應用無損檢測技術提高煤礦機械設備故障診斷水平

摘要：將無損檢測技術應用于煤礦機械設備，對有效監督煤礦機械設備運轉情況，及時診斷出煤礦機械設備運行中的故障，提升煤礦機械設備維修質量和效率，具有十分重要的意義。在簡述無損檢測技術的應用特征、應用領域，以及煤礦機械設備的種類和故障特點的基礎上，敘述了無損檢測技術的檢測類別、檢測特點和技術參數。以某煤礦企業為例，使用RION VA-12型振動測試分析儀，對1臺銑削式滾筒采煤機進行預防性超聲波無損檢測，取得的良好修復效果，最后對無損檢測技術的發展前景進行展望。

關鍵詞：煤礦機械設備；無損檢測技術；故障診斷；應用實踐

0 " 引言

機械設備在我國煤礦、建筑、公路等領域的施工生產中發揮著舉足輕重的作用，如果機械設備出現故障，將對施工生產帶來較大影響，會造成工期滯后、產量下降、效益減少。為了預防機械設備發生故障，保證機械設備正常運轉，需要通過各種檢測手段對機械設備進行預防性檢測，防止和減輕機械設備發生的故障。將無損檢測技術應用于煤礦機械設備，對有效監督煤礦機械設備運轉情況，及時診斷出煤礦機械設備運行中的故障，提升煤礦機械設備維修質量和效率，具有十分重要的意義。

1 " 無損檢測技術應用特征與應用領域

1.1 "應用特征

無損檢測技術的主要特征是在機械設備檢測過程中，不會給被檢測零部件造成損害，不影響機械設備的使用性能。無損檢測通常采用射線檢測、超聲波檢測和電磁波檢測等技術。

1.2 "應用領域

目前無損檢測技術的應用領域逐漸拓寬，化工、航天、建筑、礦山等領域的機械設備制造和維修，都應用了有無損檢測技術。為了適應經濟社會發展需要，無損檢測技術的診斷能力不斷提升，在機械設備制造和維修領域中發揮出越來越重要的作用。

2 " 煤礦機械設備種類和故障特點

2.1 "種類

煤礦機械設備主要包括掘進機、采煤機、刮板運輸機、液壓支架等。其中掘進機可分為開敞式掘進機和護盾式掘進機，其主要由切割機構、裝運機構、行走機構、伸縮機構和回轉機構等組成。采煤機可分為鋸削式、刨削式、鉆削式和銑削式4種，以銑削式滾筒采煤機的使用范圍最廣。銑削式滾筒采煤機主要結構包括機身、液壓系統、控制系統、截割機構、行走機構、牽引系統等。

2.2 "故障特點

以某煤礦企業為例，該企業采用各種煤礦機械設備進行煤礦生產作業。在煤礦生產過程中，煤礦機械設備長期在陰暗、潮濕、多塵等惡劣環境中進行生產作業，不斷承受巨大載荷和沖擊力，其掘進機和采煤機的傳動裝置和工作裝置磨損速度快、故障頻率高，其中傳動裝置中的變速器、減速器等更容易損壞，直接影響煤礦的生產效率。

3 " 無損檢測技術的應用

3.1 " 檢測類別

根據煤礦機械設備的結構和故障特點，選用微波檢測、中子檢測、射線檢測等無損檢測技術對其進行檢測和診斷。例如采用A型脈沖反射超聲波檢測技術，對動力軸和傳動軸進行檢測，具有較好的檢測效果；采用射線檢測技術對構件焊縫進行檢測，可檢測出細小焊縫開焊等問題。可根據煤礦機械設備零部件壁厚情況，確定使用某類無損檢測技術。不同厚度零部件的無損檢測類別，如表1所示。

采用無損檢測技術診斷出煤礦機械設備的零部件故障后，要對故障類型、故障大小、零部件材質等進行系統分析，制定出有針對性的解決方案，使無損檢測技術在煤礦機械設備故障診斷中發揮出最佳效果。

3.2 " 檢測特點

采用無損檢測技術對煤礦機械設備進行故障檢測，具有以下3個特點：一是能夠實時監控煤礦機械設備在作業過程中出現的零部件故障，可促進故障的早發現、早修復，以減少損失；二是能夠準確診斷和掌握煤礦機械設備零部件故障部位，據此制定詳細的維修方案；三是能夠保護無缺陷、無故障零部件，提升煤礦機械設備零部件維修數據的精準性。

3.3 " 檢測要點

在不損壞被檢測煤礦機械設備正常零部件前提下，應正確使用無損檢測技術手段進行故障檢測，并在此基礎上制定出零部件故障修復方案。使用振動測試分析儀，對煤礦機械設備容易發生故障的部位進行振動檢測，可發現并準確診斷故障部位和故障情況，為后續修復工作提供可靠依據。例如使用RION VA-12型振動測試分析儀，對煤礦機械設備的傳動裝置進行無損振動檢測，可準確測量和分析檢測出的數值，并通過顯示器識別故障類型。

4 " 案例分析

4.1 " 故障現象

某煤礦企業在使用RION VA-12型振動測試分析儀，對1臺銑削式滾筒采煤機進行日常預防性超聲波無損。檢測過程中，發現其搖臂減速器的測量數值異常。為了不給煤礦生產造成大的影響，需要進一步檢測并確定故障部位，并盡快組織修復。

4.2 " 檢測方法

使用RION VA-12型振動測試分析儀繼續進行檢測。采用鋸齒形掃描的方式對該減速器進行檢測，通過檢測畫面查看該減速器是否存在故障。發現該減速器故障部位后，進行二次掃描。二次掃描采用前后、左右、轉角以及環繞等掃描方式，對該減速器故障部位及其周邊進行掃描，明確故障的具體位置以及故障的形狀，分析和確定引發故障的原因。

在掃描過程中，傳感器探頭的覆蓋面大于探頭直徑的10%。當掃描部位的底板達到20mm以下時，調整掃描刻度，檢測靈敏度要達到10dB。當掃描部位的底板達到20mm以上時，將相關刻度調至滿格，以保證檢測數據的精準性。

4.3 " 檢測結果

使用RION VA-12型振動測試分析儀對該減速器進行檢測后，對形成的工況圖進行結構化分析，對檢測得到的相關振動信號展開數字化分析。

分析結果表明，該減速器傳回信號的波動幅度較大，如振動周期為0.077s，振動頻率為22.3Hz。將減速器的檢測數據與齒輪軸的轉動頻率進行對比，發現齒輪軸的振動頻率為620Hz，并且其檢測到的振動峰值較小，同時數值分布相對分散，且振動頻率等同于嚙合頻率。

根據上述檢測數據，維修技術人員確定該齒輪軸嚙合頻率為620Hz屬于正常，而該減速器存在故障。搖臂減速器與齒輪軸振動檢測參數對比如表2所示。

4.4 " 故障部位確定

在對該銑削式滾筒采煤機進行檢測后，確定其故障部位為減速器齒輪軸。將該減速器解體、清洗后發現，該減速器殼體上出現裂縫，殼體一側的齒輪軸軸承（銅套）磨損嚴重，殼體上2處齒輪軸座孔密封件漏油嚴重。為了恢復該減速器使用性能，保證該銑削式滾筒采煤機的正常使用，維修技術人員針對該減速器的3處故障，制定了切實可行的維修方案，開展了修復工作。

4.5 " 故障修復

4.5.1 " 修復方案

為了修復該減速器的故障，制定了以下修復方案：一是將該減速器拆下、解體、清洗、去除油漬；二是補焊減速器殼體裂縫，并將焊縫打磨平整；三是更換齒輪軸磨損的軸承（銅套），四是更換減速器殼體上齒輪軸座孔密封件。

4.5.2 " 修復減速器殼體裂縫

根據該減速器殼體材料特性、裂縫部位和長度等實際情況，修理技術人員決定采取鋼板修補技術手段。采用厚度為3mm的鋼板作為補板材料，設置焊縫參數和技術要求，以保證焊縫質量。完成焊縫焊接后，將焊縫打磨平整。

4.5.3 " 修復齒輪軸軸承

首先，將該減速器殼體上已經磨損的齒輪軸軸承（銅套）拆下。

其次，使用內徑量表精確測量銅套座孔尺寸，使用外徑千分尺測量齒輪軸軸端與銅套配合部位的直徑尺寸，并做好記錄。

再次，繪制齒輪軸銅套加工圖紙，確定并標注銅套外徑與銅套座孔的過盈配合尺寸和公差，確定并標注銅套內徑與齒輪軸軸端外徑的間隙配合尺寸和公差。

然后，車削齒輪軸銅套，其外徑尺寸按照圖紙尺寸加工，其內徑尺寸比照圖紙尺寸適當留出加工余量。

接著，將加工銅套壓入軸承座孔內，將該減速器殼體安裝在鏜床工作臺上，測量并找正減速器殼體上齒輪軸兩端座孔的同軸度。

最后，使用鏜床將銅套內徑鏜削到圖紙標明的尺寸和公差范圍之內。按照上述修復方案對減速器齒輪軸軸承（銅套）完成修復，取得了預期的良好效果。

4.5.4 " 更換減速器殼體上的密封件

雖然該減速器殼體上，只有2處齒輪軸座孔的密封件因漏油嚴重需要更換，但考慮到其他密封件經過長期使用也存在磨損、老化現象，于是在此次該減速器修復時，將全部密封件予以更新。

經過以上修復，該銑削式滾筒采煤機搖臂減速器得到修復，修復后使用RION VA-12型振動測試分析儀對該減速器再次進行檢測后，各項檢測數據恢復正常。

5 " 無損檢測技術發展前景

5.1 " 制定無損檢測診斷標準

用于煤礦、建筑、公路等工程施工和生產作業的各類機械設備，承擔了強度很大的施工生產任務，為了保證施工生產質量和效率，須采用性能先進、安全可靠的機械設備。各類機械設備容易發生故障的部位各不相同，開展無損檢測的技術標準也存在差異。因此應針對各類機械設備發生故障的特點和實際情況，制定明確的無損檢測診斷標準，保證各類機械設備的無損檢測質量，為做好故障診斷后的維修工作打好基礎。

5.2 " 研發無損檢測技術配套設備

將無損檢測技術與計算機技術和信息技術相融合，能夠有效提升檢測質量和效果。例如超聲波無損檢測，可借助計算機技術和信息技術，實現數據采集、數據處理、遠程控制等智能化功能，進行科學、精密運算，能夠在短時間內整合機械設備檢測信息資料，提升檢測數據的可靠性、檢測質量和效率，縮小檢測數據的誤差，促進提高機械設備維修效果。

6 " 結語

無損檢測技術在我國機械設備故障診斷中具有重要地位，將無損檢測技術應用于煤礦機械設備，對有效監督煤礦機械設備運轉情況，及時診斷出煤礦機械設備運行中的故障，提升煤礦機械設備維修質量和效率，具有十分重要的意義。

本文以某煤礦企業為例，針對煤礦機械設備的特點，闡述無損檢測技術的應用優勢，發揮無損檢測技術在煤礦機械設備維修中的重要作用，展望無損檢測技術發展前景，以期提高煤礦機械設備故障診斷和維修水平。

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