采煤机常见故障分析和故障诊断的基本方法研究

2018-02-15屈阳

机械管理开发 2018年7期

屈阳

（汾西矿业集团南关煤业公司，山西灵石 031300）

引言

采煤机是整个煤矿生产链条中非常关键的一环，其囊括了机械、液压传动和电子电气等多种功能，结构精密而复杂。而采煤机作业环境则相对恶劣复杂，对采煤机系统运行造成了很大的威胁，一旦采煤机发生故障停机，综采面生产就会停转，这给煤矿生产作业带来极为严重的干扰。为了第一时间查明并排除故障隐患，煤矿设备检修管理部门应建立并完善采煤机故障诊断体系，对采煤机运行工况予以有效监测控制，及时诊断明确故障，并采取必要的预防措施[1]。

1 采煤机常见的几种故障

1.1 机械系统故障

采煤机机械系统故障一般以轴承部位最为多见。在采煤机结构中，牵引链轮受力分布不均且载荷较大，易使轴承部分磨损、滚动体破裂等问题多发。此类故障对链轮以及链轮轴等机械零件性能以及结构完整性造成严重影响[2]。同时，采煤机摇臂传动轴也承受较大的应力，特别是在运转状态下，采煤机摇臂不停升降，如果润滑措施不到位或不合理，就会导致轴承磨损，从而引发故障。应注意的是，除轴承过载可导致轴承故障外，轴承安装不到位、润滑系统污染、支撑座变形以及润滑效果不佳等因素同样会导致轴承故障。除此之外，轴承材料缺陷、设计因素以及制造流程等因素均对轴承使用性能和寿命产生不同程度的干扰。

机械系统中，除比较常见的轴承故障外，也包括其他部分的故障。齿轮传动以及联结模块故障可引起部件过载受损以及疲劳破坏问题；联结松动则会导致系统载荷分布异常，引起部件受损甚至锻炼问题。上述故障现象均会导致采煤机机械部分不同程度发热，局部温度异常升高。无论是安装制造还是后期使用、零部件缺陷，均会影响采煤机整机运行状态。

1.2 液压系统故障

在采煤机结构中，液压系统可谓整个系统中最容易出现故障的部分，其故障频率也居于采煤机各模块之首。虽然随着现代科技和煤矿综采设备技术的不断发展完善，自动调速以及过载保护等技术开始应用于采煤液压系统上，但其依然难以有效预防和避免液压系统故障。首先，采煤机作业环境比较恶劣，液压系统容易受到井下诸多不良条件的影响，其故障因素极为复杂，检修人员很难第一时间发现并明确故障类型和发生未知。其次，井下恶劣的作业环境也使得检修人员难以全面深入排查和检修液压系统，如果检修操作不当，还有可能引起设备二次污染问题[3]。在液压系统故障中，油液污染是发生率最高的一种故障，如果油液中掺杂过量杂质，电机马达和液压泵就会受到严重磨损，导致油液泄漏。这直接影响系统内部油液流量，工作压力骤降且局部温度异常升高。情况严重者或造成控制阀失控以及阀芯移动受阻等现象，系统内部压力以及流量也随之出现异常。此外，外部杂质入侵以及系统密封性能不佳同样会导致系统泄漏等一系列故障问题。

2 采煤机常见故障的几种诊断方法

2.1 铁谱分析法

机械故障诊断法中应用最常见的一种是铁谱分析法，该诊断方法适用于低速、高冲击力以及高载荷机械设备，采煤机就是此类机械设备中的一种，所以采用铁谱分析法检测采煤机故障是比较合理的。其原理主要是采用高强度磁场对机械设备润滑系统加以处理，处理后油液黏滞阻力、磁场力以及重力值较高，进而根据大小将油液中的磨粒依次分离，最终根据颗粒大小在基片上沉淀并制备为谱片。检测人员通过显微镜对磨粒体积和具体形状进行观察，对磨粒类型做出进一步分析；通过光密度计计算统计磨粒数量，并结合颗粒体积、密度以及成分评估采煤机零部件磨损原因、严重程度以及具体磨损部位[4]。

2.2 温度监测法

此种诊断方法具有快速灵敏的应用优势，而且准确性非常高。一旦系统零部件承受的摩擦应力超出正常水平，设备就会受到极大磨损，然而磨损检测以及油样分析往往耗时较长，检修人员难以快速检出故障并采取有效的止损措施[5]。相比之下，温度监测可以直接反映系统部件磨损情况，检修人员利用监控系统实时掌握采煤机温度，通过在线监测的方式即可对采煤机运行状态做出及时有效的分析和评估。

同时，采煤机故障诊断中的温度监测方法具有很高的实用性。因为在温度监测功过程中，监测模块主要集中于油箱以及机械轴承等关键部位。检修人员可实时掌握这些观测指标的温度变化，定时对其温度动态变化做出记录，并在此基础上分析温度变动趋势，做出合理的预估和评测。检修人员还应定期开展油样分析，以便于明确采煤机出现的故障问题，合理预测系统运行状态。

对于液压系统，检修人员对采煤机检修的过程中可首先掌握系统温度、压力以及流量等多项指标，在此基础上做出故障检测诊断。还可按照功能不同把液压系统分为不同部分，通过布设温度传感器以及压力传感器等方式在不同位置建立在线监测点，设置配套的检测场。一旦建立检测场，检修人员可基于系统温度以及压力变化做出综合分析和判断，实现故障点的快速定位，并明确故障诱因。除此之外，液压系统诊断中也可采用油样分析法，定期对油液污染程度实施检测，及时采取相应的清理措施，有效解决液压油质污染问题，避免故障恶化进展，为系统运行安全和稳定性提供必要保障。

2.3 人工智能诊断法

考虑到采煤机故障的隐蔽性和复杂性，普通检测手段可能有所遗漏，难以及时查明故障，导致检修效率偏低，甚至存在诊断错误、故障恶化、延误抢修等现象。随着近年来人工智能技术的广泛应用，采煤机故障诊断有了新的方向，采煤机专家诊断系统应运而生。该系统可有效诊断一些具有较高复杂性以及隐蔽性的系统故障，其诊断效果与系统知识质量以及知识容量有密切关联。通常来说，专家系统的知识架构包括大量启发性以及事实性信息，这些内容业已经过行业领域内专家认证。其中启发性信息以专业判别规则为主，其源自专家解决问题的思路和做法，经过精炼并且规范化处理，具有启发性特点。综合此类专业性知识，通过搭建知识数据库的方法来支持系统故障诊断，其诊断水平也明显高于单一系统。而且专家系统对于一些残缺遗漏不够完整的信息，或者相互矛盾的信息都能予以有效处理，并提出一种或多种可行性解决方案，同时结合知识库信息对故障诊断与推理过程做出阐释和说明，最终结论也更为可靠。