采煤机传动装置故障诊断系统的研究

2020-04-12卢闫满

机械管理开发 2020年12期

卢闫满

（西山煤电马兰矿，山西古交030200）

引言

在煤矿生产过程中，采煤机是其中一种最重要的设备，主要进行装煤和落煤的工作，在煤矿工作中，采煤的质量以及工作的效率都与采煤机的工作有着很大的关系[1]。由于煤矿的工作环境差，而且在采煤的过程中，很多时候会遇到一些不规则的煤层，硬度和材质上存在差异，容易使采煤机发生故障。其中采煤机的传动装置，属于比较容易发生故障的装置，一旦传动装置发生故障，不仅影响了工作效率，造成经济损失，还有可能威胁到人身安全。所以，对采煤机传动装置的故障检测诊断十分重要[2]。

1 采煤机传动装置的主要工作参数

采煤机的主要结构包括有电动机、截割部、牵引部等。其中，电动机主要是为采煤机提供动力，利用对齿轮的驱动，实现不同装置的运行。截割部主要是进行装煤和落煤的工作，它的动力也是通过齿轮实现传动[3]。对于截割部的传动，由于它的负载比较大，而且功率高，在工作的过程中会受到一定的冲击，容易产生故障，所以对于截割部的传动装置每隔一段时间就需要进行润滑。牵引部的作用就是驱动采煤机，根据不同的采煤进度实现采煤机的位置调整[4]。

在采煤机的工作过程中，对它的工作状态可以通过几个工作参数进行检测。首先是振动，在工作中由于传功装置靠的是齿轮的运转，避免不了会发生振动，而振动是否异常会影响运行状态；其次是温度，温度的高低反应了运行状态是否正常；再次是电压和电流，可以直接反应工作中的功率损耗，是否有异常电压电流的产生；最后是转速，也是根据工作状态来判断是否转速过快造成异常[5]。

2 采煤机传动装置的运行故障

在煤矿的生产中，环境比较差，存在有很多的污染物，比如说粉尘、煤屑等，而且还有一些岩块儿等，采煤机工作过程中会受到这些污染物的影响，存在冲击，对装置的磨损比较高，就容易造成故障，而且采煤机发生故障多数是由于传动装置的齿轮或者轴承发生了故障[6]。齿轮在传动装置中，运转速度比较低，但是同时它的负载又比较大，所以容易发生问题，主要包括以下几个方面：

1）齿面发生了较大的磨损：在采煤的工作过程中，会遇到各种各样的煤岩块，而这些煤岩块有的需要比较大的受力才会脱落，这使得齿轮的承载比较高，同时，齿轮通过旋转来运作，有的细小的颗粒存在齿轮缝隙之间，就会造成摩擦，更进一步加剧了磨损。另一方面，在长时间的工作过程中，会有一些酸性或者碱性成分接触齿轮，由于长时间的接触也会造成一部分的化学腐蚀，相互结合就会造成磨损加剧。

2）齿面相互接触造成疲劳损耗：齿轮在运转过程中，是通过相互啮合传递动力，而在这个过程中，齿轮的运转会带动一定的滑动，这个滑动又会造成摩擦，在不断地运转过程中，齿轮受到摩擦力的作用就容易出现裂纹，长时间的工作之后，裂纹扩大，造成损伤。

3）摩擦造成损伤：当在工作过程中需要齿轮增加转速的时候，由于压力会增大，工作时摩擦导致温度升高，这个时候需要进行润滑，如果没有进行润滑，那么齿轮相互之间的油膜就很有可能会被破坏，造成齿轮相互接触，就很有可能造成较大的摩擦损伤。

4）受力不均造成齿轮断裂：由于齿轮在运转过程中会受到力的作用，而齿轮受力最严重的部位在齿轮的根部，在长时间的运转中，不断受到力的作用和载荷的冲击，当超过了齿轮的疲劳极限后，就会产生裂纹，进一步降低了齿轮的承受程度，在不断的工作过程中会导致损害进一步扩大，最后在大载荷的作用下就会发生齿轮的断裂。

3 采煤机传动装置故障诊断系统的设计

3.1 硬件组成

针对采煤机传动装置的几个重要工作参数进行检测，判断故障。设计诊断系统首先要设计系统的组成硬件，主要包括了计算机、传感器、数据采集卡等，可以将需要检测参数的运行数据检测采集后进行处理，如图1所示。

图1 诊断系统组成

通过不同类型的传感器，将所需要检测的参数数据转换为数据信号，经过调理模块进行处理，之后经过数据采集卡将信号输入到计算机处理。其中，传感器的类型需要根据不同的使用位置、使用量程以及使用的灵敏度进行合理的选择，如表1所示。

表1 传感器性能指标

而对于调理模块，为了进行距离长的传输，需要有比较强的抗干扰的能力。

3.2 系统组成与流程

为了对采集的数据进行及时处理，需要设计相应的处理系统。整个系统主要包括了多个模块，采用的是主菜单的方式，底下设置了故障诊断、检测项目以及设置和报表等部分，如图2所示。

图2 系统组成

设置部分就是对各项需要检测参数的传感器的参数进行相应的设置，还包括了数据存储为报表的设置；检测部分就是针对采煤机传动装置的主要工作参数，包括振动、温度以及转速等进行检测；故障诊断就是其中的主要部分，可以对传动系统的故障状态进行诊断，并及时进行报告处理，而这些报告数据就是通过报表部分进行处理。

系统的整个运行流程如图3所示，设置完各项检测参数后，可以对不同参数进行检测，对是否发生故障进行诊断，并对数据进行处理、保存和生成报表。

图3 系统流程

4 应用效果

采煤机传动装置的故障诊断系统投入现场使用之后，如下页图4所示各项参数的检测，得到不同参数的分析处理、存储以及故障诊断。

图4 故障诊断系统应用实例

通过故障诊断，可以了解多个齿轮存在有故障问题，通过及时处理，避免了更大的事故和经济损失发生。通过故障诊断系统能够及时发现故障问题，确保工作的正常运转，相比没有采用系统之前，通过人工检查故障，节省了近70%的时间，而这个时间可以节省下来进行生产，进一步提高了10%的工作效率，也减少了更多故障的发生，节约了大概25%的经济损失，同时还降低了维修人员的安全威胁。