煤礦井下車(chē)輛空壓機(jī)故障原因解析

侯衛(wèi)紅

摘要：在煤礦井下作業(yè)過(guò)程中機(jī)械設(shè)備性能優(yōu)劣直接影響到煤礦井下作業(yè)人員的安全。因此，為了能夠保障煤礦井下作業(yè)人員的安全需要做好煤礦井下設(shè)備的生產(chǎn)管理和故障維修工作。煤礦井下車(chē)輛主要用于輔助材料、人員的運(yùn)輸，是煤礦運(yùn)輸?shù)闹匾M成部分，空壓機(jī)是重要零部件。文章以此為基本研究對(duì)象，在闡述煤礦井下車(chē)輛空壓機(jī)故障和故障出現(xiàn)原因的基礎(chǔ)上，就如何防范煤礦井下車(chē)輛空壓機(jī)故障問(wèn)題進(jìn)行探究。

Abstract： In the process of underground coal mine operation， the performance of machinery and equipment directly affects the safety of underground coal mine operators. Therefore， in order to ensure the safety of underground coal mine operators， it is necessary to do well the production management and fault maintenance of underground coal mine equipment. Underground coal mine vehicles are mainly used to assist the transport of materials and personnel， is an important part of coal mine transport， air compressor is an important part. Taking this as the basic research object， on the basis of elaborating the fault of the underground coal mine vehicle air compressor and the causes of the fault， this paper explores how to prevent the fault of the underground coal mine vehicle air compressor.

關(guān)鍵詞：煤礦;井下車(chē)輛;空壓機(jī);故障;原因

Key words： coal mine;underground vehicles;air compressor;fault;why

中圖分類(lèi)號(hào)：TE931? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? 文章編號(hào)：1674-957X（2021）06-0099-02

0? 引言

現(xiàn)階段煤礦防爆車(chē)輛發(fā)動(dòng)機(jī)多以氣啟動(dòng)為主，發(fā)動(dòng)機(jī)運(yùn)轉(zhuǎn)的時(shí)候空壓機(jī)會(huì)將高壓氣體輸送到儲(chǔ)氣罐中，儲(chǔ)氣罐中的高壓空氣會(huì)通過(guò)氣路控制系統(tǒng)啟動(dòng)氣馬達(dá)啟動(dòng)防爆車(chē)輛，空壓機(jī)是壓縮空氣的制造裝置，也是煤礦井下防爆車(chē)輛的重要零部件，屬于工業(yè)現(xiàn)代化的基礎(chǔ)產(chǎn)品。空壓機(jī)的構(gòu)成主要包含氣路循環(huán)系統(tǒng)、油路循環(huán)系統(tǒng)、配電系統(tǒng)和控制系統(tǒng)這四個(gè)部分，在長(zhǎng)時(shí)間運(yùn)作的過(guò)程中不可避免的會(huì)出現(xiàn)故障問(wèn)題，如果這些故障問(wèn)題得不到及時(shí)的解決就會(huì)引發(fā)煤礦生產(chǎn)故障。文章在總結(jié)空壓機(jī)常見(jiàn)運(yùn)行故障的基礎(chǔ)上，就如何防范空壓機(jī)運(yùn)行故障，規(guī)范煤礦企業(yè)的安全生產(chǎn)進(jìn)行策略分析。

1? 煤礦井下車(chē)輛空壓機(jī)的原理和基本結(jié)構(gòu)

發(fā)動(dòng)機(jī)曲軸齒輪在通過(guò)中間齒輪之后會(huì)帶動(dòng)空氣壓縮機(jī)的曲軸旋轉(zhuǎn)，曲柄連桿機(jī)構(gòu)在旋轉(zhuǎn)的過(guò)程會(huì)驅(qū)動(dòng)活塞，使得活塞在氣缸內(nèi)部上下運(yùn)動(dòng)。在活塞從上面停止點(diǎn)向下面停止點(diǎn)運(yùn)動(dòng)的時(shí)候活塞在向下移動(dòng)的時(shí)候會(huì)使得空氣容積比較大，這個(gè)時(shí)候氣缸的壓力會(huì)低于外界的壓力數(shù)值，外界空氣在經(jīng)過(guò)空氣過(guò)濾器、進(jìn)氣管道、吸氣缸之后會(huì)進(jìn)入到氣缸中。活塞在向下移動(dòng)達(dá)到下面停止點(diǎn)的時(shí)候，吸氣閥門(mén)關(guān)閉，活塞擠壓空氣，氣缸內(nèi)部的空氣會(huì)被壓縮，汽缸內(nèi)部的空氣壓力和溫度會(huì)提升，在空氣壓力達(dá)到一定數(shù)值的時(shí)候排氣閥膜片會(huì)被頂開(kāi)，壓縮空氣會(huì)通過(guò)管路進(jìn)入到儲(chǔ)氣罐中，由此為發(fā)動(dòng)機(jī)的啟動(dòng)提供重要支持。防爆車(chē)輛空壓機(jī)在反復(fù)工作的過(guò)程中會(huì)向儲(chǔ)氣罐內(nèi)部輸送高壓空氣，儲(chǔ)氣管內(nèi)設(shè)置了壓力閥，在空氣達(dá)到一定壓力之后高壓空氣會(huì)借助壓力閥將氣體釋放到大氣中。

空壓機(jī)類(lèi)型眾多，從壓縮空氣形式上常見(jiàn)的分為活塞空壓機(jī)、螺桿空壓機(jī)、離心空壓機(jī)。從供氣控制方式上一般都是采用加載、卸載的控制方式，控制操作簡(jiǎn)單，但是能耗高，在使用的過(guò)程中會(huì)出現(xiàn)進(jìn)氣閥損害、氣體供應(yīng)壓力不穩(wěn)定等問(wèn)題。從工作原理上具體可以劃分為容積類(lèi)型的空壓機(jī)和速度類(lèi)型的空壓機(jī)。

2? 煤礦井下車(chē)輛空壓機(jī)故障原因

2.1 排氣量不足問(wèn)題

第一，進(jìn)氣濾清器故障。在污垢積累過(guò)多時(shí)會(huì)降低排氣量，加上吸氣管太長(zhǎng)、管徑太小，會(huì)出現(xiàn)因?yàn)槲鼩庾枇υ龃笥绊憵饬康默F(xiàn)象，為了杜絕整個(gè)現(xiàn)象需要相關(guān)人員定期清洗濾清器。第二，壓縮機(jī)轉(zhuǎn)動(dòng)速度降低引起的排氣量減少問(wèn)題。空壓機(jī)排氣量是按照一定海拔高度、吸氣溫度、濕度進(jìn)行設(shè)計(jì)的，在以上標(biāo)準(zhǔn)超過(guò)規(guī)定顯示的時(shí)候吸氣壓力降低，排氣量減少。第三，氣缸、活塞破損的情況下會(huì)出現(xiàn)泄漏問(wèn)題，最終降低排氣量。第四，填料函在密封不嚴(yán)謹(jǐn)?shù)那闆r下會(huì)降低氣體排放量。第四，壓縮機(jī)吸氣、排氣閥出現(xiàn)故障的時(shí)候也會(huì)影響排氣量。

2.2 排氣溫度不正常的問(wèn)題

一般情況下，影響排氣溫度的因素有進(jìn)氣溫度、壓力比、壓縮指數(shù)。實(shí)際導(dǎo)致吸氣溫度高的因素包含中間冷卻效率低下、中冷器內(nèi)部污垢過(guò)多引起散熱、氣閥漏氣、活塞環(huán)漏氣。這些問(wèn)題的出現(xiàn)不僅會(huì)影響排氣溫度，而且還會(huì)使得級(jí)間的壓力出現(xiàn)變化。

壓縮機(jī)排出的氣量在額定壓力下不能滿(mǎn)足使用者的流量要求，則排氣壓力必然要降低，而出現(xiàn)這一問(wèn)題的本質(zhì)是排氣量無(wú)法滿(mǎn)足使用者的基本需要。對(duì)于一些排氣量比較大的機(jī)械，影響級(jí)間壓力不正常的因素是氣閥漏氣或者活塞環(huán)磨損出現(xiàn)的漏氣。

2.3 其他原因

第一，曲軸斷裂。過(guò)渡圓角比較小，在實(shí)施熱處理的時(shí)候圓角位置沒(méi)有得到處理，在交界的位置上會(huì)出現(xiàn)應(yīng)力集中的問(wèn)題。圓角加工不規(guī)范會(huì)使得其局部斷裂面變大，在超期運(yùn)轉(zhuǎn)的情況下會(huì)引發(fā)空壓機(jī)故障。第二，連桿斷裂。連桿斷裂包含連桿螺釘?shù)臄嗔选⒙葆旑^和螺母接觸不良引起的斷裂、接觸點(diǎn)斷裂距離超過(guò)圓周的八分之一。第三， 活塞桿斷裂。活塞桿斷裂部位和十字連接螺紋產(chǎn)生連接，加上設(shè)計(jì)疏漏會(huì)加劇斷裂問(wèn)題的發(fā)生。

3? 煤礦井下車(chē)輛空壓機(jī)故障的預(yù)防對(duì)策

3.1 借助先進(jìn)的編程控制技術(shù)對(duì)空壓機(jī)實(shí)施自動(dòng)巡回檢測(cè)

在社會(huì)經(jīng)濟(jì)和科技的發(fā)展支持下空氣壓縮機(jī)控制系統(tǒng)研發(fā)取得了突破性的進(jìn)步，針對(duì)以往空壓機(jī)可靠性差、維護(hù)操作難、不容易監(jiān)督控制的問(wèn)題研究出了基于可編程控制器的通用控制裝置。在這個(gè)裝置的作用下會(huì)將傳統(tǒng)意義上的繼電器控制技術(shù)、計(jì)算機(jī)控制技術(shù)、移動(dòng)通信技術(shù)融合在一起，從而使得空壓機(jī)的使用操作更加靈活、方便、可靠。近幾年，伴隨可編程控制器研發(fā)的成熟，越來(lái)越多的控制器設(shè)備都開(kāi)始使用PLC替代傳統(tǒng)的繼電器，有效提升了煤礦生產(chǎn)水平。

可編程控制器是空壓機(jī)故障檢測(cè)系統(tǒng)的核心器械，通過(guò)檢測(cè)儀器來(lái)對(duì)PLC提供集中性的監(jiān)控信號(hào)，主要監(jiān)控的信號(hào)參數(shù)包含空壓機(jī)高低壓缸的溫度、潤(rùn)滑油溫度、電動(dòng)機(jī)溫度、風(fēng)包溫度、出水溫度、高低壓氣缸的壓力、風(fēng)包壓力、潤(rùn)滑油壓力等。基于PLC的操作控制原理是在啟動(dòng)主機(jī)之前將水源電磁閥和放空電磁閥打開(kāi)，在冷卻水壓和數(shù)值達(dá)到規(guī)定要求之后啟動(dòng)空壓機(jī)，并延時(shí)關(guān)閉放空電磁閥，實(shí)現(xiàn)空壓機(jī)的穩(wěn)定運(yùn)行。在啟動(dòng)空壓機(jī)的時(shí)候允許在低油壓的狀態(tài)下啟動(dòng)，在啟動(dòng)完成一段時(shí)間之后還需要對(duì)油壓進(jìn)行監(jiān)督控制。在停機(jī)的時(shí)候按下復(fù)位按鈕，將放空電磁閥打開(kāi)，延時(shí)30s之后切斷主要電源，實(shí)現(xiàn)空壓機(jī)的停機(jī)。

3.2 基于MCGS組態(tài)軟件的空壓機(jī)動(dòng)態(tài)監(jiān)測(cè)

借助MCGS組態(tài)軟件能夠?qū)崿F(xiàn)對(duì)空壓機(jī)運(yùn)行動(dòng)態(tài)的實(shí)時(shí)性監(jiān)測(cè)，且能夠達(dá)到理想的監(jiān)測(cè)效果。整個(gè)系統(tǒng)主要由上位機(jī)、打印機(jī)、傳感器、變送器、電磁閥門(mén)組成，按照空壓機(jī)的基本控制流程要求借助PLC完成對(duì)每臺(tái)空壓機(jī)的手動(dòng)控制，傳感器和變動(dòng)器會(huì)將空壓機(jī)的壓力、溫度、流量以及電力運(yùn)行參數(shù)模擬轉(zhuǎn)變?yōu)闃?biāo)準(zhǔn)信號(hào)，而后傳遞到智能儀表中，在智能儀表的作用下完成對(duì)多個(gè)線(xiàn)路信號(hào)的實(shí)施監(jiān)督報(bào)警，在之后借助RS485通信模塊將測(cè)量的信息傳送到上位機(jī)，上位機(jī)將空壓機(jī)的系統(tǒng)信息傳遞到監(jiān)控界面。

整個(gè)監(jiān)控系統(tǒng)會(huì)根據(jù)操作人員的不同來(lái)為其設(shè)定不同的使用權(quán)限，確保空壓機(jī)動(dòng)態(tài)監(jiān)測(cè)系統(tǒng)穩(wěn)定運(yùn)轉(zhuǎn)，保障系統(tǒng)的安全性和有效性。在MCGS組件的作用下還會(huì)對(duì)空壓機(jī)的運(yùn)行參數(shù)進(jìn)行實(shí)時(shí)性的監(jiān)督控制，將一系列的流量參數(shù)、溫度參數(shù)、熱量參數(shù)、壓力參數(shù)等體現(xiàn)在同一個(gè)畫(huà)面上，實(shí)現(xiàn)對(duì)空壓機(jī)系統(tǒng)的實(shí)時(shí)性監(jiān)督控制。

3.3 借助變頻調(diào)速技術(shù)實(shí)現(xiàn)對(duì)空壓機(jī)的控制

空壓機(jī)容量的確定參考了最大排氣量設(shè)備，但是在實(shí)際使用中用氣設(shè)備的氣體消耗量是經(jīng)常變化的，在氣體消耗量低于壓縮空氣站排氣量的時(shí)候就需要對(duì)空氣壓縮機(jī)進(jìn)行控制，目的是減少排氣量，使其能夠充分使用適應(yīng)氣體消耗量。

活塞空氣壓縮機(jī)的啟停擁有嚴(yán)格的規(guī)范標(biāo)準(zhǔn)，是不允許頻繁操作的，在使用的過(guò)程中為了能夠滿(mǎn)足井下用氣量的變化，要求調(diào)度人員能夠根據(jù)井下用氣量的時(shí)間變化特點(diǎn)將一天分為幾個(gè)時(shí)段來(lái)用氣，在規(guī)定的時(shí)間段內(nèi)空壓機(jī)不能夠隨意打開(kāi)或者關(guān)閉。

現(xiàn)階段煤礦設(shè)備變頻控制類(lèi)型包含同步電機(jī)直接高壓變頻器和異步電機(jī)三電平高壓變頻器兩個(gè)類(lèi)型，前者具體劃分為兩個(gè)控制模式，一個(gè)是他控變頻調(diào)速系統(tǒng)模式，另外一個(gè)是自控變頻調(diào)速系統(tǒng)。他控變頻調(diào)速系統(tǒng)裝置所使用的變頻裝置是獨(dú)立的，輸出頻率由速度給定信號(hào)決定。自控變頻調(diào)速系統(tǒng)會(huì)使得同步機(jī)有效避免出現(xiàn)失步和振蕩的問(wèn)題。

同步電機(jī)直接高壓變頻調(diào)速裝置采用了交流、直流和交流融合的變頻調(diào)速控制模式，具體由變頻器、同步電機(jī)、轉(zhuǎn)子位置檢測(cè)器共同組成。在系統(tǒng)運(yùn)作的時(shí)候利用同步電機(jī)反電勢(shì)能夠及時(shí)關(guān)閉逆變器的晶閘管。

3.4 借助傳感器設(shè)備預(yù)測(cè)和分析排查空氣壓縮機(jī)軸承的失效故障

空氣壓縮機(jī)軸承失效、斷裂是比較常見(jiàn)的故障類(lèi)型，在國(guó)內(nèi)，離線(xiàn)監(jiān)測(cè)是系統(tǒng)狀態(tài)監(jiān)測(cè)中針對(duì)一般性旋轉(zhuǎn)設(shè)備所使用的技術(shù)形式，這類(lèi)計(jì)數(shù)在一般性的故障設(shè)備診斷和檢測(cè)中能夠及時(shí)準(zhǔn)確的判斷設(shè)備的運(yùn)行故障類(lèi)型、故障程度，但是對(duì)于空壓機(jī)這類(lèi)具有高壓力的設(shè)備故障往往很難發(fā)現(xiàn)和預(yù)測(cè)評(píng)估，最終會(huì)威脅到整個(gè)空壓機(jī)的運(yùn)作。

一般情況下，軸承保持架在設(shè)備運(yùn)轉(zhuǎn)的時(shí)候不是受力的部件，但是在設(shè)備的工況發(fā)生變化或者頻繁加載卸載的時(shí)候，存在缺陷的軸承會(huì)在附加荷載的反復(fù)作用下慢慢擴(kuò)大缺陷，繼而引發(fā)橫筋斷裂的問(wèn)題。為了能夠有效解決這些問(wèn)題可以在離線(xiàn)監(jiān)測(cè)系統(tǒng)上額外安裝溫度傳感器和振動(dòng)傳感器，并在其內(nèi)部設(shè)置溫度報(bào)警裝置和振動(dòng)報(bào)警裝置，在出現(xiàn)溫度報(bào)警和振動(dòng)報(bào)警的時(shí)候及時(shí)安排人員到現(xiàn)場(chǎng)測(cè)試分析，及時(shí)發(fā)現(xiàn)和解決空壓機(jī)的故障。

4? 結(jié)束語(yǔ)

綜上所述，空壓機(jī)的選擇深刻關(guān)系到礦山企業(yè)的生產(chǎn)建設(shè)，因此，為了確保礦山的安全生產(chǎn)，需要在煤礦企業(yè)生產(chǎn)加工的過(guò)程中選擇符合工藝要求的空壓機(jī)，文章結(jié)合煤礦生產(chǎn)實(shí)際情況，就幾種常見(jiàn)的煤礦井下車(chē)輛空壓機(jī)故障類(lèi)型進(jìn)行了分析，并立足實(shí)際提出了解決煤礦井下車(chē)輛空壓機(jī)故障的對(duì)策，旨在能夠?yàn)槊旱V企業(yè)的安全生產(chǎn)提供重要支持。

參考文獻(xiàn)：

[1]邊疆，夏國(guó)強(qiáng).地鐵車(chē)輛段內(nèi)燃調(diào)車(chē)機(jī)車(chē)空壓機(jī)“拉缸”事件的典型故障分析及相關(guān)問(wèn)題探討[J].科技信息，2014（006）：245，248.

[2]楊建勇.煤礦井下車(chē)輛空壓機(jī)故障原因探討[J].煤礦機(jī)械， 2019（3）.

[3]李詩(shī)華.空壓機(jī)保護(hù)與智能診斷系統(tǒng)的研究[D].同濟(jì)大學(xué)， 2008.

[4]劉永梅.預(yù)防煤礦空氣壓縮機(jī)常見(jiàn)事故的新途徑[J].甘肅科技縱橫，2009，38（004）：60-62.

[5]蘇春魁.探討翠屏山煤礦地面空壓機(jī)遠(yuǎn)程自動(dòng)監(jiān)控系統(tǒng)[J]. 大科技，2012.

[6]李澤瑜.煤礦空壓機(jī)遠(yuǎn)程監(jiān)測(cè)與預(yù)警系統(tǒng)研究[D].2014.

[7]蘭奇.煤礦空壓機(jī)常見(jiàn)故障與風(fēng)險(xiǎn)評(píng)價(jià)[J].陜西煤炭， 2019，38（06）：114-116，128.

[8]周廣宇.空壓機(jī)儲(chǔ)氣罐燃燒事故原因分析及預(yù)防措施[J]. 礦山機(jī)械，2005，033（012）：105-106.