煤矿提升机常见故障类型分析及故障诊断技术研究

（山西省大同市同煤集团马脊梁矿 山西 037000）

引言

矿井下设备人员的移动，设备及材料等的运输大多都是通过矿井提升机来实现的，因此矿井提升机的安全运行至关重要，它在矿山的安全作业中起到了重要保障作用。社会的发展推动着各种大型设备自动化和机械化水平的提升，由此造成了矿井提升机的内部构成更加密集与繁琐。如果稍微有所改变或者是内部匹配失败，很大程度上会造成整个矿山作业的延误。因此，有必要针对矿井提升机的安全性能的提升进行研究，从而保障作业安全。许多学者和研究人员们通过对矿井提升机进行故障探索研究而提出新的改进思路。例如王大虎等人[1]依赖于模糊神经网络方法来达到监视和诊断使用中的多台起重机的故障的目的，并与MATLAB软件相结合来做系统仿真。李娟娟等[2]通过对矿井提升机研究的发展路径和过去的故障进行统计与分析，比如故障类型和失效类型等，并在此基础上提出了许多改进意见，想借此来促进提升机的工作效率的提升。

1.故障类型

(1)齿轮箱故障

齿轮箱故障是矿井起重机使用过程中最容易出现的故障。主要是有以下几种类型：

①变速箱油的温度高。由此带来的故障就是润滑油不能实现及时的供应，然后引发了润滑点故障；

②机身漏油现象，常见于箱体的接合的位置处或者内齿轮的位置；

③齿轮箱的齿轮轴出现断裂问题或摩擦力减小出现打滑；

④车体问题，最常见的就是轴承温度的异常，不在正常范围内，还有一种可能性就是内部过滤存在问题；

⑤粘合问题，具体指的是金属在齿轮接触面上的熔焊，通常是在齿面上的金属层被撕下时发生的；

⑥齿轮损坏，主要是齿轮存在断裂或断齿的现像，一般常见于体积较小的齿轮，或者高速运转状态；

⑦变速箱体故障，下图1列出了常见的几种故障类型。

图1 齿轮箱异常噪音行程原因

(2)电动机故障

①在使用定子时，就会感应到非正常状态下的电磁振动。之所以会产生这种故障的原因是：基座与电动机壳体之间是通过轴承进行连接的，轴承一旦松动，就会导致电动机产生相同频率的振动。铁芯和定子线圈也无法处于紧合的状态。定子的三相磁场相对移动，导致出现非对称的现象。

②电磁振动还有一个重要的原因就是气体间的不平整状态，即动态和气态不平衡所致。

③电机的转子出现故障，也会引起电磁振动。这个故障的特征如下：电磁振动的频率是受电动机负载的影响的，具体的表现为同增；转子一旦开始异常工作时，则会导致转子的动态偏心或出现电磁振动。

④转子在运转过程中出现异常，重点表现为：电机转子的径向幅度明显大于轴向幅度；转子的振动幅度随速度的增加而显著增加：频率和速度频率相等。

(3)滚筒故障

矿井提升机内部的滚筒的结构主要时由主要轴承，次要轴承，鼓等零件，制动器，液压站等部件组成。下面的图2显示了矿山中常用的特定的单筒式卷扬筒结构。

图2 单筒缠绕式提升机结构

滚筒故障的类型重点体现在滚筒破裂或焊接开裂，归根结底还是由于外壳强度太低，故障排除主要依靠现场操作人员的时刻监测才能及时发现。

2.优化方案设计

矿井提升机中使用的滚筒的结构有电动机，冠轮，减速器和鼓筒等诸多部件。不同类型的传感器需要监视和检测不同位置的故障现象。对于由滚子，电动机或飞轮引起的振动型机械故障，常见的解决办法是使用振动传感器来发现故障并分析其原因。辊的挠度可以使用压力传感器和位移传感器来进行监控。本次研究的主要研究对象是：同煤集团某煤矿主轴上使用的JKMD-2.8x4（3）E型矿井提升机的工作状态。这个机器的具体参数见下表1。

表1 提升机主要参数情况表

根据传感器监控到的结果来做好起重故障诊断计划。该结构包括监视主机，信号调节器，数据采集卡和检测传感器等诸多部件。所实现的特定功能包括基本操作参数显示，运行过程中的数据提取和监视数据来进行存储记忆等。

矿井提升机中所包含的传感器类型很多，温度，位移，速度，振动，加速度传感器等。这些传感器的安装位置和条件要求也较为严谨：首先是要远离影响设备运行的环境的位置，另外还要距离轴承，并且机械设备相对敏感的位置，另外还要考虑到与故障点的距离，并且承载能力良好。

图3 提升机各种传感器实际布设位置图

矿井提升机传感器的具体安装要求如下：八个位移传感器，八个压力传感器，十二个温度传感器和十二个振动传感器，安装在位置十七和二十处的传感器类型为振动和温度传感器。安装在位置十至十三的传感器类型为压力和温度传感器；安装在位置十八、十九号的传感器的类型主要是位移传感器和压力传感器。

诊断系统常见的内部构件有：监视中心主机，信号接收器，各种传感器等，所包含的功能有：收集数据并进行存档记忆。布置传感器的性能在于，可以监视电梯故障的位置和运行状态，找出故障并加以解决，来实现提升机的系统的稳定。

3.结语

本研究通过以矿井提升机IKMD-2.8x4（3）E为例，来具体分析矿井提升机齿轮箱，电机和辊轴的故障类型，以及该故障常见的一些特点和出现的原因，优化设计了故障诊断系统来对矿井提升机性能进行改进。同时也对这个机械故障诊断系统的结构，组成，具体工作原理及应用进行详细说明，经试验发现具有明显参考价值，值得推广借鉴。