采煤機搖臂齒輪箱故障診斷技術與預防研究

張 偉

（陽煤集團平舒煤業有限公司， 山西 壽陽 045400）

引言

搖臂齒輪箱是采煤機的一個重要構件，據統計，搖臂齒輪箱故障發生率接近采煤機故障總量的35%。分析搖臂結構故障并合理選用診斷方法以及降低搖臂齒輪箱故障率是保障煤礦作業生產的一個重要環節。

1 采煤機結構與工作原理簡述

采煤機組成部分主要分為三大模塊：截割部、牽引部和電氣部。其中采煤機截割部通常分為電機、滾筒、搖臂齒輪箱以及滾筒調高裝置幾個部件；電氣部主要是電氣箱，其結構分為動力裝置、狀態欄、牽引調速、故障診斷以及保護裝置等幾個模塊；牽引部則分為行走結構和牽引部齒輪箱兩個部分；此外還包括導向裝置、操縱桿以及駕駛室等相關結構。采煤機工作原理如下：由截齒滾筒旋轉并且在輸送機牽引動作下完成采煤動作，搖臂齒輪箱主要傳遞動力驅動滾筒，滾筒完成裝落煤動作，牽引部電機驅動齒輪咬合系統，確保行走與滾筒連續切割，滾筒葉上切割下來的煤塊被運至溜槽內。典型的電牽引雙滾筒采煤機結構，分為截割部、電動機、牽引部以及相關輔助裝置[1]。

采煤機搖臂齒輪箱減速為四級減速系統，包括直齒輪減速與行星輪減速兩種減速機構，直齒減速機構為前兩組減速系統，行星齒輪減速則為后兩組減速系統。

2 采煤機搖臂齒輪箱故障診斷方法

1）觀察法。觀察法即觀察外表結構來分析搖臂齒輪箱故障情況，主要是正常運行狀態下和故障狀態下的尺寸、凹凸情況與完好程度等等。就不同時期所攝照片予以細致對比觀察，找出故障前后的差異，明確故障原因。技術人員還可對齒輪箱零部件實施精確測量，判斷其大小和性狀有無異常變化，或者提取相應部件，用高倍顯微鏡放大觀察一些肉眼難以判斷的問題，以此來完成故障診斷工作。

2）資料分析法。資料分析診斷是煤礦機械診斷的重要方法，采煤機是煤礦生產中的一種大型機械，作業人員必須記錄采煤機參數、工作以及保養情況，掌握采煤機使用規范。我們可以通過工作原理進行分析，評估搖臂齒輪箱不同部件的結構、作用、材料、運轉時長以及受力情況，有針對性地篩查重點，最終發現問題所在。也可結合往期故障記錄，采用類比分析的方法判明故障。這就要求檢修人員每次完成檢修工作后都要保存相應的保養維修記錄，妥善保管資料以供下次檢修時參考[2]。

3）振動分析法。一般來說，振動分析法主要是判斷齒輪工作狀態有無異常的一種建議分析，也可用于精密診斷在工作狀態出現異常的齒輪部件并采取相應處理。常用的振動分析法如噪聲診斷法、振平值診斷法以及沖擊脈沖診斷法等等。技術人員首先應了解設備結構和運行工況，結合設備維修檔案選擇振動分析方案，根據測試工況、振動方向、數據類型、信號檢測類型等數據找出引起振動的部位和原因，最后得出結論。

3 采煤機搖臂齒輪箱發生故障的主要原因

3.1 微觀因素

1）高速區齒輪出現故障的原因?？偨Y以往經驗，高速區齒輪出現故障的情況通常是在傳動中，受井下作業環境惡劣、承受外力沖擊較為激烈等因素的影響，搖臂齒輪箱潤滑部分經常會出現漏油等現象，嚙合齒面之間的油膜受到損壞，這種情況下齒輪齒面受外力影響產生直接接觸，即便焊合也會出現相對運動，齒面上的金屬層逐漸刮擦滑落，齒輪也受到嚴重磨損，進而出現較為明顯的噪聲和抖動。磨損嚴重時維修人員通常需要對齒輪箱軸承與齒輪全部更換處理。

2）低速區故障原因。搖臂齒輪箱負荷過大，或受到沖擊較為嚴重時，就會引起低速區齒輪故障。首先會導致星輪過載，可引起瞬間斷齒、內齒圈疲勞點蝕以及裂紋等現象，同時也會引起大軸承磨損或者剝落等故障，導致行星輪系齒輪軸承出現故障。同時，浮動密封出現疲勞摩擦劃傷也會導致搖臂齒輪箱故障。潤滑油變質、防塵、防水、防漏工作不到位均會導致浮動密封故障，需要檢修人員重視[3]。

3.2 宏觀因素

1）作業環境較差。煤礦采掘以及初步加工操作大部分是在井下完成，井下作業環境復雜，灰塵、礦石以及煤屑散落。很多粉塵雜質在煤礦機械作業過程中滲入軸承，導致軸承磨損速度加快，有較大幾率引起齒輪箱故障。除此之外，煤礦采掘是長期作業，采煤機常年在礦井下運作，容易受潮濕水汽侵蝕，使用壽命均有不同程度縮短，這也是引起采煤機搖臂齒輪箱故障的一個重要原因。

2）作業時間過長。機器和人一樣，也需要保養和休息。煤礦作業中，工作人員可以通過輪班制得到休息，而采煤機則始終保持運轉狀態，這就很有可能導致設備過度使用的問題。研究表明，持續工作狀態下采煤機效用函數直線下降，齒輪發熱摩擦有可能導致齒輪斷裂，對鋼鐵韌性有很大的影響，也會對齒輪箱壽命造成較為嚴重的沖擊[4]。

3）維護難度較高。齒輪箱維護工作直接影響機械使用年限，更是保障正常生產的一項必要工作。但現階段國內維護技術水平不高，難以保障煤炭生產技術需求，為滿足煤礦正常作業，停機時間往往比較短，而且采煤機工作時間比較長，難以集中時間開展維修保研工作。從現狀來看，國內煤礦機械設備維修水平仍需提高。

4 采煤機搖臂齒輪箱故障的預防措施

1）優化設計水平。齒輪箱故障容易受工作強度以及作業環境的影響，也與結構設計因素以及制造水平有密切關聯。要想保障齒輪箱質量，減少故障發生，必須對其工作原理有所了解，重視齒輪咬合情況?？紤]到機械自身物理反應，技術人員一般可經由亞表層采集相關信息并加以分析，著眼于易發故障部位，不斷優化設計水平，改進用材用料，完善制作工藝，強化齒輪箱結構穩定性以及應用耐久性。

2）根據實際情況選用制造材料。在選擇搖臂齒輪箱用材時，既要考慮材料質量，又要遵循經濟實用性原則。設計人員要從上述要求出發，結合實踐經驗、分析數據與及其特點，合理選擇相關材料。除了材質的剛性和韌性以外，也要合理選用機油，保障齒輪箱密閉性[5]。

3）規范操作與維護。合理規劃機械作業時間，適當調控工作強度，減小齒輪負荷，盡量延長使用年限。為了預防齒輪磨損故障，檢修人員應深入研究和分析相關診斷方法，針對性地制訂保障與維修策略，延長齒輪箱壽命，確保采煤機正常運轉。

5 結語

搖臂齒輪箱故障直接影響采煤機作業，影響煤炭生產效率，檢修人員應對其工作原理進行充分的了解，不斷積累檢修實踐經驗，有效預防并及時排查齒輪箱故障，為煤礦作業生產提供必要保障。

[1] 李力，倪松松.基于改進小波去噪預處理和EEMD的采煤機齒輪箱故障診斷[J].中南大學學報（自然科學版），2016，47（10）：3 394-3 400.

[2] 郭順.采煤機軸承故障與采煤機現場管理思路構架[J].城市建設理論研究，2015（34）：4 308-4 309.

[3] 徐丹，謝友浩，劉后廣，等.基于ADAMS的大功率采煤機高速區齒輪裂紋故障分析[J].制造業自動化，2015（2）：92-95.

[4] 郝尚清，龐新宇，王雪松，等.基于盲源分離的采煤機搖臂軸承故障診斷方法[J].煤炭學報，2015，40（11）：2 509-2 513.

[5] 焦磊.鎮城底煤礦采煤機故障原因分析及保障措施[J].煤礦現代化，2017（2）：105-106.

（編輯：王慧芳）