采煤机的失效分析与可靠性保证措施

杨琳琳

摘要：采煤机承担着从煤壁割煤，装煤的任务，是综采工作面的关键核心设备。但在实际应用中，采煤机存在可靠性低的问题，影响整个采煤生产过程。本文对采煤机结构进行了分析，总结出常见的采煤机失效形式，并就这些问题提出解决措施，对采煤机运行过程可靠性进行研究，将为企业制定设备检修、维护计划提供参考，为采煤机制定合理的项修和大修提供依据。

关键词：采煤机；失效分析；可靠性

1 引言

采煤机是煤矿开采的主要设备，它承担着原煤生产的关键任务。采煤机整机系统由包括多个子系统，工作过程中某一零部件损坏就可能导致采煤机停止工作。近年来我国经济水平逐渐提高，采煤机的技术工艺也有了较大的提升，但是仍然与世界先进水平存在着较大差距。为进一步促进我国煤矿产业的发展，提高煤矿产量，必须提高采煤机的可靠性。

2 采煤机薄弱环节失效分析

采煤机的失效分析主要是对采煤机最易出现故障的截割部和牵引部进行分析，其中牵引部驱动轮部分承受载荷相对较大，工作时在冲击作用下容易断齿，牵引部导向滑靴容易在输送机弯曲部分出现磨损加剧而撕裂损坏。截割部分的主轴承容易出现温度升高后的轴承间隙增大而引起轴承内圈损坏、轴承断裂、窜出等故障，而截三轴容易因弯矩过大而引起故障。此外截割部减速太阳轮在高阻力情况下也很容易出现损坏失效。在工程计算中，MATLAB软件是根据采煤机的故障数据做出检验故障的直方图，将采煤机所存在的问题直观表达出来。采煤机的失效部件较多，本文只对最薄弱的最易失效的部件进行以下的失效分析。

2.1 牵引部驱动轮、导向滑靴

采煤机是通过驱动轮和输送机销排销齿啮合将圆周运动转化为直线运动推进采煤机前进的。由于井下生产条件恶劣，驱动轮上承受的载荷较大，当采煤机工作时驱动轮要与销排齿啮合，也要承受一定的冲击，当工作时间较长时很容易导致驱动轮断齿或损坏。

导向滑靴损坏的原因主要有：导向滑靴的跨度较小，当采煤机通过输送机弯曲段时，其运行阻力较大，尤其在斜进刀方式中阻力会更大，导向滑靴在输送机弯曲处受到很大的侧向力，因而会加剧导向滑靴内挡的磨损，造成导向滑靴撕裂。倾斜开采对导向滑靴的影响也很大，角度越大，受力就越大，导向滑靴越容易损坏。

2.2 截割部截一轴、截二轴、截三轴及太阳轮

摇臂高速区截一轴、截二轴齿轮的轴承内圈转动或轴向窜出，造成轴承内圈挡边损坏、断裂，断裂的轴承挡边进入摇臂减速器箱体，损坏其他齿轮与轴承，致使整台摇臂减速器严重损坏。其主要原因是轴承内圈与齿轮轴径的设计配合过盈量偏小，即齿轮轴颈的最小极限尺寸偏小。在摇臂负载运行的情况下，温度升高到一定范围，尺寸微变后，它们间原有过盈量很可能不存在，而变为间隙配合，从而导致轴承内圈转动或轴向窜动。

由于煤质不同和煤中含有坚硬夹杂物，即使在同一工作面，截割阻力变化也很大，由于截三轴既承受弯矩又承受扭矩因此容易出现失效。双行星减速位于摇臂的最前端，其受到的影响也最大，工作环境也最差。当截割阻力很大时，双行星减速的太阳轮所承受的扭矩很大，因此经常出现失效。

3 采煤机可靠性保证措施

可靠性可分为固有可靠性和使用可靠性，主要受到设计制造工艺和操作维护方面的影响。

3.1 采煤机的设计制造过程的可靠性保证措施

对于失效率比较高截割部截三轴和行星减速机构中的太阳轮，由于承受力较复杂且冲击较大，可以采用相对更加优质材料，以降低其可能发生的频繁载荷冲击下的失效现象。对于齿轮的加工精度要加强控制，选用品质较好的轴承以防止出现是高速失效，轴承配合尺寸应设计严格。截割部关键部位应加装保护机构，防止载荷过大时的损坏，对齿轮及的运转应加强润滑保护。对于采用大功率电机的采煤机应加强其行星减速机构太阳轮的强度设计。同时对于采煤机操作人员及维修人员应加强培训，提高工作效率，避免误判。采煤机应定期进行维护检修，出现问题及时统计。采煤机与输送机之间配合要根据实际工作要求进行调整，液压支架与截割部也要互不干涉。在恶劣工作环境下应及时调整采煤机的运行方式。

在设计过程中，要全面了解现有机型采煤机的实际生产故障及维修情况，对故障部件要进行失效原因的分析，在设计中有针对性的提高薄弱环节的可靠度。提高采煤机可靠性的保证措施主要有：

⑴关键部件要选用优质材料制造。

⑵对齿轮的齿形设计、材料、热处理工艺、机械加工精度要有严格要求。

⑶轴承选用著名公司的品牌产品，以提高其使用寿命。

⑷为减小滚筒冲击载荷对传动件的破坏，应采取保护扭矩轴，当载荷超过许用值时，以实现自行剪断，实现保护传动件的目的。

⑸对摇臂上的齿轮和轴承采取强迫润滑。

⑹提高销齿和驱动轮的啮合传动比的稳定性。

⑺提高选用的大功率截割电动机性能。

⑻轴承内圈与齿轮轴径的设计配合过盈量要合适。

在设计中要综合应用可靠性设计、优化设计、人机工程设计等现代设计方法，以提高产品的可靠性。特别是可靠性设计，如预防故障设计、简化设计、降额设计和安全裕度设计、余度设计、耐环境设计、人机工程设计等。当然，机械可靠性设计的方法绝不能离开传统的机械设计和其它的一些优化设计方法，如机械计算机辅助设计、有限元分析等。

3.2 采煤机的使用与维护可靠性保证措施

提高人的操作水平及觉悟认识对提高整个采煤机的可靠性也是至关重要的。做好人的培训工作，提高操作和维修水平，尽量避免操作过程中的判断失误和操作失误。还应加强安全管理，提高人的自我纠错能力，及时分析人为失误的原因采取相应措施。要注意对采煤机的维护与保养，当出现小的故障隐患时要及时处理，以免造成更严重的后果。做好对人的管理工作，制定健全的规章制度及监督检查机制。做好设备可靠性数据的统计工作，认真做好设备的运行记录、制定合理的维修计划。采煤机、液压支架、刮板输送机之间的配套选型合理与否，也将对采煤机的可靠性产生很大的影响。输送机与采煤机配套时，要考虑过煤高度，合理的过煤高度可以保证大块煤和矸石的顺利通过，在满足采煤机机身设计尺寸的要求下，过煤高度取值应尽量大些。输送机的结构形式必须与采煤机的结构相匹配。液压支架的结构尺寸要适应采煤机的采高范围的要求，而液压支架的推移步距也要与采煤机的截深相适应。要保证设备运行时不相互发生干扰，并使其配套设备的效能最大程度的发挥。

工作面作业环境对人的影响也很大，要提高工人工作的舒适度、降低有害气体、煤尘和噪声的产生。作业环境直接影响人机系统的效率和操作者的身心健康与安全，良好的工作面生产环境将对人的工作状态有极大的提升，同时也使采煤机的使用可靠性有了很大的提高。在工作面的生产条件比较恶劣的时候，更要根据煤层地质条件特点，合理选择采煤机的工作方式。另外，对采煤机的供电及供水等配套设施要充分保证，这样才能使采煤机正常工作有所保障。

4 结语

通过对采煤机整机进行分析，可以注意故障频发点，更好地提高采煤机的使用寿命，从而提高煤矿产业的产量和经济效益。制造、设计、操作、维修是影响采煤机可靠性的主要因素。首先改善采煤机的薄弱環节，选用更优质的材料来增强零件的抗磨损性为重点。其次加强提高操作人员、维修人员自身素质，正确使用和维修采煤机，提高使用效率和工作效率。还要定期对采煤机进行检查。通过分析明确失效原因，给出预防对策尽量减少或避免失效的再次发生，保证采煤机在恶劣的环境下长期高效作业。

参考文献

[1]杨宝才.采煤机导向滑靴失效分析与改善措施[J].煤矿机电，2018（05）：50-53+57.

[2]郭莹.采煤机的失效分析与可靠性保证措施[J].煤矿现代化，2018（02）：114-116.

（作者单位：三一重型装备有限公司）