露天煤礦機電設備常見故障及維修策略

冷 鑫

（中鐵十九局集團礦業投資有限公司，北京 100071）

0 引言

以煤礦機電設備常見故障及維修策略為主要內容展開討論，首先簡要敘述露天煤礦機電設備常見故障特點，然后分析齒輪故障、軸承故障、機械構件故障、發動機故障常見故障的引發因素，最后提出露天煤礦機電設備維修策略。

1 露天煤礦機電設備常見故障應對特點

進行露天煤礦機電設備故障檢測與診斷時，綜合應用故障診斷和檢測兩種技術，以計算機、傳感器和信號分析作為技術應用基礎研發的一種新型技術，檢測煤礦機電設備故障時，應當按照故障發生形式，選擇多種檢測方式，逐一明確設備存在的故障問題，科學判斷、準確查找，發現故障具體存在問題，確保維修工作的及時開展。以往的煤礦機電設備檢修工作主要通過人工的方式開展，對于故障的判斷主要憑借以往的檢修經驗，實際工作質量和效率較低，對煤礦生產效率有一定的影響。而在機電設備檢修中應用新技術、新設備能夠通過數據分析方式及時發現設備故障中存在的問題，有效提升檢修效率。設備故障診斷技術的應用如圖1 所示。

圖1 設備故障診斷技術應用

2 露天煤礦機電設備常見故障

煤礦機電設備常見故障表現在多個方面，如電氣和電機控制系統故障、齒輪故障、軸承故障、機械構件故障、發動機故障等，不同故障的檢測方式有所不同。

2.1 電氣和電機控制系統

在露天環境中受到多方面因素的影響，導致機電設備很容易出現故障。電氣和電機控制系統故障主要表現為信號點異常、直流屏、整流屏故障、供電線路受雷擊，軸編碼器連接部件損壞，信號異常等。同時，氣候、天氣因素都將對電氣電機的正常運行產生影響。

2.2 齒輪故障

煤礦機電設備中的齒輪主要作為動力傳輸，主要表現為磨損而產生故障，但在煤礦機電設備運行中出現彎曲應力大于齒輪本身承受荷載時，則極有可能造成齒輪發生折斷的情況。煤礦機電設備多次超荷載運行，將增加齒輪嚙合摩擦力，齒輪表面逐漸出現大量的裂紋，齒輪節線產生點蝕現象[1]，長時間承受過大應力將對齒輪產生不可逆轉的損壞。因為齒輪屬于金屬構件，同時作為動力傳輸元件，當其損壞后只能進行更換，無法進行修復。

2.3 軸承故障

煤礦機電設備運行中，軸承自身質量和易受外界因素影響特性，造成軸承耐磨性和旋轉精度受到嚴重影響，當軸承性能指標不能滿足使用需求時，軸承旋轉異常將造成設備運行出現故障，甚至對機電設備的正常運行產生影響。例如，輸送設備中需要應用軸承零件實現構件的運轉，但是當軸承出現故障時將對輸送設備的運行效率產生影響，甚至可能出現因為滾動體長期旋轉異常而爆軸。所以，需要在煤礦機電設備運行中定期開展檢修工作，對軸承的運行狀態進行檢查。另外，在檢測中相關人員需要對軸承的溫度、振動情況進行檢查，如果出現溫度異常、振動幅度較大情況需要及時關閉設備，對軸承滾動情況進行檢查，需要注意的是，通常情況下，軸承是成對使用，需要檢查同一部件總成的兩個軸承，并對旋轉軸的彎曲度進行檢測，確保各個零件規格滿足使用標準。

2.4 機械構件故障

按照機械種類不同對故障分類，機械構件故障主要表現為：礦車設備故障，舉升、驅動構件運行動力不足；挖掘機發動機運行、設備牽引力、提升能力、牽引能力不足等故障；輸送設備故障，發動機無法啟動、輸送速度緩慢等。對于電力電機系統和整體設備故障的處理，主要是對設備線路和構成元件檢查，及時更換老化、損壞的線路、元件，并檢查線路連接情況，避免出現接觸不良而產生電弧對設備造成進一步的損壞。另外，任何機械構件出現故障的主要原因，是設備長期投入使用，在運行過程中會出現不同程度的磨損、腐蝕、老化情況，對設備整體性能產生影響，整體表現為排氣過熱、分成變化、設備振動異常、發聲異常、電壓、電壓異常、磨損殘留等。例如，本企業在設備使用后期，因為設備長期處于高負荷狀態下運行，設備零件出現不同程度的腐蝕、老化、磨損情況，故障率逐漸升高，液壓馬達、空壓機、壓油缸等大型配件部件出現不同程度的磨損情況，維護保養較為困難，對于相關故障的處理多采用新型設備引進方式，并在使用過程中加強設備管理。

2.5 發電機故障

在煤礦機電設備中發電機屬于重要的組成部分，但因為運行問題，導致發電機發生故障的因素較多，主要包括使用不當、保養不足，機件腐蝕、斷裂等，都將對發電機的使用性能產生影響[2]。所以，如果發電機在運行過程中出現異常，需要及時停止運行，并結合以往維修經驗對存在故障進行排查。發電機故障維修工作量較大，同時對相關人員維修技能也具有較高的要求。

3 露天煤礦機電設備故障維護和防范對策

露天煤礦開采中所使用的機電設備種類繁多，某企業在煤礦生產中所使用的機電設備包括吊斗鏟、395B 電鏟、930E 卡車、CDM75 穿孔機、推土機等，設備出現運行故障后將對煤礦生產效率產生影響。為確保煤礦生產作業的順利開展，企業針對實際存在問題采取相應措施降低設備故障發生故障。按照設備構造不同、工作場所、工作狀況以及巖石硬度情況，將故障歸納為4 種：①設備在使用過程中突然出現性能參數下降；②機電設備在運行過程中出現異常振動、異響、異味情況；③設備運行過程中出現開裂、開焊、過熱等情況；④運行中存在外網電壓、電流掉電或電壓突變等故障。針對存在故障需要全面開展維護工作，確保機電設備運行的安全性、穩定性。

（1）企業通過加強人員培訓，使操作人員和維護人員對設備結構、運行原理加以全面了解，降低設備故障率，避免故障的頻繁發生加快部件磨損。平穩期的故障發生多是偶然發生，此時人員已經具備足夠的操作技能和維護技能，故障的發生多是自身因素，對于此類故障的處理需要操作人員和維護人員共同做好記錄，針對問題采取相應措施加以改善和維護，將故障率降到最低。

（2）在煤礦機電設備實際運行中出現因為故障而對相關設備的正常運行產生影響需要及時停止設備運行，之后對故障類型、引發故障的因素進行全面分析，采取相應措施加以維修，需要更換的零件及時更換[3]。在故障檢修中需要盡可能減少對設備造成不利影響，并降低類似故障的發生概率。

（3）預防維修的開展是主動檢查煤礦機電設備存在的運行安全隱患，預防設備運行出現故障，相關工作的開展是以“預防”為切入點進行，并根據維修方案具體要求，最大程度預防煤礦機電設備出現安全故障，確保設備的安全、穩定運行。

4 露天煤礦機電設備維修實際案例分析

對CDM75 鉆機實際應用中發生的故障和處理方式進行分析。CDM75 鉆機是頂驅回轉頭履帶式牙輪鉆機，在爆破孔鉆進作業中較為常用。鉆孔深度53.3 m，鉆孔直徑為250 mm，軸壓力36.1 t，最大工作壓力0.76 MPa，電機功率522 kW，重76 t，鉆進能力60 m/h。因為長期使用三聯泵頻繁發生故障，對其進行拆解觀察到三聯泵轉子和葉片存在不同程度損壞。使用1 年后，兩臺鉆機共損壞三聯泵14 臺，財產損失170 萬元，每次故障發生停機時間約7 h，對設備使用率造成嚴重影響，對煤礦生產作業的有序開展產生影響[4]。

4.1 故障分析

三聯泵故障發生是因為轉子和葉片出現不同程度的損壞，對轉子和葉片損壞情況進行分析，判斷為因為長期負荷運行而損壞，因為三聯泵額定壓力的大小受到泵本身結構強度和泄漏性能約束，如果運行中工作壓力大于額定壓力或者長期處于額定壓力臨界狀態運行，將導致三聯泵出現過熱或者過載情況。但三聯泵工作壓力由系統溢流和負載設定壓力決定，隨著外負載的增加，工作壓力隨之增加。在煤礦生產中購置CDM75 鉆機時，受到作業環境的約束，安裝加熱、照明、增壓系統，提升鉆機質量，因為鉆機設計是三支點千斤頂調平支撐，質量增加導致千斤頂支撐力超過額定壓力，長期超負荷運行造成泵芯損壞。

4.2 故障處理

對故障分析后對改造方案的可行性、經濟性進行分析。首先，增加溢流閥額定壓力，因為需要對鉆機本身結構加以充分考慮，難度比較大，改造成本高。其次，降低外界負載。因為在鉆機中增加了其他系統，減小外負載改造方案不切合實際。最后，增加千斤頂的內徑，降低作用力。該方案不僅能有效延長泵使用年限，同時容易實現，具有可行性。

先對千斤頂的內徑進行確定，通過計算得出內徑約為0.176 m。按照設計手冊直徑取值180 mm。由原來的150 mm 增加至180 mm，所需壓力為18.1 MPa。按照非鉆進側所需壓力1.1 倍進行設計，最大壓力為19.1 MPa，比溢流閥和輔助回路最大壓力降低了0.8 MPa。

5 總結

綜上所述，在露天煤礦生產中因為受到多種因素的影響，對機電設備的安全、穩定運行產生影響，進而影響煤礦生產效率。基于此，在露天煤礦生產中需要對常見的設備故障加以全面了解，例如電氣和電機控制系統故障、齒輪故障、軸承故障、機械構件故障、發動機故障等，對故障誘發原因全面了解，避免設備在實際運行中出現故障。同時，為避免故障發生，需要做好事前、事后維修工作，及時發現設備運行過程中存在的安全隱患和故障，提升設備運行質量。另外，對設計不合理的地方及時改進，提升生產系統運行綜合性能，實現煤礦生產效率提升。