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山西省煤炭

優(yōu)秀學(xué)術(shù)論文評(píng)審表

 

論文題目  《綜采設(shè)備故障分析與診斷技術(shù)的應(yīng)用與研究》                                        

申報(bào)學(xué)科組                   學(xué)科組代碼                    

作者姓名  薛鵬   職稱   助理工程師      年齡    30            

工作單位（詳細(xì)）同煤集團(tuán)機(jī)電管理處    職務(wù)  科員           

通訊地址 山西大同礦區(qū)新四區(qū)機(jī)電處     郵編     037003       

聯(lián)系電話  0352-7825414       13753230383                  

 

 

 

推薦單位  同煤集團(tuán)科協(xié)                               

 

 

                                    2011 年 12 月 19日

 

 

 

 

綜采設(shè)備故障分析與診斷技術(shù)的應(yīng)用研究

 

                                   

摘 要：本文以大同煤礦集團(tuán)公司主要機(jī)電設(shè)備使用過程中常見故障為例,針對(duì)煤礦井下設(shè)備的特殊工況，總結(jié)出了適用于煤礦機(jī)電設(shè)備并能夠?qū)υO(shè)備進(jìn)行有效地狀態(tài)監(jiān)測、故障診斷和檢修的方法，從而實(shí)現(xiàn)對(duì)設(shè)備故障的提前預(yù)測和狀態(tài)維護(hù),提高機(jī)電設(shè)備使用效率。實(shí)際的應(yīng)用結(jié)果表明，采用該項(xiàng)技術(shù)可以實(shí)現(xiàn)煤礦設(shè)備的可靠高效運(yùn)行，為煤礦生產(chǎn)的高產(chǎn)、高效提供保障。

關(guān)鍵詞：煤礦機(jī)電設(shè)備   故障診斷  工況監(jiān)測  設(shè)備維護(hù)

 

一、前言

煤礦綜采設(shè)備是煤礦生產(chǎn)的基礎(chǔ)條件和必備手段，對(duì)于現(xiàn)代化礦井而言，高度機(jī)械化是采煤生產(chǎn)的最大優(yōu)勢。在我國高產(chǎn)高效綜采設(shè)備已發(fā)展日益成熟的階段，各大煤礦已廣泛使用綜采設(shè)備。作為高危行業(yè)，綜采設(shè)備安全運(yùn)行不容忽視。

根據(jù)大同煤礦集團(tuán)公司近三年綜采設(shè)備使用情況調(diào)查統(tǒng)計(jì)，在全部綜采事故中，設(shè)備事故占60%以上，而綜采工作面機(jī)電事故占工作面總事故的38.8%～41.8%（其中：采煤機(jī)事故占51.5%，輸送機(jī)事故占31.6%，電氣事故占16.9%）。設(shè)備事故中采煤機(jī)事故居首位，其次是工作面運(yùn)輸機(jī)、平巷運(yùn)輸設(shè)備和電氣事故。由機(jī)電故障引起的停機(jī)時(shí)間，反映了設(shè)備的可靠性、選型合理性以及對(duì)設(shè)備的操作維護(hù)水平。因此，要實(shí)現(xiàn)綜采工作面高產(chǎn)高效，必須千方百計(jì)地提高以采煤機(jī)為龍頭的綜采成套設(shè)備的開機(jī)率。

二、煤礦綜采設(shè)備事故統(tǒng)計(jì)分析與易發(fā)生故障的部位

綜采設(shè)備包括采煤機(jī)、刮板輸送機(jī)、轉(zhuǎn)載機(jī)、破碎機(jī)、液壓支架、泵站以及3.3KV供電及控制設(shè)備。易發(fā)生故障的設(shè)備及其部件有：各類電機(jī)及與電機(jī)相連的耦合器、減速器及主要部件（如：軸承、齒輪）、滾筒、皮帶、變壓器、電纜等。

按故障發(fā)生的原因，從宏觀上看，設(shè)計(jì)過程中材料、配合、潤滑方式選擇不當(dāng)，對(duì)使用條件、環(huán)境影響考慮不周等；原材料不符合技術(shù)條件，鑄鍛件有缺陷等；機(jī)加工、壓力加工和裝配缺陷、焊接缺陷、熱處理變形等；運(yùn)轉(zhuǎn)中沒有預(yù)料到的使用條件影響，已知使用條件發(fā)生變化，過載、過熱、腐蝕、潤滑不良、操作失誤、維護(hù)不當(dāng)、修理不當(dāng)?shù)?，都是造成事故的原因。從微觀上看，發(fā)生機(jī)械故障的原因在于設(shè)備中零件的強(qiáng)度因素與應(yīng)力因素和環(huán)境因素不相適應(yīng)。機(jī)械設(shè)備發(fā)生變形、磨損、斷裂和腐蝕等。其中，磨損最為常見，斷裂后果嚴(yán)重。

以同煤集團(tuán)公司2008為例，綜采機(jī)電設(shè)備共發(fā)生機(jī)電故障223次，設(shè)備具體部位發(fā)生故障175次，累計(jì)影響生產(chǎn)1461.4h，占總故障時(shí)間的78.2%。

設(shè)備狀態(tài)直接關(guān)系到生產(chǎn)效益和生產(chǎn)安全。為此，一是要采用先進(jìn)的設(shè)備維護(hù)與管理方式，對(duì)采煤設(shè)備實(shí)行“健康”狀況連續(xù)監(jiān)測；二是要針對(duì)采煤設(shè)備的特點(diǎn)，針對(duì)性應(yīng)用監(jiān)測監(jiān)控技術(shù)；三是要建立起新的設(shè)備維修與維護(hù)管理體系，實(shí)行狀態(tài)監(jiān)測、點(diǎn)檢維護(hù)、故障診斷、預(yù)測維修等系列內(nèi)容，從根本上解決現(xiàn)有設(shè)備管理中存在的問題，延長設(shè)備的使用壽命，做到科學(xué)管理、合理使用、預(yù)知檢修和安全運(yùn)轉(zhuǎn)。

三、煤礦綜采設(shè)備故障的綜合診斷分析方法

由于煤礦綜采設(shè)備在井下不具備在現(xiàn)場解體檢查或維修的條件，出于安全保障和經(jīng)濟(jì)效益的考慮，機(jī)電設(shè)備的監(jiān)視和維護(hù)便成為設(shè)備技術(shù)管理的重要內(nèi)容。近幾年，隨著煤礦設(shè)備技術(shù)含量的提高，設(shè)備的故障診斷技術(shù)也逐步從簡易監(jiān)測到精密診斷，由單一手段（或儀器）到綜合方法（或系統(tǒng)）、由離線監(jiān)測到在線監(jiān)測、由定性分析到定量分析，由監(jiān)測到診斷進(jìn)而到維修管理的方向發(fā)展。

通過對(duì)事故發(fā)生點(diǎn)的統(tǒng)計(jì)分析，綜采設(shè)備多發(fā)生的是軸系故障，包括齒輪、軸承、密封、不平衡等各類故障；另外如電機(jī)及電氣故障，液壓系統(tǒng)故障，結(jié)構(gòu)件變形損傷，受沖擊過載斷鏈、撕帶等也是常發(fā)生的故障。針對(duì)不同的故障分別采用不同的診斷方法。通過對(duì)設(shè)備的電動(dòng)機(jī)、電控系統(tǒng)、軸承、液壓系統(tǒng)、油液和乳化液、運(yùn)行狀態(tài)以及溫度、壓力、流量、電壓、振動(dòng)、加速度、速度、位移、力和轉(zhuǎn)矩等物理量進(jìn)行監(jiān)測，就能夠?yàn)榘踩a(chǎn)、避免直接或間接經(jīng)濟(jì)損失發(fā)揮重要作用。

同煤集團(tuán)公司在綜采設(shè)備巡檢過程中，常用的故障監(jiān)測方法有以下幾種，現(xiàn)就這些方法的原理及優(yōu)勢闡述如下：

1、利用鐵譜分析法進(jìn)行油液分析

設(shè)備零部件的磨損失效是影響設(shè)備正常運(yùn)行的主要故障之一，有80%的機(jī)械設(shè)備失效是磨損失效。在任何機(jī)械系統(tǒng)中，伴隨相接觸的零件間的相對(duì)運(yùn)動(dòng)，都會(huì)發(fā)生磨損。實(shí)踐證明，設(shè)備的潤滑狀況決定和反映了它的運(yùn)行狀況，只有設(shè)備潤滑好，才能保證其正常運(yùn)行。因此，定期對(duì)設(shè)備的潤滑狀況進(jìn)行檢查十分必要。在實(shí)際工作中，我們通過對(duì)設(shè)備潤滑油液的分析，來發(fā)現(xiàn)和防止設(shè)備的故障。對(duì)油液的分析最常用的就是鐵譜分析法，它可以有效地監(jiān)測設(shè)備潤滑油所含磨損顆粒的成分及其含量的變化，可以準(zhǔn)確地檢測潤滑油污染度和變質(zhì)的程度。

鐵譜分析法的基本原理和方法就是用磁性方法把混于潤滑油中的鐵質(zhì)磨粒分離出來（采用鐵譜儀），并按其尺寸大小依次不重疊地沉淀到一塊透明的基片上（即制作譜片），在顯微鏡下或用肉眼直接觀察，對(duì)磨粒的形態(tài)特征、尺寸大小及其差異等表面形貌及成分進(jìn)行檢測和定性分析，進(jìn)而判斷磨損故障的部位、嚴(yán)重程度、發(fā)展趨勢及產(chǎn)生的原因等。

煤礦綜采工作面所用的采煤機(jī)械，由于工作環(huán)境惡劣，潮濕、煤塵粉塵大，且大多屬低速、重載的行走設(shè)備，工作過程中還伴隨著強(qiáng)烈的沖擊和振動(dòng)，對(duì)這些設(shè)備故障的監(jiān)測通常首選鐵譜分析法。它是通過采集設(shè)備的潤滑油對(duì)其進(jìn)行分析來監(jiān)測機(jī)械傳動(dòng)系統(tǒng)的運(yùn)行工況。

2007年8月，大斗溝礦綜采隊(duì)SSJ-1000/200型帶式輸送機(jī)的1號(hào)減速箱在一次取油樣中發(fā)現(xiàn)大量球形顆粒，判斷為滾動(dòng)軸承工作不正常，后經(jīng)拆檢發(fā)現(xiàn)第二軸滾動(dòng)軸承的軸承架已磨損，出現(xiàn)了事故隱患。由于預(yù)報(bào)和處理及時(shí)，防止了由此產(chǎn)生的停機(jī)事故。

實(shí)踐證明，鐵譜分析法是設(shè)備工況監(jiān)測和預(yù)知維修行之有效的重要手段。

2、利用振動(dòng)進(jìn)行設(shè)備診斷  

設(shè)備運(yùn)行過程中，由于運(yùn)行、操作、環(huán)境等方面的原因所造成的狀態(tài)的劣化，會(huì)表現(xiàn)為振動(dòng)的異常，同時(shí)過大的振動(dòng)又往往是設(shè)備破壞的主要原因。設(shè)備發(fā)生故障時(shí)，常表現(xiàn)為振動(dòng)頻率的變化。我們通常通過檢測振動(dòng)的頻率、轉(zhuǎn)數(shù)、振動(dòng)的速度、加速度、位移量、相位等參數(shù)，運(yùn)用頻域分析法對(duì)電機(jī)以及各種齒輪箱等旋轉(zhuǎn)機(jī)械轉(zhuǎn)子的不平衡、軸的不對(duì)中、機(jī)件松動(dòng)、結(jié)構(gòu)共振、軸承及齒輪嚙合等故障進(jìn)行分析，從中找出產(chǎn)生振動(dòng)變化的原因，避免事故的進(jìn)一步發(fā)生。  

    3、超聲波診斷法  

    超聲波通過裂紋時(shí)反射超聲波將發(fā)生異常，據(jù)此可確定材料的裂紋情況。超聲波監(jiān)測技術(shù)就是利用材料本身或內(nèi)部缺陷對(duì)超聲波傳播的影響，來探測材料內(nèi)部及其表面缺陷的大小、形式及分布情況。它比較廣泛地應(yīng)用于機(jī)器部件內(nèi)部缺陷的檢測診斷。如對(duì)曲軸的拉傷和變形等故障進(jìn)行診斷。 

    4、聲發(fā)射診斷法  

    聲發(fā)射診斷法是一種動(dòng)態(tài)的無損檢測方法。它根據(jù)材料的微觀變形和開裂以及裂紋的發(fā)生和發(fā)展過程所產(chǎn)生聲發(fā)射的特點(diǎn)及強(qiáng)度來推知聲發(fā)射源目前的狀態(tài)（存在、位置、嚴(yán)重程度），而且可知道它形成的歷史，并預(yù)報(bào)其發(fā)展趨勢。  

由于聲發(fā)射方法能連續(xù)監(jiān)視結(jié)構(gòu)內(nèi)部損傷的全過程，還可預(yù)測結(jié)構(gòu)的壽命，因此得到了廣泛應(yīng)用。通常我們運(yùn)用聲發(fā)射方法來進(jìn)行金屬塑性變形的分析、強(qiáng)力膠帶鋼芯的斷絲及提升機(jī)鋼絲繩的損壞等斷裂韌性的監(jiān)測、疲勞裂紋擴(kuò)展的檢測、運(yùn)轉(zhuǎn)機(jī)械的狀態(tài)監(jiān)測、探測焊接過程的裂紋產(chǎn)生及擴(kuò)展等等。

2007年，為忻州窯礦從波蘭引進(jìn)的SOS微震監(jiān)測系統(tǒng)，就是采用聲發(fā)射技術(shù)而研制的用來在巖體中定向致裂，通過分析對(duì)礦井的沖擊地壓進(jìn)行防治，改進(jìn)礦井巷道的維修條件，誘發(fā)頂板垮落等。

    5、紅外線診斷法  

溫度是表征設(shè)備運(yùn)行狀態(tài)的一個(gè)重要指標(biāo)，設(shè)備出現(xiàn)機(jī)械、電氣故障的一個(gè)明顯特征就是溫度的升高，同時(shí)溫度的異常變化又是引發(fā)設(shè)備故障的一個(gè)重要因素。因此，溫度監(jiān)測在設(shè)備故障診斷中占有重要的地位，實(shí)際廣泛應(yīng)用的是紅外診斷技術(shù)，它通過測定設(shè)備輻射出的紅外線，確定溫度分布，以確定設(shè)備是否有異常。紅外測溫具有非接觸、便攜、快速、直觀、可記錄存貯等優(yōu)點(diǎn)，我們在設(shè)備日常的巡檢中多采用便攜式紅外點(diǎn)溫儀進(jìn)行電機(jī)軸溫的測定及故障判定。

四、結(jié)語

據(jù)歐美及日本等工業(yè)發(fā)達(dá)國家的有關(guān)權(quán)威部門統(tǒng)計(jì)，實(shí)施狀態(tài)監(jiān)測與故障診斷技術(shù)，企業(yè)可以減少50%的重大安全事故，設(shè)備停機(jī)時(shí)間減少40-60%，設(shè)備維修費(fèi)用降低10-25%，整體投資收益率達(dá)1：17，據(jù)中國相關(guān)部門預(yù)測，對(duì)應(yīng)于國內(nèi)一些粗放式管理的企業(yè)，這些指標(biāo)要高于工業(yè)發(fā)達(dá)國家。

應(yīng)當(dāng)說，狀態(tài)監(jiān)測和故障診斷技術(shù)無論是其技術(shù)本身，還是其應(yīng)用范圍和應(yīng)用效果均得到了極大的擴(kuò)展和提高。實(shí)現(xiàn)有計(jì)劃、有針對(duì)性地按狀態(tài)檢修，可以縮短檢修時(shí)間，提高檢修質(zhì)量，減少備件儲(chǔ)存，提高設(shè)備維修管理水平。為此，采用先進(jìn)的監(jiān)測診斷儀器、預(yù)測故障隱患，是迫切需要解決的問題。要發(fā)展和推廣應(yīng)用狀態(tài)檢修、壽命管理、風(fēng)險(xiǎn)管理等新技術(shù)，就要將狀態(tài)監(jiān)測和故障診斷技術(shù)與先進(jìn)的設(shè)備管理理念結(jié)合起來，使之得到更大的發(fā)展。這是煤礦機(jī)電設(shè)備狀態(tài)監(jiān)測和故障診斷技術(shù)主要的發(fā)展方向，而實(shí)際效果也證明了這一點(diǎn)。

 

 

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