采煤机行走箱故障及应对处理方法研究.pdf

中国科技期刊数据库 工业 A 收稿日期：2024 年 01 月 08 日 作者简介：邢宝明（1980），男，汉族，本科，高级工程师。-50-采煤机行走箱故障及应对处理方法研究 邢宝明 上海创力集团股份有限公司，上海 201706 摘要：摘要：在采煤机的运行过程中，行走箱的主要作用是通过齿轮传动输出牵引力，使采煤机通过齿轨轮与齿轨的啮合传递动力，实现采煤机沿采煤工作面左、右方向牵引行走，保证采煤机运动割煤动作的有效完成。在采煤机的运行过程中，行走箱的作用非常大、且运行负荷也偏大，输出强大的扭矩，再加上运行环境的恶劣性，出现各类运行故障的几率非常高。本文重点针对采煤机行走箱故障进行了详细的分析，并提出了相应的应对处理方法，旨在减少采煤机行走箱的故障几率，保证采煤机的稳定运行，以供参考。关键词：关键词：采煤机；行走箱；故障；原因；应对处理 中图分类号：中图分类号：TD421 在我国综合机械化采煤过程中，采煤机的运行非常关键。但是，采煤机是由多种运行系统组成，例如机械系统、电气控制系统、液压传统系统、喷雾冷却系统等等的综合体，具有相当的复杂性。要想将采煤机的运行优势充分发挥出来，不仅要加强采煤机结构的设计与制造质量控制，提升采煤机操作的规范性，还要对采煤机进行科学合理的维护管理。在采煤机的实际运行过程中，行走箱故障的出现频率最高。需要对采煤机行走箱的故障类型进行深入的分析，明确行走箱故障的形成原因，并制定出科学合理的预防与应对措施，才能够从整体上提高采煤机的运行质量，为我国综合机械化采煤领域的发展与进步提供保证。1 采煤机行走箱故障防控的重要性 1.1 采煤机行走箱的运行特点 采煤机行走箱的运行主要表现出了以下四大特点。首先，高载荷能力特点。采煤机行走箱在运行过程中，行走箱壳体内的驱动轮、惰轮、齿轨轮传递着来自牵引部输出的动力，因为行走箱是采煤机的末级动力传递系统，所以输出的扭矩是非常大的，只有这样强大的扭矩才能实现把几十吨甚至上百吨重量的采煤机推动起来，实现采煤机沿采煤工作面左右方向牵引行走。其次，振动与冲击性特点。采煤机不仅需要承受自身的重量，还要承受运行过程中的振动荷载与冲击荷载等作用，采煤机行走箱内有专门的齿轮，包括渐开线齿轮或准渐开线齿轮或摆线齿轮等，整个行走箱可以承受来自截割部滚筒采煤时的巨大振动与冲击。再次，耐磨损特点。在实际的煤矿资源开采过程中，采煤机行走箱内部会进入很多细小颗粒物1。这些细小颗粒物就有可能对行走箱内部的各种零部件产生破坏，使零部件的磨损更加严重。最后，复杂性特点。采煤机行走箱的结构设计比较复杂，涉及到各种零部件的运动和相互作用。只有对这些零部件进行全面而细致的检查与管理，才能够尽可能的提升采煤机行走箱的运行稳定性。1.2 采煤机行走箱故障的防控重要性 近几年来，国内采煤机的发展与应用表现出了明显的大采高大功率、薄煤层大功率等特点，以便适应不可预期的、纷繁复杂的各种地质条件的煤层。在采煤机的设计与制造过程中，对于薄煤层采煤机来说，由于煤层薄空间结构受到限制，所以有些行走箱采用的是单轮结构设计，且导向滑靴部分采用的是分体结构设计；对于大功率采煤机来说，行走箱采用单轮设计或双排轮设计，具体情况根据结构与需求而定，其导向滑靴，基本为整体结构设计，无论是单排轮或者双排轮，分体导向滑靴还是整体导向滑靴，一旦在煤层开采过程中遇到复杂地质条件，行走箱将都有可能频繁出现运行故障，所以，设计时必须做到最大程度的提高强度，且采煤机运行过程中，时刻观察其运行状态，发现问题及时处理。如果不能对采煤机行走箱的运行故障进行有效的预防与控制，不仅会对煤矿生产进度的顺利推进产生影响，还有可能对采煤机本身的运行性能产生影响，中国科技期刊数据库 工业 A-51-增大煤矿生产过程中安全事故的发生几率。首先，在煤矿生产过程中，如果采煤机行走箱出现运行故障，将有可能对采煤机的稳定运行产生影响，使采煤速度被迫减慢，直至采煤机停止牵引。如果不能在短时间内有效解决这一故障，将有可能对煤矿资源的开采效率产生影响。而采取有效的故障预防措施，或者在故障发生后的第一时间进行及时有效的处理，那么采煤机就可以维持正常运行状态，保证煤矿生产效率的稳步提高。其次，如果采煤机行走箱出现运行故障后，检修人员通常会通过更换零部件的方式恢复设备的正常运行。但是，设备出现运行故障的频率不断提高，设备零部件更换次数增多，整个采煤机的使用寿命也会受到较大的影响。只有在正式开始使用采煤机之前，对其进行科学合理的检查与养护，并在采煤机运行结束后，进行性能的优化与潜在故障的排查，才能够提升采煤机行走箱的运行平稳性，延长采煤机的使用寿命。再次，采煤机行走箱出现运行故障，不仅会降低采煤机的运行稳定性，还有可能引发严重的安全事故，使井下作业人员的生命安全受到威胁。所以，必须要对采煤机行走箱的运行故障进行及时有效的预防，以保障整个煤矿生产过程的安全性与稳定性。最后，在煤矿生产过程中，一旦采煤机行走箱出现运行故障，就必须要采取相应的维修措施。在设备维修方面必然需要煤矿企业投入一定的人力成本和财力成本2。采煤机行走箱的运行故障几率越高，维修成本也就越高。只有加强采煤机行走箱故障的预防与控制，根据结构需求，及时注入润滑油，及时注入润滑脂，及时拧紧螺钉螺栓等等一系列操作，减少故障维修频率，才能够帮助企业节约采煤机行走箱的故障维修成本。2 采煤机行走箱的常见故障及原因分析 在煤矿资源开采过程中，采煤机行走箱的运行，能够为采煤机正常运动割煤提供保证。但是，受到多方面因素的影响，采煤机行走箱运行过程中，却容易出现以下几类故障：第一类故障，是行走箱齿轨轮或驱动轮的轴承受损；第二类故障，是行走箱的导向滑靴出现磨损或断裂问题；第三类故障，是行走箱的齿轨轮出现磨损或断齿问题；第四类故障，是行走箱的驱动轮出现磨损或断齿问题；第五类故障，是行走箱体联接螺栓被拉断问题；第六类故障，是行走箱齿轨轮轴或驱动轮轴出现变形或断裂问题，且无法分解。对这些采煤机行走箱的常见故障原因进行分析，发现主要与以下几方面因素有关。第一，采煤机行走箱的设计、制造与装配存在缺陷，使采煤机在后期运行过程中，使齿轨轮与刮板输送机齿轨啮合的位置出现齿形超差问题。再加上采煤机齿轨轮之间中心距累积值的超差，使得采煤机行走箱的零部件，例如驱动轮、齿轨轮等，出现磨损或断齿的几率大幅度增加3。另外，在采煤机行走箱生产制造过程中，相应的制造工艺与装配工艺偏低，材料的性能强度也达不到相关标准。这样一来，整个采煤机行走箱内部各零部件的制造质量就会较低，耐久度就会降低，运行一段时间后就会出现各种故障。第二，如果采煤机长时间处于高强度、超载运行状态，比如，夹矸多且质地坚硬，过断层等地质条件，连接箱体及中心轴必然会出现一定程度的变形问题，两个齿轮之间的中心距累积偏差值也可能出现超差问题，齿轮啮合处于非正常区域，久而久之，增大驱动轮、齿轨轮以及轴承和其它各零件的磨损，及齿轮断裂，轴承变形等等的几率。图 1 为行走箱及两齿轮连接图。图 1 行走箱及两齿轮连接图 第三，采煤机上的导向滑靴在生产制造过程中，如果存在质量缺陷，例如，气孔、砂眼、裂纹、缩孔、缩松等铸造缺陷，或者在后期运行过程中存在长时间磨损问题，那么导向滑靴侧面与底面就有可能出现较大的间隙，并影响刮板输送机齿轨和采煤机齿轨轮的正常啮合，使齿轨轮或齿轨出现严重的磨损、齿面压溃或者断裂故障。图 2 为采煤机导向滑靴的设计示意图。中国科技期刊数据库 工业 A-52-图 2 采煤机导向滑靴设计 第四，综采工作面的底板随着煤层的发育，高低起伏存在一定的倾斜角度，其表面的粗糙度也比较差。采煤机行走箱在运行过程中，如果出现大幅度的起伏，或者刮板输送机齿轨销脱落，那么刮板输送机的齿轨接头点就有可能出现与齿轨轮或导向滑靴卡阻的问题4。另外，在刮板输送机牵引采煤机行走的过程中，机头与机尾位置处很容易出现牵引过位的问题。一旦出现此类问题，在刮板输送机齿轨变线端头，将有可能出现齿轨轮或导向滑靴卡阻、掉轨等问题。甚至，还有可能使刮板输送机的齿轨直接断裂、使行走箱的齿轨轮与导向滑靴直接损坏。第五，在综采工作面上，采煤机在运行过程中会出现俯仰角。如果采煤机为仰角，产生的侧向应力比较大，采煤机行走箱连接螺栓出现变形、拉断等问题的几率也会增大。与此同时，行走箱齿轨的侧面、上面与导向滑靴内部上平面和侧面也会遭受严重的磨损。如果采煤机为俯角，也会使采煤机的重心发生改变，出现重心偏移向煤壁的现象。此时，采煤机导向滑靴就有可能被抬起，无法在齿轨上维持正常运行状态，齿轨轮啮合不在节圆上，甚至还会拉大导向滑靴之间的间距。如果齿轨与齿轨轮啮合过程中，中心距比较大，甚至超出了设计值的标准范围，那么啮合位置就可能出现在大于节圆直径的圆上。此时，齿轨轮的渗碳硬化层、齿顶边缘、齿轨之间就可能出现接触啮合问题，并在较短时间内引起渗碳硬化层、齿顶边缘出现脱落现象，并使齿轨或齿轨轮遭受更为严重的磨损，直至断裂。在挤压破坏作用下，齿轨轮轴承也会出现变形损坏等问题。齿轨轮与齿轨不能按照设计要求完成啮合，行走箱的联接螺栓就会发生变形、断裂问题，齿轨轮轴也会出现明显的变形问题5。如果操作人员不能对这些故障进行妥善的应对与处理，使故障进一步发展，将有可能使驱动轮与齿轨轮之间的相对位置发生变化，增大驱动轮轴和轴承变形受损的几率。如果这些故障问题依然没有得到有效的控制，而是任由其发展，行走箱必然会出现齿轨轮、驱动轮、中心轴、轴承等扭曲变形，产生裂纹、断裂等更为严重的故障。第六，在采煤机运行过程中，驱动轮和齿轨轮的轴承也有可能出现故障。例如齿轨与齿轨轮因为啮合异常而错位问题，或者驱动轮与齿轨轮之间也因为啮合异常而错位问题。这些问题的出现，都会增大齿轨、齿轨轮、驱动轮和导向滑靴的磨损和断裂的几率。情况更严重者，还有可能出现行走箱体壳体严重变形，产生严重裂纹，以至于行走箱壳体无法满足正常使用的情况。3 采煤机行走箱的故障应对处理方法 在明确了采煤机行走箱的故障形成原因之后，可以明确要想正确处理行走箱故障，提升采煤机的运行质量与运行效率，需要注意以下几方面。第一，在采煤机齿轨轮与齿轨设计过程中，无论最终形状选择圆弧形，还是选择渐开线形，或者齿轨轮设计成摆线轮，都需要在后期设备配套的时候，要求刮板输送机制造厂家提供相应的齿轨设计图纸6。然后采煤机制造厂家则严格按照齿轨设计图纸中的相关要求，对齿轨轮的齿形参数进行严格控制，确保齿轨轮与齿轨能够正常啮合。第二，无论是采煤机的制造厂家，还是刮板输送机的制造厂家，都需要对采煤机整体进行优化设计、对行走箱进行优化设计，对刮板输送机齿轨进行优化设计。只有加强这些关键性零部件制造质量的控制，加强采煤机行走箱联接螺栓、定位销、导向滑靴等强度的控制，使其充分满足综采工作面的地质条件，达到煤矿资源的生产能力要求，才能够降低采煤机行走箱后期运行过程中的故障几率。第三，采煤机制造厂家需要对设备制造质量、设备装配工艺质量等进行严格的控制，确保在设备加工制造与装配过程中，行走箱壳体各中心孔距不会出现增大或者减小的现象、不会出现齿形超差问题和行走箱部件强度偏低问题。第四，煤矿企业不仅要引进先进的采煤机和刮板输送机等设备，还要对相应的配套技术进行优化和升级，确保采煤机选型能够符合综采工作面的地质条件中国科技期刊数据库 工业 A-53-与生产能力要求，不会在后期运行过程中频繁出现运行故障或运行效率偏低等问题。第五，根据以往使用数据统计分析，如果采煤机在运 行 过程 中，俯 角 处 于 6-12之间，针 对MG450/1030-WD 型号及以下装机功率的采煤机，需要将煤壁侧支承平滑靴的高度增加 15-20mm 不等；针对MG500/1140-WD 型号及以上装机功率的采煤机，则需要将支承平滑靴的高度增加 20-40mm7不等。同时，将导向滑靴钩子内上面的厚度进行增厚处理，增厚幅度为 4mm。这样，可以将俯角开采状态下的采煤机重心偏移问题出现几率控制到最低。第六，煤矿企业在应用采煤机等设备的过程中，必须要对采煤工作面管理工作的开展予以高度的重视，并加强采煤机设备的检查、维修与保养，确保采煤工作面始终处于平直状态，刮板输送机在运行过程中不会出现齿轨销脱落、断轨等问题，避免采煤机滚筒截割液压支架顶梁问题。第七，煤矿企业需要制定专门的采煤机设备管理制度，强化设备操作人员与维护人员的责任意识和专业素养，以免因为操作失误、维修不合理等问题，增大采煤机行走箱运行过程中各类故障问题的出现几率8。为了保障采煤机设备的维护管理质量，维护人员可以引入远程监控技术和智能诊断技术，目前采煤机牵引力、牵引速度和采高位置等参数实时传送到采煤机显示屏，并传送到地面集中控制中心，通过对采煤机行走箱运行数据的实时收集与分析，提前了解采煤机行走箱运行过程中可能出现的故障隐患，并采取针对性的预防措施。4 结语 综上所述，随着我国煤矿开采领域的不断发展，采煤机行走箱在整个采煤机设备上扮演的角色越来越重要，它就像是人的两条腿，如果没有行走腿，其它各个部件再完好，那也不能动弹、不能产出原煤，特别是平滑靴、导向滑靴、齿轨轮极易磨损，煤矿生产过程中应特别注意，必须要对采煤机行走箱故障的预防、处理及检修予以高度的重视，持续完善采煤机行走箱的故障预防措施和应对处理方法。另外，煤矿企业还要重点关注国内外新技术、新产品，选用适合自己煤矿企业的采煤机以及综采工作面其它各种设备，根据工作面实际情况，正确选择采煤机机型，也就是正确选择采煤机行走箱。使采煤机发挥采煤的最大能力，保证煤矿生产企业的生产需要。参考文献 1 田生文,杨东伟,田华.采煤机行走箱故障分析与研究J.煤矿机械,2013,34(1):276-278.2 张晓敏.采煤机行走箱故障分析与研究J.能源技术与管理,2018,43(3):132-134.3 沈浩.浅析采煤机行走箱常见故障J.内蒙古煤炭经济,2020(21):128-129.4 丁燕飞,赵辉.采煤机行走箱的故障原因分析与预防处理J.华东科技(学术版),2013(6):339,348.