煤礦提升機常見故障類型分析及故障診斷技術研究

（山西省大同市同煤集團馬脊梁礦 山西 037000）

引言

礦井下設備人員的移動，設備及材料等的運輸大多都是通過礦井提升機來實現的，因此礦井提升機的安全運行至關重要，它在礦山的安全作業中起到了重要保障作用。社會的發展推動著各種大型設備自動化和機械化水平的提升，由此造成了礦井提升機的內部構成更加密集與繁瑣。如果稍微有所改變或者是內部匹配失敗，很大程度上會造成整個礦山作業的延誤。因此，有必要針對礦井提升機的安全性能的提升進行研究，從而保障作業安全。許多學者和研究人員們通過對礦井提升機進行故障探索研究而提出新的改進思路。例如王大虎等人[1]依賴于模糊神經網絡方法來達到監視和診斷使用中的多臺起重機的故障的目的，并與MATLAB軟件相結合來做系統仿真。李娟娟等[2]通過對礦井提升機研究的發展路徑和過去的故障進行統計與分析，比如故障類型和失效類型等，并在此基礎上提出了許多改進意見，想借此來促進提升機的工作效率的提升。

1.故障類型

(1)齒輪箱故障

齒輪箱故障是礦井起重機使用過程中最容易出現的故障。主要是有以下幾種類型：

①變速箱油的溫度高。由此帶來的故障就是潤滑油不能實現及時的供應，然后引發了潤滑點故障；

②機身漏油現象，常見于箱體的接合的位置處或者內齒輪的位置；

③齒輪箱的齒輪軸出現斷裂問題或摩擦力減小出現打滑；

④車體問題，最常見的就是軸承溫度的異常，不在正常范圍內，還有一種可能性就是內部過濾存在問題；

⑤粘合問題，具體指的是金屬在齒輪接觸面上的熔焊，通常是在齒面上的金屬層被撕下時發生的；

⑥齒輪損壞，主要是齒輪存在斷裂或斷齒的現像，一般常見于體積較小的齒輪，或者高速運轉狀態；

⑦變速箱體故障，下圖1列出了常見的幾種故障類型。

圖1 齒輪箱異常噪音行程原因

(2)電動機故障

①在使用定子時，就會感應到非正常狀態下的電磁振動。之所以會產生這種故障的原因是：基座與電動機殼體之間是通過軸承進行連接的，軸承一旦松動，就會導致電動機產生相同頻率的振動。鐵芯和定子線圈也無法處于緊合的狀態。定子的三相磁場相對移動，導致出現非對稱的現象。

②電磁振動還有一個重要的原因就是氣體間的不平整狀態，即動態和氣態不平衡所致。

③電機的轉子出現故障，也會引起電磁振動。這個故障的特征如下：電磁振動的頻率是受電動機負載的影響的，具體的表現為同增；轉子一旦開始異常工作時，則會導致轉子的動態偏心或出現電磁振動。

④轉子在運轉過程中出現異常，重點表現為：電機轉子的徑向幅度明顯大于軸向幅度；轉子的振動幅度隨速度的增加而顯著增加：頻率和速度頻率相等。

(3)滾筒故障

礦井提升機內部的滾筒的結構主要時由主要軸承，次要軸承，鼓等零件，制動器，液壓站等部件組成。下面的圖2顯示了礦山中常用的特定的單筒式卷揚筒結構。

圖2 單筒纏繞式提升機結構

滾筒故障的類型重點體現在滾筒破裂或焊接開裂，歸根結底還是由于外殼強度太低，故障排除主要依靠現場操作人員的時刻監測才能及時發現。

2.優化方案設計

礦井提升機中使用的滾筒的結構有電動機，冠輪，減速器和鼓筒等諸多部件。不同類型的傳感器需要監視和檢測不同位置的故障現象。對于由滾子，電動機或飛輪引起的振動型機械故障，常見的解決辦法是使用振動傳感器來發現故障并分析其原因。輥的撓度可以使用壓力傳感器和位移傳感器來進行監控。本次研究的主要研究對象是：同煤集團某煤礦主軸上使用的JKMD-2.8x4（3）E型礦井提升機的工作狀態。這個機器的具體參數見下表1。

表1 提升機主要參數情況表

根據傳感器監控到的結果來做好起重故障診斷計劃。該結構包括監視主機，信號調節器，數據采集卡和檢測傳感器等諸多部件。所實現的特定功能包括基本操作參數顯示，運行過程中的數據提取和監視數據來進行存儲記憶等。

礦井提升機中所包含的傳感器類型很多，溫度，位移，速度，振動，加速度傳感器等。這些傳感器的安裝位置和條件要求也較為嚴謹：首先是要遠離影響設備運行的環境的位置，另外還要距離軸承，并且機械設備相對敏感的位置，另外還要考慮到與故障點的距離，并且承載能力良好。

圖3 提升機各種傳感器實際布設位置圖

礦井提升機傳感器的具體安裝要求如下：八個位移傳感器，八個壓力傳感器，十二個溫度傳感器和十二個振動傳感器，安裝在位置十七和二十處的傳感器類型為振動和溫度傳感器。安裝在位置十至十三的傳感器類型為壓力和溫度傳感器；安裝在位置十八、十九號的傳感器的類型主要是位移傳感器和壓力傳感器。

診斷系統常見的內部構件有：監視中心主機，信號接收器，各種傳感器等，所包含的功能有：收集數據并進行存檔記憶。布置傳感器的性能在于，可以監視電梯故障的位置和運行狀態，找出故障并加以解決，來實現提升機的系統的穩定。

3.結語

本研究通過以礦井提升機IKMD-2.8x4（3）E為例，來具體分析礦井提升機齒輪箱，電機和輥軸的故障類型，以及該故障常見的一些特點和出現的原因，優化設計了故障診斷系統來對礦井提升機性能進行改進。同時也對這個機械故障診斷系統的結構，組成，具體工作原理及應用進行詳細說明，經試驗發現具有明顯參考價值，值得推廣借鑒。