著明確的間隙標準，超過對應的間隙標準即為該軸承元件失效，如果不能及時更換或維修將會對整體機械設備產生損傷。而煤礦井下軸承元件的磨損程度和速度與井下環境有著較大的聯系，雖然機械設備的軸承在當前科學技術允許的范圍內已經使用了較高硬度的材質制造，但是面對煤礦開采過程中的各類碎石等礦物質，機械設備軸承磨損的速度依然較快，需要不斷的維護和更換。

2 機械軸承磨損失效分析方法

2.1 宏觀分析法

宏觀分析法，即對失效或者故障軸承進行觀察、測量，初步判定失效軸承的缺陷及損壞部位，以便為微觀分析提供方向和突破點。宏觀分析主要是對軸承的大小、內外徑、形狀、是否規則以及軸承的失效特征進行觀察和分析，包括外形和尺寸的測量、間隙的變化、是否腐蝕、是否膠合、是否開裂、磨損情況、表面溫度、軸承損傷情況等方面。通過宏觀分析的方法可以初步斷定軸承的失效原因，但大多數情況下還要以微觀分析做配合。

2.2 微觀分析法

微觀分析即通過顯微鏡、光學金相分析等方式，對失效軸承的組織結構變化以及損傷部位進行精確定位，分析失效軸承損傷的原因，包括軸承材質的疲勞度、承壓度、裂紋源等方面。還包括軸承材質是否符合相關部門規定，是否適用于煤礦井下機械，軸承零件的熱處理是否符合要求以及裂紋大小、斷口情況、基本硬度、碳化情況、溫度、加工工藝等，對造成軸承失效的原因進行定性分析。

2.3 資料分析法

資料分析法主要是通過對煤礦機械設備在正常運行以及異常運行狀態下的資料說明情況進行掌握，通過具體的說明材料來判定機械設備是否出現故障以及如何維護和修理。如設備零件的基本結構、性能、零件作用、零件的加工材料、加工工藝以及使用壽命、受力情況等多方面的資料信息進行分析和整理，根據機械設備運行日志記錄對軸承失效情況進行綜合分析和處理。

2.4 碎屑分析法

軸承類零部件出現失效的原因大多是由磨損所導致的，因此對軸承磨損碎屑的分析有助于找出軸承失效的原因及線索。碎屑分析法是通過對失效軸承周圍的磨損碎屑進行收集和整理，分析軸承在運行和使用過程中的化學和物理作用，有助于分析軸承工作環境的具體情況，便于找出影響軸承正常運行的因素。

2.5 表層分析法

表層分析法即對失效軸承的表明組織情況進行分析，通過分析得出軸承工作運行狀態下的磨損原因。由于軸承類零部件大多處于旋轉狀態，在高速運轉的軸承使用中，磨損情況主要分為兩種，一是高速運轉軸承表面存在金屬固化物質；二是高速運轉的軸承在處于高溫狀態下有結晶和軟化的特征，因此根據對失效軸承表層結構和特征的分析可以對軸承腐蝕、高溫、磨損等情況進行定性。

3 機械軸承抗磨損預防措施

3.1 創新煤礦機械軸承生產工藝

煤礦設備以及軸承類元件的設計工藝與生產質量直接關系著設備在煤礦運行中的穩定性和安全性，因此先進的煤礦機械軸承設計和生產工藝對于煤礦機械軸承的使用有著巨大作用。通過對煤礦機械類設備特別是軸承類零部件的設計、生產工藝進行積極創新和研發，不斷學習和引進國內外先進的加工工藝和制造技術，提高產品的使用性能，達到預防磨損、延長軸承使用壽命的作用[1]。

3.2 加強對機械軸承的維護保養

任何機械設備壽命的延長和性能的提高都是需要通過加強維護與管理的方式來實現的，煤礦機械設備軸承也不例外，因此加強軸承的維護保養工作十分必要[2]。煤礦工作人員需要根據井下不同的工作環境和煤層的具體情況，建立規范、嚴格的設備維護與保養規范，同時從設備的采購到更換安裝、調試使用，都要建立一整套嚴格的管理與維護制度，遵循煤礦機械設備的磨損與損壞規律，及時維護和保養，高度重視設備潤滑管理及裝配調試工作。

3.3 強化對維護管理人員的培訓

煤炭行業是我國經濟發展的重要支撐行業，也是一個勞動及其密集的產業，由于煤炭開采工作環境差、勞動強度大，因此人員的招募門檻也相對較低，尤其是井下一線操作人員文化素質普遍較低。而隨著機械化、自動化技術的普遍應用，人員素質與機械普及效率形成較大的矛盾，因此現階段加強對煤礦機械操作、維護管理人員的專業培訓是提高煤礦機械設備以及軸承類零件維護、保養與管理的重要途徑。

3.4 嚴控煤礦機械軸承的采購關

軸承在機械領域內的應用十分廣泛，針對不同的操作設備有不同型號與質量的軸承。煤礦設備屬于高強度、高精度運行的設備，因此在軸承的采購方面需要嚴格把控軸承質量，采購人員應熟練掌握各類煤礦機械設備的工作原理和方式，熟悉各類機械所配套的軸承型號和質量，從設備采購源頭把控質量，預防使用中出現異常磨損、意外損壞等現象[3]。

4 結語

煤礦機械軸承的失效及報廢主要是由于煤礦井下操作環境的復雜性、機械設備的自然磨損以及化學反應等方面的原因造成的，對于軸承失效的分析可通過資料分析法、宏觀分析法、微觀分析法以及碎屑分析法、表層分析法等方法，找出軸承失效的原因，改善和避免此類失效現象的發生。而預防軸承失效不僅要從既發情況的診斷來預防，還需要通過軸承的加工工藝、軸承的采購以及軸承的管理與維護等方面進行。

[1]謝泳.煤礦機械磨損失效分析方法和抗磨措施[J].潤滑與密封，2015（9）：81-82.

[2]李忠貞.煤礦機械磨損失效分析方法與抗磨措施[J].煤礦現代化，2017（6）：43-44.

[3]王龍峰.煤礦機械磨損失效分析方法和抗磨措施淺探[J].機械管理開發，2017（4）：117-118.