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山西省煤炭

優(yōu)秀學術論文評審表

論文題目  《綜采設備故障分析與診斷技術的應用與研究》                                        

申報學科組                   學科組代碼                    

作者姓名  薛鵬   職稱   助理工程師      年齡    30            

工作單位（詳細）同煤集團機電管理處    職務  科員           

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

聯(lián)系電話  0352-7825414       13753230383                  

推薦單位  同煤集團科協(xié)                               

                                    2011 年 12 月 19日

綜采設備故障分析與診斷技術的應用研究

摘 要：本文以大同煤礦集團公司主要機電設備使用過程中常見故障為例,針對煤礦井下設備的特殊工況，總結出了適用于煤礦機電設備并能夠對設備進行有效地狀態(tài)監(jiān)測、故障診斷和檢修的方法，從而實現(xiàn)對設備故障的提前預測和狀態(tài)維護,提高機電設備使用效率。實際的應用結果表明，采用該項技術可以實現(xiàn)煤礦設備的可靠高效運行，為煤礦生產的高產、高效提供保障。

關鍵詞：煤礦機電設備   故障診斷  工況監(jiān)測  設備維護

一、前言

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

根據大同煤礦集團公司近三年綜采設備使用情況調查統(tǒng)計，在全部綜采事故中，設備事故占60%以上，而綜采工作面機電事故占工作面總事故的38.8%～41.8%（其中：采煤機事故占51.5%，輸送機事故占31.6%，電氣事故占16.9%）。設備事故中采煤機事故居首位，其次是工作面運輸機、平巷運輸設備和電氣事故。由機電故障引起的停機時間，反映了設備的可靠性、選型合理性以及對設備的操作維護水平。因此，要實現(xiàn)綜采工作面高產高效，必須千方百計地提高以采煤機為龍頭的綜采成套設備的開機率。

二、煤礦綜采設備事故統(tǒng)計分析與易發(fā)生故障的部位

綜采設備包括采煤機、刮板輸送機、轉載機、破碎機、液壓支架、泵站以及3.3KV供電及控制設備。易發(fā)生故障的設備及其部件有：各類電機及與電機相連的耦合器、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，設計過程中材料、配合、潤滑方式選擇不當，對使用條件、環(huán)境影響考慮不周等；原材料不符合技術條件，鑄鍛件有缺陷等；機加工、壓力加工和裝配缺陷、焊接缺陷、熱處理變形等；運轉中沒有預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、維護不當、修理不當等，都是造成事故的原因。從微觀上看，發(fā)生機械故障的原因在于設備中零件的強度因素與應力因素和環(huán)境因素不相適應。機械設備發(fā)生變形、磨損、斷裂和腐蝕等。其中，磨損最為常見，斷裂后果嚴重。

以同煤集團公司2008為例，綜采機電設備共發(fā)生機電故障223次，設備具體部位發(fā)生故障175次，累計影響生產1461.4h，占總故障時間的78.2%。

設備狀態(tài)直接關系到生產效益和生產安全。為此，一是要采用先進的設備維護與管理方式，對采煤設備實行“健康”狀況連續(xù)監(jiān)測；二是要針對采煤設備的特點，針對性應用監(jiān)測監(jiān)控技術；三是要建立起新的設備維修與維護管理體系，實行狀態(tài)監(jiān)測、點檢維護、故障診斷、預測維修等系列內容，從根本上解決現(xiàn)有設備管理中存在的問題，延長設備的使用壽命，做到科學管理、合理使用、預知檢修和安全運轉。

三、煤礦綜采設備故障的綜合診斷分析方法

由于煤礦綜采設備在井下不具備在現(xiàn)場解體檢查或維修的條件，出于安全保障和經濟效益的考慮，機電設備的監(jiān)視和維護便成為設備技術管理的重要內容。近幾年，隨著煤礦設備技術含量的提高，設備的故障診斷技術也逐步從簡易監(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)測到診斷進而到維修管理的方向發(fā)展。

通過對事故發(fā)生點的統(tǒng)計分析，綜采設備多發(fā)生的是軸系故障，包括齒輪、軸承、密封、不平衡等各類故障；另外如電機及電氣故障，液壓系統(tǒng)故障，結構件變形損傷，受沖擊過載斷鏈、撕帶等也是常發(fā)生的故障。針對不同的故障分別采用不同的診斷方法。通過對設備的電動機、電控系統(tǒng)、軸承、液壓系統(tǒng)、油液和乳化液、運行狀態(tài)以及溫度、壓力、流量、電壓、振動、加速度、速度、位移、力和轉矩等物理量進行監(jiān)測，就能夠為安全生產、避免直接或間接經濟損失發(fā)揮重要作用。

同煤集團公司在綜采設備巡檢過程中，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、利用鐵譜分析法進行油液分析

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

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行檢測和定性分析，進而判斷磨損故障的部位、嚴重程度、發(fā)展趨勢及產生的原因等。

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

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

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

2、利用振動進行設備診斷  

設備運行過程中，由于運行、操作、環(huán)境等方面的原因所造成的狀態(tài)的劣化，會表現(xiàn)為振動的異常，同時過大的振動又往往是設備破壞的主要原因。設備發(fā)生故障時，常表現(xiàn)為振動頻率的變化。我們通常通過檢測振動的頻率、轉數、振動的速度、加速度、位移量、相位等參數，運用頻域分析法對電機以及各種齒輪箱等旋轉機械轉子的不平衡、軸的不對中、機件松動、結構共振、軸承及齒輪嚙合等故障進行分析，從中找出產生振動變化的原因，避免事故的進一步發(fā)生。  

    3、超聲波診斷法  

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

    4、聲發(fā)射診斷法  

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

由于聲發(fā)射方法能連續(xù)監(jiān)視結構內部損傷的全過程，還可預測結構的壽命，因此得到了廣泛應用。通常我們運用聲發(fā)射方法來進行金屬塑性變形的分析、強力膠帶鋼芯的斷絲及提升機鋼絲繩的損壞等斷裂韌性的監(jiān)測、疲勞裂紋擴展的檢測、運轉機械的狀態(tài)監(jiān)測、探測焊接過程的裂紋產生及擴展等等。

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

    5、紅外線診斷法  

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

四、結語

據歐美及日本等工業(yè)發(fā)達國家的有關權威部門統(tǒng)計，實施狀態(tài)監(jiān)測與故障診斷技術，企業(yè)可以減少50%的重大安全事故，設備停機時間減少40-60%，設備維修費用降低10-25%，整體投資收益率達1：17，據中國相關部門預測，對應于國內一些粗放式管理的企業(yè)，這些指標要高于工業(yè)發(fā)達國家。

應當說，狀態(tài)監(jiān)測和故障診斷技術無論是其技術本身，還是其應用范圍和應用效果均得到了極大的擴展和提高。實現(xiàn)有計劃、有針對性地按狀態(tài)檢修，可以縮短檢修時間，提高檢修質量，減少備件儲存，提高設備維修管理水平。為此，采用先進的監(jiān)測診斷儀器、預測故障隱患，是迫切需要解決的問題。要發(fā)展和推廣應用狀態(tài)檢修、壽命管理、風險管理等新技術，就要將狀態(tài)監(jiān)測和故障診斷技術與先進的設備管理理念結合起來，使之得到更大的發(fā)展。這是煤礦機電設備狀態(tài)監(jiān)測和故障診斷技術主要的發(fā)展方向，而實際效果也證明了這一點。