煤礦帶式輸送機(jī)滾筒失效故障分析

曹英杰

(大同煤礦集團(tuán)馬道頭煤業(yè)有限公司)

帶式輸送機(jī)最早出現(xiàn)在160多年以前，早期帶式輸送機(jī)結(jié)構(gòu)簡單、加工工藝較為粗糙，設(shè)備效率和可靠性受加工、制造水平制約。隨著工業(yè)的發(fā)展，機(jī)械制造產(chǎn)業(yè)呈規(guī)模化擴(kuò)大，帶式輸送機(jī)標(biāo)準(zhǔn)化、正規(guī)化，設(shè)計(jì)、制造水平迅速提高[1]。相比其他運(yùn)輸方式，帶式輸送機(jī)輸送效率較高，能夠?qū)崿F(xiàn)連續(xù)裝載、連續(xù)運(yùn)輸，特別適用于將礦石、煤炭及其他需要大量連續(xù)運(yùn)輸?shù)奈锪喜婚g斷地送往目的地。同時(shí)，帶式輸送機(jī)具有結(jié)構(gòu)簡單、易加工和維護(hù)、噪音低的優(yōu)點(diǎn)，能夠進(jìn)行水平和傾斜輸送，廣泛應(yīng)用于煤炭生產(chǎn)運(yùn)輸中[2]。

煤礦生產(chǎn)普遍使用帶式輸送機(jī)進(jìn)行物料轉(zhuǎn)運(yùn)，實(shí)現(xiàn)煤礦井下煤炭的連續(xù)運(yùn)輸。帶式輸送機(jī)可沿設(shè)定線路固定運(yùn)行，運(yùn)轉(zhuǎn)穩(wěn)定、速度均勻、承載量大，為高效生產(chǎn)發(fā)揮重要作用。帶式輸送機(jī)在使用過程中不可避免地產(chǎn)生各類不同故障，甚至導(dǎo)致設(shè)備停運(yùn)[3]。維修周期過長時(shí)，會(huì)直接影響礦井持續(xù)生產(chǎn)和經(jīng)濟(jì)效益，甚至釀成安全生產(chǎn)事故，對(duì)周圍工作人員造成傷害，造成不良社會(huì)影響。滾筒是煤礦帶式輸送機(jī)的關(guān)鍵部件，其失效對(duì)帶式輸送機(jī)的正常運(yùn)行影響很大，因此分析帶式輸送機(jī)滾筒故障意義重大。

1 帶式輸送機(jī)滾筒

煤礦帶式輸送機(jī)滾筒由滾筒軸、軸承座、輪轂、輻板、筒殼等配件構(gòu)成，根據(jù)功能劃分為傳動(dòng)滾筒和改向滾筒。常規(guī)傳動(dòng)滾筒為光面滾筒設(shè)計(jì)，為滿足煤礦物料長距離的運(yùn)輸需要，使用帶式輸送機(jī)傳動(dòng)滾筒改為膠面滾筒[4]。相比普通光面滾筒，膠面滾筒起動(dòng)力傳遞性能更加出色；膠面滾筒可根據(jù)作業(yè)內(nèi)容需要進(jìn)行運(yùn)輸機(jī)輸送線路的調(diào)整，同時(shí)可以起到增加傳動(dòng)滾筒圍包角的作用。相比普通輸送機(jī)，煤礦帶式輸送機(jī)通過脹套連接滾筒與軸，相比鍵連接能夠承受更大的扭矩作用，且不易磨損、破壞。

2 滾筒失效形式與原因

(1)滾筒體包膠磨損。輸送機(jī)運(yùn)轉(zhuǎn)過程中滾筒圓周力增加至允許上限后，運(yùn)輸皮帶會(huì)沿驅(qū)動(dòng)力反方向發(fā)生微弱的相對(duì)運(yùn)動(dòng)，即伸長滑移。運(yùn)輸皮帶與滾筒間存在蠕變現(xiàn)象時(shí)會(huì)增加兩者間的磨損，損壞滾筒包膠。運(yùn)輸機(jī)運(yùn)轉(zhuǎn)回程附著的細(xì)小物料運(yùn)行到滾筒與膠帶之間時(shí)，也同樣產(chǎn)生磨損。

(2)滾筒體壓裂開焊。配件焊接處與材質(zhì)本身力學(xué)性能存在差距，長期超載會(huì)產(chǎn)生很大的應(yīng)力作用。加工過程中焊接存在問題時(shí)，應(yīng)力作用更加明顯，如缺焊、少焊、焊接溫度過高、冷卻不均等缺陷，運(yùn)行一定時(shí)間后，輸送機(jī)滾筒體表焊接處會(huì)出現(xiàn)壓裂開焊。

(3)滾筒軸損壞。滾筒軸損壞也是滾筒主要的失效原因之一，涉及到設(shè)計(jì)、加工、安裝等環(huán)節(jié)。原因有：滾筒設(shè)計(jì)過程中選擇的滾筒軸結(jié)構(gòu)尺寸偏小，與滾筒的裝配間隙過大；滾筒軸材質(zhì)強(qiáng)度、硬度較低，不能滿足使用需要；滾筒軸在加工成型過程中，熱處理工藝存在問題；滾筒軸由于設(shè)計(jì)或加工問題使圓角半徑過小，導(dǎo)致應(yīng)力集中；安裝過程中主、從動(dòng)滾筒中心線不平行。

(4)滾筒軸承座損壞。造成滾筒軸承座故障的主要因素有：運(yùn)輸超載，線路運(yùn)行停車、啟動(dòng)頻繁；運(yùn)輸線路坡度過大，設(shè)備易超載；安裝過程滾筒軸線與軸承座中心線不對(duì)齊，不平行；設(shè)備運(yùn)轉(zhuǎn)過程中軸承與軸承座間有異物。

通過分析煤礦帶式輸送機(jī)滾筒失效形式與原因，建立分析模型開展事故樹分析，對(duì)煤礦帶式輸送機(jī)滾筒的可靠性、故障原因等進(jìn)行定性和定量分析。

3 滾筒故障樹分析

3.1 故障樹概述

故障樹分析法是可靠性理論中重要的分析方法之一，該方法以可靠性理論為指導(dǎo)，邏輯清晰、條理清楚、結(jié)構(gòu)準(zhǔn)確。事件中需要確定各級(jí)因素間所引發(fā)的失效問題機(jī)理，理清邏輯關(guān)系，逐級(jí)開展分析，查找引發(fā)頂上事件的根本原因。通過故障樹分析，可以清晰、直觀了解故障樹中失效事件產(chǎn)生的根本因素，查找設(shè)備運(yùn)轉(zhuǎn)中的不安全隱患，維護(hù)設(shè)備正常運(yùn)轉(zhuǎn)，為設(shè)備設(shè)計(jì)、加工、維護(hù)提供指導(dǎo)。另外，故障樹通過邏輯符號(hào)將各關(guān)聯(lián)事件相互聯(lián)接，作為定性、定量分析的基礎(chǔ)，通過數(shù)理統(tǒng)計(jì)方法處理統(tǒng)計(jì)的各類數(shù)據(jù)，應(yīng)用可靠性理論研究被分析事件的失效機(jī)理。

3.2 建立滾筒故障樹

根據(jù)煤礦帶式輸送機(jī)滾筒故障類型和故障原因分析，建立圖1所示的故障樹，相關(guān)參數(shù)說明見表1。

圖1 煤礦帶式輸送機(jī)滾筒失效故障樹表1 煤礦帶式輸送機(jī)滾筒失效故障樹參數(shù)說明

編號(hào)含義編號(hào)含義概率編號(hào)含義編號(hào)含義概率A1滾筒包膠磨損A2滾筒壓裂M1躥軸故障x1輸送帶變形0.015x2輸送帶張力過大0.012x3輸送帶與滾筒包角過大0.070x4皮帶有殘余物料0.012x5包膠材料質(zhì)量問題0.012x6開焊0.030x7焊接質(zhì)量問題0.020x15滾筒軸線與軸承座中心線不垂直0.020x16軸承鎖固安裝問題0.020x17軸承中有異物0.020A3滾筒軸損壞A4滾筒軸承座問題x8滾筒軸結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)問題0.012x9軸材料問題0.012x10滾筒軸的熱處理工藝差0.025x11滾筒軸的圓角半徑小0.015x12主從動(dòng)滾筒中心線不平行0.025x13重載負(fù)荷頻繁啟停0.015x14輸送線路坡度大,超載0.015

3.3 故障樹的定性分析

故障樹的定性分析就是對(duì)故障樹各個(gè)因素進(jìn)行邏輯運(yùn)算，求得最小割集，同時(shí)最小割集可以為故障樹的定量計(jì)算提供依據(jù)。

根據(jù)圖1邏輯關(guān)系，進(jìn)行布爾代數(shù)運(yùn)算可得：

T=A1+A2+A3+A4=x1+x2+… +x16+x17,

(1)

因此，根據(jù)計(jì)算結(jié)果可知，故障樹最小割集共有17個(gè)，分別為{x1}，{x2}…{x17}。

3.4 故障樹的定量計(jì)算

在圖1故障樹中，各個(gè)因素之間的邏輯關(guān)系均為“或”，因此頂事件的概率計(jì)算公式：

(2)

因此頂事件概率的計(jì)算公式為：

P=1-(1-P1)(1-P2)…(1-P17) .

(3)

根據(jù)式(3)公式，結(jié)合表1中各個(gè)因素概率，可以求得頂事件發(fā)生的概率為29.9%。因此，系統(tǒng)可靠性較低。

3.5 分析結(jié)果討論

(1)從定性分析結(jié)果可以看出，在帶式輸送機(jī)滾筒故障中，每一個(gè)底事件的重要度相同，都可能造成事故發(fā)生。因此需要每一個(gè)因素都引起重視，加強(qiáng)日常巡檢力度。

(2)從定量分析可以看出，頂事件概率的大小可以通過各個(gè)因素的發(fā)生概率求得。

4 結(jié) 論

煤礦帶式輸送機(jī)滾筒體包膠磨損、壓裂開焊、滾筒軸損壞、滾筒軸承座損壞是煤礦帶式輸送機(jī)滾筒的常見故障，并對(duì)相應(yīng)的故障原因進(jìn)行分析。基于故障樹分析法建立了有17個(gè)底事件，6個(gè)邏輯“或”門組成的故障樹，通過布爾運(yùn)算發(fā)現(xiàn)共有17個(gè)割集，每個(gè)割集中包含一個(gè)因素，因此每一個(gè)因素都可能造成滾筒故障，且整體可靠性較低，滾筒故障發(fā)生率高達(dá)29.9%，因此煤礦帶式輸送機(jī)滾筒故障排查應(yīng)加大力度，兼顧到每一個(gè)因素。