礦井提升機減速器常見故障研究與故障樹分析

郭振華

（同煤集團煤峪口礦， 山西 大同 037003）

引言

礦井提升機是煤礦生產設備的主要四大件之一，其能否安全可靠的運行對企業效益和工人安全產生直接的影響。在礦井提升設備中，減速器是非常重要的部分，一旦發生故障會影響提升機的運行效率。因此，分析減速器的常見故障以及故障診斷有著非常重要的實踐意義。

20世紀60年代，故障樹分析法被美國的貝爾實驗室首先提出，是基于圖形演繹的邏輯分析方法。通過故障樹分析，可以比較方便、迅速、準確找到系統故障的主要原因，發現薄弱壞節，同時還可以利用數學計算來確定故障的發生概率，以此作為科學、客觀判斷故障原因、選擇故障處理方法的理論依據。

1 提升機減速器概述

目前，煤礦運行的提升機一般是三班運行，啟動、制動頻率很高，且正反向運轉。提升機啟動時，其尖峰負荷是正常運行負荷的1.5～2倍。在提升設備中，減速器的作用是把正常電機變成減速電機，增加電機的轉矩，使電機的輸出動力轉化為提升卷筒的運行轉速，增大電機所能承受的負載大小。在生產實踐中，減速器的選型往往是通過計算提升機的運行載荷來確定的，不同的提升系統可能使用不同的減速器。但是，減速器的原理基本都是相同，因此，本文對減速器進行的故障分析和故障診斷基本適用于所有設備。

2 提升機減速器常見故障分析

2.1 齒輪的損傷與失效

礦井提升機減速器損傷與失效主要包括：裂紋、斷齒、齒面疲勞、齒面損耗、膠合以及永久失效。

1）裂紋。在齒輪損傷與失效中，最常見的故障是裂紋。導致裂紋的主要有兩種：一種是齒輪在鑄造過程中就存在缺陷，可以靠提高鑄造工藝水平改善；另一種是在使用過程中外部應力大于內部抗拉能力，使得齒輪開裂，這就說明齒輪強度不合適，需要更換齒輪或者降低工作強度。

2）斷齒。齒輪的齒出現一個或多個局部斷裂的現象叫做斷齒。由于礦井提升機長時間高強度的運行，會造成齒輪與齒輪之間的不斷摩擦，導致材料強度降低。如果繼續高強度運行的話，就會出現斷齒現象，給安全生產帶來較大的隱患。因此要加強對設備的日常維檢和定期檢修，對出現問題的齒輪要及時進行更換。

3）齒面疲勞。齒輪在不斷摩擦時，會在其表面形成疲勞裂紋，而且有可能繼續發展成為較大的損傷，這種現象叫做齒面疲勞。如果在維檢中發現齒輪表面有凹凸，就要將凹凸處打磨平滑，并及時更換極壓潤滑油。

4）齒面損耗。在齒輪的損傷與失效中，最不可避免的損傷就是齒面損耗。這是由于齒輪與齒輪之間不停的滑動摩擦造成的。潤滑油在一定程度上能夠減輕摩擦產生的損耗，但是也無法完全避免。所以，即使齒輪質量很好，在長時間的使用之后，也要進行更換。如果發現齒面損耗嚴重，則需要判斷是否是生產工藝方面存在缺陷。

5）膠合。齒輪在運行過程中，如果壓力突然變大或者潤滑油質量較差，就會使得油膜在壓力作用下破裂，這種情況也會造成金屬發生直接接觸而融化粘連。此時，如果齒輪繼續運行則會使得粘連部位撕裂，損傷齒輪。這種問題需要及時更換潤滑油，并對損傷處進行打磨。

6）永久變形。如果齒輪承受的應力遠遠超過其材料極限，那么齒輪就會發生不可修復的永久變形，此時只能直接更換承載強度更高的新齒輪。

2.2 軸承的損傷與失效

在減速器故障中，有時會出現軸承損傷與失效。但是軸承的損傷一般無法用肉眼直接看出，只能通過觀察軸承的運行情況來進行判斷，比如齒輪的不規則運行、齒輪的摩擦加大等。如果要準確判斷軸承故障，則需要專業的儀器儀表來檢測軸承運行時的噪聲、溫度和聲音異常等。

2.3 潤滑油泄漏

齒輪運行時，潤滑油的使用能夠確保齒輪之間的正常咬合，并且減少摩擦產生的熱量。因此，礦井提升機減速箱內都一般裝有大量潤滑油。如果減速箱存在設計缺陷或者密封存在不嚴密問題，就會導致潤滑油泄漏。缺少潤滑的齒輪，磨損會加快加大，而且產生工作異常，比如噪音增大、溫度升高等。因此，必須確保潤滑油的密封良好。

2.4 箱體的變形

礦井提升設備工作環境惡劣，減速器在使用過程中還可能會移動位置。狹小空間內的移動可能造成箱體變形。所以，在減速器箱體吊裝的時候要盡量避免其碰撞形變。如果箱體發生了變形，則要進行安全評估，要及時維修或更換。

3 提升機減速器故障樹分析

3.1 故障樹的建立

根據前面對礦井提升機減速器的故障分析，可以建立故障樹，故障樹包括3個邏輯或門和10個底事件。其示意圖如圖1所示。圖中各代號的說明如表1所示。

圖1 煤礦提升機減速器故障樹示意圖

表1 故障樹代號與內容說明

3.2 定性分析

對圖1所示煤礦提升機減速器故障樹進行定性分析，求該故障樹的最小割集，以此判斷相關底事件對與頂事件的影響。通過簡單的布爾運算可以求得系統最小割集。通過邏輯分析，由于故障樹中每個底事件均為邏輯“或”，因此最小割集為：

從（式1）可以看出，提升機減速器故障樹的最小割集為{x1}{x2}{x3}{x4}{x5}{x6}{x7}{x8}{x9}{x10}。也就是說，故障樹分析中所有底事件均為頂事件的最小割集，那么每一個因素的出現都可能導致整個系統的故障，該系統可靠性較低。

3.3 定量計算

根據故障樹的定量計算方式，計算故障發生概率如式2所示：

即 ：P=1-（1-x1）（1-x2）（1-x3）…（1-x8）（1-x10）。

當已知系統中各因素的發生概率時，就可以通過上式求出系統可靠性。

3.4 結果說明

從故障樹定性分析得出，每個底事件都可能導致減速器故障，因此在日常維檢過程中，要對各個底事件都加強重視。只要統計出每個因素的發生概率，就可以進一步計算頂事件發生概率。

故障樹分析法可以對礦井提升機減速器進行比較客觀、科學的故障分析，并作為故障診斷、故障檢修的理論依據，具有一定的科學性和實踐性。

4 結語

通過對礦井提升機減速器進行故障分析，建立了由3個邏輯或門、10個底事件構成的故障樹。從定性分析與定量計算來看，故障樹分析法可以作為減速器故障診斷、故障檢修的理論依據，具有一定的科學性和實踐性

參考文獻

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