矿井提升机减速器常见故障研究与故障树分析

郭振华

（同煤集团煤峪口矿， 山西 大同 037003）

引言

矿井提升机是煤矿生产设备的主要四大件之一，其能否安全可靠的运行对企业效益和工人安全产生直接的影响。在矿井提升设备中，减速器是非常重要的部分，一旦发生故障会影响提升机的运行效率。因此，分析减速器的常见故障以及故障诊断有着非常重要的实践意义。

20世纪60年代，故障树分析法被美国的贝尔实验室首先提出，是基于图形演绎的逻辑分析方法。通过故障树分析，可以比较方便、迅速、准确找到系统故障的主要原因，发现薄弱坏节，同时还可以利用数学计算来确定故障的发生概率，以此作为科学、客观判断故障原因、选择故障处理方法的理论依据。

1 提升机减速器概述

目前，煤矿运行的提升机一般是三班运行，启动、制动频率很高，且正反向运转。提升机启动时，其尖峰负荷是正常运行负荷的1.5～2倍。在提升设备中，减速器的作用是把正常电机变成减速电机，增加电机的转矩，使电机的输出动力转化为提升卷筒的运行转速，增大电机所能承受的负载大小。在生产实践中，减速器的选型往往是通过计算提升机的运行载荷来确定的，不同的提升系统可能使用不同的减速器。但是，减速器的原理基本都是相同，因此，本文对减速器进行的故障分析和故障诊断基本适用于所有设备。

2 提升机减速器常见故障分析

2.1 齿轮的损伤与失效

矿井提升机减速器损伤与失效主要包括：裂纹、断齿、齿面疲劳、齿面损耗、胶合以及永久失效。

1）裂纹。在齿轮损伤与失效中，最常见的故障是裂纹。导致裂纹的主要有两种：一种是齿轮在铸造过程中就存在缺陷，可以靠提高铸造工艺水平改善；另一种是在使用过程中外部应力大于内部抗拉能力，使得齿轮开裂，这就说明齿轮强度不合适，需要更换齿轮或者降低工作强度。

2）断齿。齿轮的齿出现一个或多个局部断裂的现象叫做断齿。由于矿井提升机长时间高强度的运行，会造成齿轮与齿轮之间的不断摩擦，导致材料强度降低。如果继续高强度运行的话，就会出现断齿现象，给安全生产带来较大的隐患。因此要加强对设备的日常维检和定期检修，对出现问题的齿轮要及时进行更换。

3）齿面疲劳。齿轮在不断摩擦时，会在其表面形成疲劳裂纹，而且有可能继续发展成为较大的损伤，这种现象叫做齿面疲劳。如果在维检中发现齿轮表面有凹凸，就要将凹凸处打磨平滑，并及时更换极压润滑油。

4）齿面损耗。在齿轮的损伤与失效中，最不可避免的损伤就是齿面损耗。这是由于齿轮与齿轮之间不停的滑动摩擦造成的。润滑油在一定程度上能够减轻摩擦产生的损耗，但是也无法完全避免。所以，即使齿轮质量很好，在长时间的使用之后，也要进行更换。如果发现齿面损耗严重，则需要判断是否是生产工艺方面存在缺陷。

5）胶合。齿轮在运行过程中，如果压力突然变大或者润滑油质量较差，就会使得油膜在压力作用下破裂，这种情况也会造成金属发生直接接触而融化粘连。此时，如果齿轮继续运行则会使得粘连部位撕裂，损伤齿轮。这种问题需要及时更换润滑油，并对损伤处进行打磨。

6）永久变形。如果齿轮承受的应力远远超过其材料极限，那么齿轮就会发生不可修复的永久变形，此时只能直接更换承载强度更高的新齿轮。

2.2 轴承的损伤与失效

在减速器故障中，有时会出现轴承损伤与失效。但是轴承的损伤一般无法用肉眼直接看出，只能通过观察轴承的运行情况来进行判断，比如齿轮的不规则运行、齿轮的摩擦加大等。如果要准确判断轴承故障，则需要专业的仪器仪表来检测轴承运行时的噪声、温度和声音异常等。

2.3 润滑油泄漏

齿轮运行时，润滑油的使用能够确保齿轮之间的正常咬合，并且减少摩擦产生的热量。因此，矿井提升机减速箱内都一般装有大量润滑油。如果减速箱存在设计缺陷或者密封存在不严密问题，就会导致润滑油泄漏。缺少润滑的齿轮，磨损会加快加大，而且产生工作异常，比如噪音增大、温度升高等。因此，必须确保润滑油的密封良好。

2.4 箱体的变形

矿井提升设备工作环境恶劣，减速器在使用过程中还可能会移动位置。狭小空间内的移动可能造成箱体变形。所以，在减速器箱体吊装的时候要尽量避免其碰撞形变。如果箱体发生了变形，则要进行安全评估，要及时维修或更换。

3 提升机减速器故障树分析

3.1 故障树的建立

根据前面对矿井提升机减速器的故障分析，可以建立故障树，故障树包括3个逻辑或门和10个底事件。其示意图如图1所示。图中各代号的说明如表1所示。

图1 煤矿提升机减速器故障树示意图

表1 故障树代号与内容说明

3.2 定性分析

对图1所示煤矿提升机减速器故障树进行定性分析，求该故障树的最小割集，以此判断相关底事件对与顶事件的影响。通过简单的布尔运算可以求得系统最小割集。通过逻辑分析，由于故障树中每个底事件均为逻辑“或”，因此最小割集为：

从（式1）可以看出，提升机减速器故障树的最小割集为{x1}{x2}{x3}{x4}{x5}{x6}{x7}{x8}{x9}{x10}。也就是说，故障树分析中所有底事件均为顶事件的最小割集，那么每一个因素的出现都可能导致整个系统的故障，该系统可靠性较低。

3.3 定量计算

根据故障树的定量计算方式，计算故障发生概率如式2所示：

即 ：P=1-（1-x1）（1-x2）（1-x3）…（1-x8）（1-x10）。

当已知系统中各因素的发生概率时，就可以通过上式求出系统可靠性。

3.4 结果说明

从故障树定性分析得出，每个底事件都可能导致减速器故障，因此在日常维检过程中，要对各个底事件都加强重视。只要统计出每个因素的发生概率，就可以进一步计算顶事件发生概率。

故障树分析法可以对矿井提升机减速器进行比较客观、科学的故障分析，并作为故障诊断、故障检修的理论依据，具有一定的科学性和实践性。

4 结语

通过对矿井提升机减速器进行故障分析，建立了由3个逻辑或门、10个底事件构成的故障树。从定性分析与定量计算来看，故障树分析法可以作为减速器故障诊断、故障检修的理论依据，具有一定的科学性和实践性

参考文献

[1]杨红燕.关于煤矿提升机减速器的常见故障分析及技术改进[J].科技风，2012（4）：138-139.

[2]夏聪，刘同冈，王松，等.矿井提升机减速器状态监测与预报系统设计与软件开发[J].煤矿机械，2011（6）：271-272.

[3]赵亮培.基于故障树分析的液压系统故障诊断研究[J].机床与液压，2009，37（2）：199-200.

[4]马凤和，李颖.对矿井提升机使用过程中减速器相关问题的探讨[J].中国科技纵横，2012（21）：182-183.