采煤机故障及诊断的研究

学术论文 2018-07-27 10:09:02
  引言 
  煤矿的安全生产是煤炭资源经济可持续发展的基础和保证。随着煤矿事故的频繁发生,如何提高煤矿机械设备的可靠性和安全性成为当前迫切需要解决的课题。采煤机作为大型煤矿机械化采煤作业的主要设备,由于它长期工作在恶劣的环境中,所以发生故障的机率相当高,因此研究有效的采煤机故障及诊断具有重大的现实价值与理论意义。 
  一、采煤机结构 
  采煤机作为煤矿企业的核心设备,主要实现落煤与装煤功能。下双滚筒采煤机主要包括电气装置机构、牵引装置机构、截割装置机构和附属装置机构。电气装置作为采煤机的动力部分,主要负责采煤机传动与牵引两部分,电气装置所使用的电动机都是防爆的,而且采用定子水冷,这样为保证采煤机安全高效生产。牵引装置主要功能是保证采煤机沿着工作面行走,以保证煤能够及时运输出去。截割装置主要功能是通过摇臂上下左右运动来将深层里的煤刮落,通过截割电动机来驱动滚简,由于滚筒作为采煤机落煤与装煤的主要装置。滚筒上面装有端盘与螺旋叶片,而螺旋叶片将截齿割下的煤撞到刮板输送机中。附属装置包括底托架、调斜油缸、电气控制元件与各种控制部件等,它主要用来辅助采煤机其他装置正确安全的运行,附属装置是采煤机安全高效生产的保证,包括各种电器的控制与保护。 
  另外,由于采煤机不间停地工作,这不可避免地使得电气装置、牵引装置、截割装置和附属装置中所使用到的电动机温度过高,为了保证采煤机能够不停歇生产,采煤机上面专门配有供水系统与冷却系统。 
  二、采煤机故障机理 
  1、采煤机机械装置故障机理 
  采煤机作为大型复杂机械设备,一方面由于其木身结构复杂,另一方面其工作环境恶劣,出现机械方面故障不可避免,故障主要表现在轴承与齿轮方面。 
  (1)轴承出现故障 
  滚动轴承出现故障主要表现为两种现象:一是轴承在运转过程中产生噪声;二是轴承温度太高。 
  a)轴承温度过高。当采煤机在工作时,轴承温度应该维持在正常范围内,如果用工具测得轴承部位温度高于允许的范围,则表明轴承应该进行处理,以防止影响轴承工作,进而影响整个采煤机安全有序的生产。 
  产生温度过高的因素包括:驱动的载荷过大:轴承润滑性能下降;轴承在安装方面不合格;轴承配件出现故障等等。 
  b)轴承噪音。在轴承进行来回滚动过程时,发生轻微的响声属于正常现象,如果出现刺耳的噪声,则轴承很可能出现故障了,此时,应该采取必要的措施对轴承进行故障维修,保证采煤机能够正常生产。 
  对于轴承在工作中产生故障的原因比较多,要根据具体现象采取相应的措施。如果轴承在运转过程中产生噪声,产生的原因很可能是由于轴承内圈与外圈相互作用面产生了磨损,从而使得轴承的轴线位置不在原来正常工作的位置。另外,当轴承工作时间过长时,有可能它的润滑性能下降,导致轴承工作时产生摩擦,这样也将产生故障噪声。 
  (2)齿轮出现故障 
  齿轮在工作中发生故障的形式多种多样,常见的故障形式主要包括下面几类 
  a)齿面磨损。齿面磨损产生的原因可能是机构工作时间过长,导致润滑性能下降,另外,也有可能是机构在正常工作中,润滑油中掺入了石粒或者其他杂质,从而使得齿面发生磨损。 
  b)齿面胶合和擦伤。对于齿面胶合和擦伤原因很可能是由于采煤机在进行高负荷工作时,齿面温度不可避免地会升高,加上长时间工作,一旦没有及时进行润滑处理,将导致齿面间的油膜消失,这样将会使得熔焊在一个齿面的金属将熔焊在与他相互工作的齿面上,从而使得齿面出现胶合现象。对于一些刚生产出来的齿轮,由于其跟机器磨合时间不够,很有可能使得齿轮出现擦伤现象。 
  c)齿面接触疲劳。由于采煤机齿轮在工作中,它不但有滑动动作也有滚动动作,而滑动动作时将产生两个方向相反的摩擦力,从而导致齿轮产生脉动载荷。由于脉动载荷在工作中将导致齿轮表面将会产生一种力,我们称之为剪应力,出现齿面接触疲劳裂纹的情况主要是来自这种剪应力。若疲劳裂纹慢慢变大,将会导致齿面上的金属块脱落,从而出现齿面接触疲劳现象。 
  d)弯曲疲劳与断齿。当采煤机工作载荷较大时,轮齿部位处温度升高,加上长时间疲劳磨损,将使得轮齿产生裂纹,这种裂纹扩大到其无法满足高载荷正常工作时,此时将出现轮齿断齿现象。 
  2、采煤机液压装置故障机理 
  (1)采煤机不牵引 
  采煤机不牵引的主要原因有:采煤机液压系统出现故障;采煤机使用的能油质量不合格;采煤机油管出现故障;采煤机的发动机出现故障等等。 
  (2)采煤机液压牵引部过热 
  采煤机液压牵引部出现温度过高的因素有:冷却系统中缺少冷却水;冷却系统的压力不够;冷却系统管路不通;采煤机中滚动机构过程磨损;油质不符合要求。 
  (3)采煤机液压牵引部异常声响 
  采煤机液压牵引部出现异常声响的主要原因包括油路系统没有油:油液质量不合格;采煤机的发动机出现故障等等。 
  三、采煤机故障诊断与预测 
  (1)采煤机信号参数监测及处理模块 
  采煤机信号参数监测及处理模块:采集采煤机工作过程中的信号参数,并通过数据访问对象的方法将这些信号参数与数据库建立起连接.根据诊断系统来确定故障类型,并把这些故障参数转化为所采用的智能算法表示的信息,然后将这些故障参数通过界面显示出来并加以报替。例如:将故障参数用红色图案加以注释,正常参数则用黑色图案加中注释。   (2)知识获取模块 
  知识获取模块的功能包括:将采集到的故障信号参数进行BP神网络的学习,通过对故障样本进行训练,将所得到的有用信息存储于知识数据库中,从而有利于建立采煤机故障诊断与故障预测功能模块。所以说知识获取模块主要是为了后期故障诊断与故障预测系统的深入研究做前期准备。 
  (3)故障诊断与故障预测模块 
  故障诊断模块的功能:采用数据访问对象的方法提取数据库中的故障信号参数,对这些故障信号参数进行分析处理,然后通过采煤机故障诊断系统对采煤机进行故障诊断。而故障预测模块的功能类似,只是通过采煤机故障预测系统对采煤机进行故障预测.最终由采煤机故障诊断与故障预测系统得出的结果来分析采煤机是否发生故障。 
  (4)解释模块 
  解释模块的主要功能是对采煤机故障诊断与故障预测系统得出的结果提供注释.其解释模块功能类似于写代码时加以注释,主要方便用户阅读与判断,而这里用到的解释模块同采煤机故障诊断与故障预测知识库相连接,通过系统来自动对采煤机故障诊断与故障预测结果做出解释,如果采煤机知识库中没有相关方面的解释内容,则由用户通过学习采煤机知识库与实践经验来对故障诊断与故障预测结果做出合理的解释。同时将这些解释内容也添加到采煤机知识库中,以保证知识库的内容的丰富。 
  (5)故障诊断与故障预测知识库 
  采煤机故障诊断与故障预测知识库主要包括通过实践经验得到的知识与所采用的智能算法经过处理后得到的知识。这里采用的智能算法主要为BP神经网络。采煤机故障诊断与故障预测知识库在获取这些知识后,通过不断完善与更新,保证后期知识推理的正确性。通过BP神经网络得到的知识主要表现为网络的连接权矩阵、阐值矩阵。 
  (6)人机交互界面 
  人机交互界面作为现场与用户信息交流的窗口。它主要包括在线数据的实时变化曲线、输入数据的修改、注释部分、报警图案等,为采煤机故障诊断与故障预测研究提供了巨大的方便。 
  结语 
  总之,在大型煤矿企业里,采煤机作为其主要复杂大型机械设备,采煤机的正常持续工作与否直接影响着企业的煤矿生产量与经济利润。矿下作业最重视生产安全.一旦设备出现故障,会影响生产,更重要的是带来安全隐患。所以对煤矿采煤机故障诊断的研究是非常重要的。
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