采煤机摇臂齿轮箱故障诊断技术与预防研究

2018-02-15张伟

机械管理开发 2018年5期

关键词：摇臂齿轮箱采煤机

张伟

（阳煤集团平舒煤业有限公司，山西寿阳 045400）

引言

摇臂齿轮箱是采煤机的一个重要构件，据统计，摇臂齿轮箱故障发生率接近采煤机故障总量的35%。分析摇臂结构故障并合理选用诊断方法以及降低摇臂齿轮箱故障率是保障煤矿作业生产的一个重要环节。

1 采煤机结构与工作原理简述

采煤机组成部分主要分为三大模块：截割部、牵引部和电气部。其中采煤机截割部通常分为电机、滚筒、摇臂齿轮箱以及滚筒调高装置几个部件；电气部主要是电气箱，其结构分为动力装置、状态栏、牵引调速、故障诊断以及保护装置等几个模块；牵引部则分为行走结构和牵引部齿轮箱两个部分；此外还包括导向装置、操纵杆以及驾驶室等相关结构。采煤机工作原理如下：由截齿滚筒旋转并且在输送机牵引动作下完成采煤动作，摇臂齿轮箱主要传递动力驱动滚筒，滚筒完成装落煤动作，牵引部电机驱动齿轮咬合系统，确保行走与滚筒连续切割，滚筒叶上切割下来的煤块被运至溜槽内。典型的电牵引双滚筒采煤机结构，分为截割部、电动机、牵引部以及相关辅助装置[1]。

采煤机摇臂齿轮箱减速为四级减速系统，包括直齿轮减速与行星轮减速两种减速机构，直齿减速机构为前两组减速系统，行星齿轮减速则为后两组减速系统。

2 采煤机摇臂齿轮箱故障诊断方法

1）观察法。观察法即观察外表结构来分析摇臂齿轮箱故障情况，主要是正常运行状态下和故障状态下的尺寸、凹凸情况与完好程度等等。就不同时期所摄照片予以细致对比观察，找出故障前后的差异，明确故障原因。技术人员还可对齿轮箱零部件实施精确测量，判断其大小和性状有无异常变化，或者提取相应部件，用高倍显微镜放大观察一些肉眼难以判断的问题，以此来完成故障诊断工作。

2）资料分析法。资料分析诊断是煤矿机械诊断的重要方法，采煤机是煤矿生产中的一种大型机械，作业人员必须记录采煤机参数、工作以及保养情况，掌握采煤机使用规范。我们可以通过工作原理进行分析，评估摇臂齿轮箱不同部件的结构、作用、材料、运转时长以及受力情况，有针对性地筛查重点，最终发现问题所在。也可结合往期故障记录，采用类比分析的方法判明故障。这就要求检修人员每次完成检修工作后都要保存相应的保养维修记录，妥善保管资料以供下次检修时参考[2]。

3）振动分析法。一般来说，振动分析法主要是判断齿轮工作状态有无异常的一种建议分析，也可用于精密诊断在工作状态出现异常的齿轮部件并采取相应处理。常用的振动分析法如噪声诊断法、振平值诊断法以及冲击脉冲诊断法等等。技术人员首先应了解设备结构和运行工况，结合设备维修档案选择振动分析方案，根据测试工况、振动方向、数据类型、信号检测类型等数据找出引起振动的部位和原因，最后得出结论。

3 采煤机摇臂齿轮箱发生故障的主要原因

3.1 微观因素

1）高速区齿轮出现故障的原因。总结以往经验，高速区齿轮出现故障的情况通常是在传动中，受井下作业环境恶劣、承受外力冲击较为激烈等因素的影响，摇臂齿轮箱润滑部分经常会出现漏油等现象，啮合齿面之间的油膜受到损坏，这种情况下齿轮齿面受外力影响产生直接接触，即便焊合也会出现相对运动，齿面上的金属层逐渐刮擦滑落，齿轮也受到严重磨损，进而出现较为明显的噪声和抖动。磨损严重时维修人员通常需要对齿轮箱轴承与齿轮全部更换处理。

2）低速区故障原因。摇臂齿轮箱负荷过大，或受到冲击较为严重时，就会引起低速区齿轮故障。首先会导致星轮过载，可引起瞬间断齿、内齿圈疲劳点蚀以及裂纹等现象，同时也会引起大轴承磨损或者剥落等故障，导致行星轮系齿轮轴承出现故障。同时，浮动密封出现疲劳摩擦划伤也会导致摇臂齿轮箱故障。润滑油变质、防尘、防水、防漏工作不到位均会导致浮动密封故障，需要检修人员重视[3]。

3.2 宏观因素

1）作业环境较差。煤矿采掘以及初步加工操作大部分是在井下完成，井下作业环境复杂，灰尘、矿石以及煤屑散落。很多粉尘杂质在煤矿机械作业过程中渗入轴承，导致轴承磨损速度加快，有较大几率引起齿轮箱故障。除此之外，煤矿采掘是长期作业，采煤机常年在矿井下运作，容易受潮湿水汽侵蚀，使用寿命均有不同程度缩短，这也是引起采煤机摇臂齿轮箱故障的一个重要原因。

2）作业时间过长。机器和人一样，也需要保养和休息。煤矿作业中，工作人员可以通过轮班制得到休息，而采煤机则始终保持运转状态，这就很有可能导致设备过度使用的问题。研究表明，持续工作状态下采煤机效用函数直线下降，齿轮发热摩擦有可能导致齿轮断裂，对钢铁韧性有很大的影响，也会对齿轮箱寿命造成较为严重的冲击[4]。

3）维护难度较高。齿轮箱维护工作直接影响机械使用年限，更是保障正常生产的一项必要工作。但现阶段国内维护技术水平不高，难以保障煤炭生产技术需求，为满足煤矿正常作业，停机时间往往比较短，而且采煤机工作时间比较长，难以集中时间开展维修保研工作。从现状来看，国内煤矿机械设备维修水平仍需提高。

4 采煤机摇臂齿轮箱故障的预防措施

1）优化设计水平。齿轮箱故障容易受工作强度以及作业环境的影响，也与结构设计因素以及制造水平有密切关联。要想保障齿轮箱质量，减少故障发生，必须对其工作原理有所了解，重视齿轮咬合情况。考虑到机械自身物理反应，技术人员一般可经由亚表层采集相关信息并加以分析，着眼于易发故障部位，不断优化设计水平，改进用材用料，完善制作工艺，强化齿轮箱结构稳定性以及应用耐久性。

2）根据实际情况选用制造材料。在选择摇臂齿轮箱用材时，既要考虑材料质量，又要遵循经济实用性原则。设计人员要从上述要求出发，结合实践经验、分析数据与及其特点，合理选择相关材料。除了材质的刚性和韧性以外，也要合理选用机油，保障齿轮箱密闭性[5]。

3）规范操作与维护。合理规划机械作业时间，适当调控工作强度，减小齿轮负荷，尽量延长使用年限。为了预防齿轮磨损故障，检修人员应深入研究和分析相关诊断方法，针对性地制订保障与维修策略，延长齿轮箱寿命，确保采煤机正常运转。