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浅谈煤矿机械齿轮故障诊断

2019/11/28 阅读:

摘要:分析了煤矿机械齿轮断裂的主要原因,提出了提高煤矿机械故障维修技术水平的可行性措施,比如运用先进的润滑技术、尽可能地使用新型材料、提高技术人员的专业水平,探讨了煤矿机械故障诊断技术的实际应用。

关键词:煤矿机械;齿轮;轴承;故障诊断

引言

在中国经济的发展历程中,煤炭资源占到了非常重要的一部分。然而,如何才能保证煤炭品质却是一个严峻的问题,这就需要深度思考煤矿机械的性能问题。由于机械设备的运行时间一般都很长,而且煤矿机械在很恶劣的环境中工作,使得企业对煤矿机械的保养及维护有一定的难度。在这种情况下,要保证机械的稳定运行更是难上加难。相关资料显示,机械设备中70%的故障是因机械振动引起的,而机械振动又主要是因齿轮问题引发的。机械设备中齿轮起着承受和传递载荷的作用,它们的运行状况会直接影响到设备的整体性能,因此需要对煤矿机械的故障诊断技术进行进一步的优化及运用。

1煤矿机械齿轮断裂的主要原因

煤矿机械齿轮断裂的原因主要有:a)轴承的内外圈滚道出现损伤,接触面不够光滑,引发齿轮断裂;b)在工作中轴承受力不均匀,导致断裂;c)齿轮本身质量不佳,导致抗拉强度不足,严重影响齿轮的使用寿命,导致齿轮运行中断裂;d)齿轮无法承受较强的静载荷,较薄的位置会受到影响,导致断裂;e)齿轮运行时间超过寿命周期,导致因过度使用而使得齿轮断裂;f)齿轮所承受的静载荷超过自身极限,从而因载荷过大而导致断裂。由以上断裂原因可以看出,要延长齿轮的使用寿命,就需要从以下几个方面做起。a)设计方面。由于矿井使用条件的限制,如何保证在齿轮外形尺寸一致的情况下提高每一个齿轮的强度,延长其使用寿命是一个很重要的问题。在一些特定的情况下,齿轮所承受的冲击载荷要求齿轮弯曲极限应力达到1200MPa,接触耐久性极限强度增加到1600MPa[1]。要达到这样的标准,就需要准确计算载荷、修正强度计算公式、选择合适的材料、运用良好的加工和处理工艺,进一步优化齿轮的设计参数,主要包括表面光洁度、硬度、啮合参数、装配要求等,并进一步提高标准。b)制造过程方面。煤矿机械使用的齿轮大多数是低速重载齿轮,对强度的要求比较高,因此在制造齿轮的过程中,应该少用铸钢制作,多用锻钢;对于一些大齿轮,使用锻钢制作有较大的难度,此时可以利用铸钢齿轮的轮芯镶嵌钢齿圈组合件,而且要注意锻钢的锻造过程中锻造比要大于3[2]。另外,不管是锻件还是铸件,都要对其品质进行严格的把控,并且要对其进行超声波探伤,确保产品质量达到既定标准要求。c)注重改善齿轮的热处理技术。齿轮表面硬度和剪切强度决定了煤矿机械的承载能力。对于齿轮硬化处理,可以采用深层渗碳淬火的方法,利用深层渗碳淬火,得到性价比相对较高的齿轮芯部硬度。齿轮齿面的含碳量必须控制在0.8%~1%。渗碳齿轮经过淬火和回火后,要求表面硬度为HRC62,消除齿轮的残余内应力,可以将碳的渗入深度控制在0.2mm以内,这样不仅能保证齿轮表层得以硬化,还能产生压应力。采用这种工艺时,单单渗碳齿轮的强度极限应力就可以提高13%以上。热处理过后,还要进行人工时效处理,消除热处理过程中产生的内应力。对齿轮表面进行热处理后,还应该对齿轮齿面和齿根做喷丸强化处理。喷丸强化处理的过程要严格按照其要求工艺进行操作。因为喷丸强化处理不仅可以使齿根的弯曲疲劳强度变得更高,还可以有效阻止裂纹出现,使齿轮的载荷小于外加载荷,这样既可以有效减少破坏,又可以极大地提升耐久性。除此之外,齿轮喷丸强化处理还可以有效消除加工过程中出现的一些刀痕和磨削导致的缺陷。根据经验判断,经过喷丸强化处理后的齿轮与没有经过喷丸强化处理的齿轮相比,寿命显著延长,大量的统计资料表明,寿命可以延长6倍以上[3]。d)齿轮的安装和使用过程。在使用过程中必须注意相关的操作规范和技术要求,尤其是在安装、更换、检修齿轮时,要注意齿轮轴心的中心距、平面度和水平度等重要参数,一定要保证这些参数满足标准要求。在检修过程中,如果齿轮的磨损较大,或者已经损坏,要尽可能地按照原有的安装方法合理地调整齿轮的安装位置,确保齿轮正常啮合。齿轮不可以单换,要对相应的齿轮进行成对更换。在使用过程中,要注意齿轮的润滑。在齿轮相关结构的设计过程中,应充分考虑齿轮的润滑情况,但同时也不能忽视齿轮的维护过程。在煤矿机械传动中,使用的基本都是低速重载齿轮,这种齿轮要求有更高的接触应力,因此一定要保证其接触表面不能有局部的弹性形变。轮齿在共轭啮合过程中,除了切点附近的部位以外,其余都是滚动和滑动运行,这样更加符合弹性流体动力润滑理论。目前,中国煤矿机械设备的事故率仍较高,煤炭生产和运输过程中仍存在较多问题。在煤矿机械的运行过程中,故障出现最多的原因就是机械齿轮失效。因此,对各种齿轮的失效形式及原因进行相应的分析和讨论,对于改善煤矿机械设备事故率高的状况有非常重要的现实意义。

2提高煤矿机械故障维修技术水平的可行性措施

2.1运用先进的润滑技术

通过检测发现,绝大多数煤矿机械设备发生故障的原因是过度摩擦,导致齿轮磨损,进而使整台设备发生故障。鉴于此,可以优先运用先进的润滑技术,有效提高机械设备的重复使用率,延长其使用寿命。同时,必须高度重视机械的润滑、定期保养以及检修,这样才能最大限度地发挥机械的使用价值。需要注意的是,机械的润滑必须定期进行,且必须是高质量的润滑[4]。

2.2尽可能地使用新型材料

随着现代科技的发展,各种新型材料逐渐崭露头角,以往因机械设备本身强度不足、疲劳磨损、超负荷运转所导致的问题也逐渐减少。在这种趋势下,可以通过对新型材料的重新定义设计齿轮结构,让其在机械维护过程中更无往不利,再通过合理的热处理加工,就可以得到符合要求的齿轮,有效确保机械设备运行的可靠性。

2.3提高技术人员的专业水平

由于现在的煤矿企业大部分进行了详细的分工,各个工种变得越来越精细,企业内部工作人员各司其职。这样虽然提高了企业的工作效率,但一旦出现事故,对工作人员的专业技能要求就更高了,工作人员更容易手忙脚乱,这样就浪费了时间,耽误了维修。比如:在煤矿企业中,皮带司机只负责皮带运输,对其他岗位的工种不熟悉,基本不懂其他的专业知识,导致其他机械设备一旦出现状况,皮带司机没有办法及时补救,耽误了工时;而如果这名皮带司机还了解其他一些机械设备的相关工作原理以及一定的维修知识,当其他机械设备出现问题时,就可以在其他技术人员不在场的情况下自行解决问题,这样不仅提升了企业的工作效率,还可以更好地维护与保养设备,避免事故进一步扩大。

3煤矿机械故障诊断技术的实际应用

中国煤矿机械故障诊断技术主要包括油液磨屑分析检测诊断技术、红外测温诊断技术、无损检测技术、振动检测诊断技术4种。

3.1油液磨屑分析检测诊断技术

目前,煤矿企业最常用的机械故障诊断技术就是油液磨屑分析检测诊断技术。油液磨屑分析检测诊断技术的原理为:从一定的油液中随机提取样本,通过光谱分析仪,对所提取的样本进行详细的分析,并将其与铁谱进行对比,最后再根据对比结果,对机械的运行状况进行全面的分析,了解机械的磨损状况和设备的损坏程度[5]。

3.2红外测温诊断技术

除了油液磨屑分析检测诊断技术外,煤矿企业应用得较多的故障诊断技术之一便是红外测温诊断技术。红外测温诊断技术的原理为:在机械的不同部位进行温度检测,如果机械某个地方烧坏或者出现磨损,就会导致机械的设备材料温度升高,并且会使机械丧失工作的能力,导致机械无法正常运转,进而影响正常的工作进度。若煤矿企业机械出现异常,及时应用红外测温诊断技术进行有针对性的诊断及维修,可以更高效地查找出问题,并且快速解决,使机械保持正常的运行,从而延长其使用寿命。

3.3无损检测技术

在检修过程中,还可以应用无损检测技术进行探伤实验,比如渗透、磁粉、射线等,这样就可以在不损伤零件的情况下,对机械的运行状况进行检测,确保齿轮零件没有损伤。

3.4振动检测诊断技术

振动检测诊断技术的原理为:当机械在运行的时候出现振动或者异响时,可以大致将其判断为机械出现故障缺陷,对振动或异响进行详细的诊断和仔细的分析,可以判断机械运行状态及故障信息。因此,应用振动检测诊断技术,技术人员可以更好、更快捷地发现问题。机械设备的振动参数具有双重特点,即广泛性和多维性,这样的诊断精确度较高。应用振动检测诊断技术可以在不停机的情况下进行检测,而且诊断的结果具有较高的可行性,诊断更加直观。若机械设备在运行时出现故障,应用该技术可以对其内部和外部都进行故障检测。这种检测技术也是煤矿企业机械诊断中一种常用的技术,通过磁粉、声全息、超声波等先进技术来实现。

4结语

在所有煤矿企业中,机械设备是其重要的组成部分,一旦设备出现故障,轻者影响正常的生产进度,重者则会出现严重的人员伤害事故等。因此在煤矿企业中,必须做好故障的诊断以及维护工作,这其中最常见的便是机械齿轮故障。相关技术人员有必要掌握诊断的一些重要技术,而且企业要注重增强从业人员的危机意识,要运用更为先进的润滑技术、提高相关技术人员的能力,并且还要运用更先进和更科学的材料等,积极深入地探索更好的诊断方案,全面地论证,寻找更好的故障诊断及维修技术,推动煤矿行业的长久可持续发展。

参考文献:

[1]李翠兰,张爱国,李惠萍,等.浅谈煤矿机械齿轮技术的发展趋势[J].煤,2002(3):43-44.

[2]王琳.机械设备故障诊断与监测的常用方法及其发展趋势[J].武汉工业大学学报,2000(3):62-64.

[3]廖伯瑜.机械故障诊断基础[M].北京:冶金工业出版社,1994.

[4]时志素.基于神经网络方法的齿轮箱故障诊断研究[D].石家庄:河北科技大学,2009

[5]于玉兰,石来德.机械设备故障诊断技术[M].上海:上海科学技术文献出版社,1994.

作者:张继发 单位:同煤浙能麻家梁煤业有限责任公司

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