MGTY300/710-1.1D电牵引采煤机可靠性分析

孙建立

（开滦集团设备管理中心，河北 唐山 063000）

1 可靠性基本理论

1.1 可靠性定义。可靠性的定义是：产品在规定的条件下和规定的时间区间内，完成规定功能的能力。产品丧失规定的功能称为失效，对可修复的产品称为故障。系统、机器、零部件等一般是随使用时间的增长会产生损坏或故障的，对于发生故障一般有两种处置方式，即废弃或修复故障。

1.2 可靠性特征量。表示产品总体可靠性水平高低的各种可靠性指标称为可靠性特征量。可靠性特征量的真值是理论上的数值。根据样本观测值，经一定的统计分析可得到特征量的真值的估计值。常用的可靠性特征量有可靠度R、失效概率(或不可靠度)F（F=1-R）、失效率λ、平均无故障工作时间MTBF、平均修复时间MTTR、有效度A(A=MTBF/(MTBF+MTTR)=μ/(μ+λ),μ—修复率 )等。

2 采煤机整机系统可靠性分析

2.1 采煤机可靠性分析方法。对采煤机这种串联可修复系统进行可靠性分析，可以首先结合该机型采煤机现场运行记录，进行典型故障统计分析，统计出其无故障工作时间频数和故障间隔(即修理)时间频数,求出机械平均无故障工作间和平均修理时间,并由此得出故障率、修复率、有效度等可靠性指标，在此基础上就其牵引、截割、液压、电气和辅助等五大子系统中故障影响时间所占比例较重的子系统，进行具体细致的可靠性分析，从而综合确定出采煤机故障率的关键影响因素，提出维修管理重点或技术改造方案。

2.2 MGTY300/730-1.1D型采煤机整机可靠性分析

2.2.1 MGTY300/730-1.1D电牵引采煤机简介。MGTY300/730-1.1D电牵引采煤机由太重集团太矿煤机有限责任公司生产，采用多电机横向布置、无链牵引的方式，计算机控制，对运行状态随时检测显示，显示内容全部为中文，适应国内煤矿使用。开滦集团自2001年起陆续采购应用，现有数量近20台，分别应用于范各庄、吕家坨等矿业分公司，是中厚煤层开采的主力机型。

2.2.2 采煤机故障统计与分析。采煤机为可修复系统，其最重要的可靠性数据为系统的故障影响时间和故障间隔（运行）时间。为此，对开滦集团范各庄矿12煤层2021工作面回采全过程中MGTY300/710-1.1D 型采煤机的故障情况进行了统计整理，计算出平均故障影响时间即平均维修时间MTTR=9.38h，平均故障间隔时间即平均运行时间MTBF=224.32h，并可以得出采煤机各子系统故障影响时间占总故障时间的比例。

在采煤机所有的故障中，截割部所占的故障时间比例最大，主要表现在电机烧、离合轴及轴承坏、一轴密封坏等，其次是牵引部，主要表现在导向滑靴掰、行走轮坏、制动闸失效等，第三辅助装置主要变现在对接螺丝松、调高千斤顶坏等，第四电气系统主要是变频器、端头站、控制中心等损坏，第五液压系统主要是调高泵坏。为找出这两个子系统中故障关键影响因素，需进一步对其进行具体细致的可靠性分析。在液压泵站和辅助装置两个子系统中，调高泵损坏和对节螺丝折断两种故障模式对其影响极大，其中调高泵损坏故障发生4次，占该子系统故障次数80%，故障影响时间720h，占该子系统故障影响时间90%；对节螺丝折断故障发生3次，占该子系统故障次数75%，故障影响时间3600h，占该子系统故障影响时间91% 。因此应把它们列为采煤机故障关键影响因素，作为技术改造的解决重点。

2.2.3 采煤机可靠性指标的计算。根据上述对采煤机故障统计得出：平均故障影响时间即平均维修时间MTTR=9.38h，平均故障间隔时间即平均运行时间MTBF=224.32h。并计算得到的可靠性指标如下：故障率（失效率）λ=0.004458 h-1，修复率μ=0.10657 h-1，有效度A=0.9599， 可 靠 度 R(100h)=0.6403；R(200h)=0.4099；R(300h)=0.2625。

同时根据故障整理的数据计算的各子系统的失效率为：牵引部失效率λ=0.001444 h-1，截割部失效率λ=0.001583 h-1，电气控制系统失效率λ=0.000288 h-1，液压泵站系统失效率λ=0.000192 h-1，辅助装置失效率λ=0.000950 h-1。

3 采煤机综合改造及可靠性指标计算

3.1 采煤机综合改造实施方案简介

3.1.1 截割子系统改造

该型采煤机滚筒与摇臂连接方式原设计为锥形法兰连接。滚筒与摇臂法兰均为锥形，靠平键传递截割扭矩，滚筒螺栓连接固定。采煤机使用一段时间后，在需更换摇臂或滚筒时，滚筒无法从摇臂连接法兰处拆下，只能被迫和摇臂连接法兰一起拆下，造成摇臂内齿轮油的流失和因安装摇臂连接法兰而致的额外工力消耗，使故障处理时间大大延长。分析原因为锥形连接方式在采煤机斜切进刀时，滚筒受煤璧轴向截割反力作用及煤尘充填法兰配合间隙导致与摇臂连接越来越紧，终致难以拆卸，即使到井上后也需加热后用大吨位压力机方可拆卸。

针对此问题，确定将滚筒连接方式改为方形法兰连接，滚筒与摇臂连接法兰均改为方形，靠方法兰本身传递截割扭矩，滚筒螺栓连接固定，解决了滚筒拆卸的难题，大大降低了故障处理时间。

3.1.2 牵引子系统改造

1）制动系统改造。该型采煤机在煤层倾角25°以上的工作面使用时停机下滑现象较为严重，制动器摩擦片磨损极快，带来极大的安全隐患。分析原因为采煤机原设计中制动器安装在牵引传动箱双行星减速装置的太阳轮侧，通过制动器轴齿轮制动太阳轮上安装的齿轮，而在此前由牵引电机输出的牵引动力已经经过三级齿轮减速，与大多数机型制动电机输出轴相比所需制动力矩较大，再加采煤机自重达52吨，制动力矩不足，导致采煤机下滑。

针对此问题，在原太阳轮出安装的制动器基础上，在牵引电机输出轴处再加装一个制动器，组成双制动系统，将制动力矩提高至改造前的2.5倍，解决了采煤机下滑的安全隐患。

2）导向滑靴改造。该型采煤机导向滑靴原设计为铸钢材质，使用中因强度低、韧性差，断裂损坏故障频繁，故障影响时间较长，成本投入较大。

对此问题，对导向连接后整体焊接的加工工艺，使导向滑靴强度、韧性大大提高，降低损坏频率。

3）齿轨轮润滑注油方式改造。采煤机齿轨轮损坏主要分两种模式：即断齿和轴承损坏，而轴承损坏主要原因在于注油不利导致的轴承缺油，其原设计注油方式为润滑油脂用注油枪由齿轨轮护板上注油孔注入，经过护板上注油孔、齿轨轮轴上油孔、轴套油孔后到达轴承。使用中，当轴相对于护板发生轻微转动后，注油通道就会变小甚至堵死，造成注油不畅，再由于煤尘进入，极易堵死护板上注油孔，而且因注油通道在护板与轴间过渡时需经过90°转向，导致通道一旦被煤尘堵塞后极难通清，轴承因缺油极快损坏。

针对此问题，对齿轨轮注油方式进行改造，在齿轨轮轴端头钻孔与油孔沟通，并在端头处加设M10×1.5螺纹孔，与加长注油软管接头连接，用注油枪注入润滑油脂。改造后，即使轴上油孔堵塞，也极易通清，保证了齿轨轮注油的及时性，降低轴承损坏机率。

3.1.3 调高液压系统改造。该机型原调高液压系统为20kW电机驱动进口齿轮油泵，为升降制动液压系统供油。通过手、液动操纵阀组，安全阀、调高油缸、制动器等元件实现采煤机摇臂调高，制动松闸、报闸等功能。使用中进口齿轮油泵使用寿命不足一个月就发热损坏，造成极大的成本投入（8万/台）。

针对此问题，对调高液压系统进行改造，取消电机、油泵、油箱，采用工作面液压支架用乳化液做为调高液压系统动力源，选用支架用进口电液控阀组替代原国产阀组，并采用二级精过滤器串联方式，来保证电液控阀组先导控制阀的供液质量。

3.1.4 主机架改造。该机型主机架为框架式分体结构，牵引传动箱、高压箱、控制箱、调高系统由采空区侧装入。中间框架与左、右框架间通过对节螺栓、稳钉肖轴连接。此结构使采煤机在安装时因中间框架的存在而造成额外的工力和工时消耗，使用中，又因中间框架受力较大，造成对节螺栓极易松动折断，而松动折断后由于对节两侧箱体内安有电控箱体及箱体间有多条连接电缆，造成螺栓无法及时紧固更换，极易导致对节断开，严重影响生产。

通过前面对此类型采煤机综合改造方案地落实，有理由相信采煤机整机可靠性与改造前相比必将有极大提升。为此，同样对开滦集团范各庄矿井下12煤层的1327工作面回采全过程中改造后采煤机的故障情况进行了统计整理，得到了采煤机在该工作面的故障记录清单。

从清单中可以得出采煤机各子系统故障影响时间占总故障时间的比例，在所有的故障中，截割部所占的故障时间比例为40.78%，故障6次，故障时间48.67h；牵引部所占的故障时间比例为28.49%，故障3次，故障时间34h；辅助装置所占的故障时间比例为6.7%，故障2次，故障时间8h；电气系统所占的故障时间比例为18.16%，故障5次，故障时间21.67h；液压系统所占的故障时间比例为5.87%，故障4次，故障时间7h。

可以看出改造后的采煤机所有的故障中，仍旧是截割部所占的故障时间比例最大，其次是牵引部，但故障次数和故障影响时间较改造前减少幅度较大。

3.2 改造后采煤机可靠性指标的计算。根据改造后采煤机运行记录计算出平均故障影响时间即平均维修时间MTTR=5.97h，平均故障间隔时间即平均运行时间MTBF=320.35h。计算得到改造后MGTY300/730-1.1D型采煤机的可靠性指标如下：

故障率（失效率）λ=0.003155 h-1， 修 复 率 μ=0.16759 h-1， 有 效 度A=0.9817， 可 靠 度 R(100h)=0.7318；R(200h)=0.5356；R(300h)=0.3919。

同时根据故障整理的数据计算的各子系统的失效率为：牵引部失效率λ=0.000889 h-1，截割部失效率λ=0.001273 h-1，电气控制系统失效率λ=0.000567-1，液压泵站系统失效率λ=0.000183 h-1，辅助装置失效率λ=0.000209 h-1。

结语

根据上述分析，可以看出，改造后MGTY300/710-1.1D 型采煤机的可靠性指标得到了大幅降低，子系统失效率除电气系统较改造前增加外其余全部减小，说明采煤机综合改造效果显著，整机可靠性指标大幅提高。

[1]许金龙，吴波.电牵引采煤机行星减速器可靠性增长研究[J].矿山机械，2011（08）.