矿山机械部件失效原因及预防措施

朱旭明

摘要：高质量的矿山开采技术离不开矿山机械的支撑。在矿山开采过程中，矿山机械结构不可避免的会发生一些破坏或者变形。为提高矿山开采效率和质量，本文根据实践经验对矿山机械结构的失效破坏特点进行了详细分析，并针对各类矿山机械结构的失效提出了相应的预防措施和维修措施，为矿产开采行业的生产提供有力支撑。

关键词：矿山机械；机械失效；液压故障；机械维修

0   引言

矿山机械在采矿作业中扮演着至关重要的作用，然而由于其在恶劣的环境中长期运行，机械结构的失效问题时有发生。这不仅会影响矿山的生产效益，还会对工作人员的生命财产安全造成威胁[1-2]。为了保证矿山机械的正常运行和生产效益，需要对机械结构的失效原因和模式进行全面、准确的分析，并提出矿山机械在使用过程中的管理和维护建议[3-4]。本文旨在深入探讨矿山机械结构的失效分析及维修，建立科学的分析方法和维修措施，确保机械设备的安全运行和延长使用寿命。

1   矿山机械部件失效分析

1.1   常用矿山机械

矿山机械根据矿山的开采性质，可分为地下矿山机械和露天矿山机械两种类型。在地下矿山开采过程中，常用的机械设备有钻探机、矿用卡车、提升机、装载机、破碎机、筛分机、输送机等，这些机械设备可以有效地提高矿山的生产效率和安全性。

而在露天矿山开采过程中，常用的机械设备有挖掘机、装载机、卡车、铲运机等，这些机械设备可以有效地开采和运输大量的矿石和岩石，提高矿山的生产效率，并降低生产成本。根据矿山机械的种类，对下面几类常见的矿山机械设备进行故障失效分析。

1.2   液压支护类矿山机械失效分析

液压支护类机械设备在煤矿、金属矿山、隧道工程等领域都有广泛应用，其主要作用是支撑和加固矿井或隧道的壁岩，以确保工作面的安全稳定。这类设备主要采用液压系统作为动力源，通过液压缸来实现支撑杆的伸缩，以达到对矿井或隧道壁岩的支撑和加固。这些设备常见失效类型如下：

1.2.1   液压系统失效

液压系统是液压支护类机械设备核心部件，其作用是将液压油转化为机械能，实现支撑杆的伸缩，从而对矿井或隧道壁岩进行支撑和加固。如果液压系统失效，将导致机械设备无法正常工作，严重的甚至会导致生产事故的发生。

常见的液压系统失效类型包括液压泄漏、油管破裂、液压缸密封失效等。其中液压泄漏包括外泄漏和内泄漏。内泄漏是指液压系统中的液体从高压侧泄漏到低压侧，或从工作元件的一侧泄漏到另一侧，或从阀芯内部泄漏到阀芯外部。内泄漏会导致液压系统的工作效率下降，从而影响系统的工作性能。

外泄漏是指液压系统中的液体，从系统的密封部位泄漏到外部环境中。外泄漏会导致液压系统的液压油量减少，从而影响系统的工作性能。外泄漏还会对环境造成污染，对工人的健康造成威胁。

此外，如果设备各部件之间没有形成良好配合，使得部件与设备之间产生摩擦，会进一步导致液压油的温度升高。液压系统在油温过高（超过70℃）的环境下持续工作，很可能会引起系统回路的失灵，严重损坏液压系统的工作性能。

1.2.2   电气系统失效

液压支护类机械设备的电气系统是其控制和驱动部件，是机械设备能够正常工作的重要保障。在电气系统中，包含着复杂的电路和电子元件，一旦出现故障排查起来将非常复杂。特别是在大型矿山机械设备上，通常会设计有可编程控制器（PLC），用于实现设备自动控制。

电气PLC无输出的故障，是一种典型的失效类型。这种故障可能会导致机械设备无法正常工作，从而影响生产效率和工作安全。PLC的失效故障可能是由于电源故障、电路板老化、元件损坏等原因导致的，这些需要经过专业的技术人员进行排查和修复。

通常，电源故障可能是由于电源电压不稳定、电源线路短路等原因导致的，这会影响PLC的正常工作。电路板老化可能是由于长时间使用环境因素导致的，这会影响电路板的正常传输数据，从而影响PLC的正常工作。此外，元件老化、损坏、接触不良等，均会使PLC无法正常运转，从而影响机械设备的正常工作。

1.3   物料传送类矿山机械失效分析

在矿山工程中，主要的传送类机械设备包括输送带、斗式提升机和振动给料机等。输送带由输送帶、驱动轮、弹簧、支撑架等部分组成。其优点是输送能力大，输送距离远，适用于大批量、连续的物料输送。输送带的缺点是占用空间大，维护成本高。输送带如图1所示。

斗式提升机是一种将物料从低处提升到高处的机械设备，由提升机、斗、驱动装置等部分组成。其优点是输送高度大，输送量大，适用于垂直输送。提升机的缺点是噪声大，能耗高。振动给料机由振动器、料斗、输送槽等部分组成。其优点是输送量大，输送距离远，适用于粉状、颗粒状物料的输送。振动给料机的缺点是易受物料的影响，需要经常维护。这些传送类机械的失效主要有以下几种类型：

1.3.1   动力失效

物料传送类机械设备的主要动力源是电机。电机失效常表现为轴承发热、声音异常、无法启动或者启动后缓慢停转等。这些失效成因也各不相同，可能是由于电机内部零部件的老化、损坏、缺乏润滑、过载等原因导致的。

1.3.2   传动部件失效

一般来说，输送带的传动部件如减速器、联轴器等经常容易出现故障，导致输送带无法正常工作。减速器是用于降低输送带的转速，使物料能够以适当的速度运输的重要部件。如果减速器出现故障，可能会导致输送带速度过快或过慢，甚至停转。

联轴器则是用于连接输送带的驱动轴和被驱动轴，使其能够传递动力的重要部件。如果联轴器出现故障，可能会导致输送带的驱动轴和被驱动轴无法连接，导致输送带无法正常工作。此外，传动部件还包括传动皮带、链条等，如果这些部件出现故障也会影响输送带的正常工作。

输送带承载的物料过多或者物料密度过大，会导致输送带的负载超过其承载能力。这会造成电机承受更大的负荷，超负荷运行，进而导致电机故障。此外，输送带的载荷过大还会导致输送带的张力增大，增加了输送带和传动部件的磨损，缩短机械设备的使用寿命。

1.4   破碎、掘进类机械失效分析

破碎、掘进类机械是矿山开采过程中的核心设备，用于将矿石破碎成所需大小，提高利用率。矿用卡车、提升机等用于将矿石运输到目的地；破碎、掘进类机械用于完成爆破、挖掘、填埋等工作，提高建设效率。使用这些机械设备可以提高矿石利用率、采矿效率，降低采矿成本。关于破碎、掘进类机械失效的类型主要有以下几种：

1.4.1   磨损失效

磨损失效会导致机械零部件的尺寸、形状、表面质量等发生变化，进而影响机械设备的工作性能。以矿山中常用的破碎机为例，由于长期使用，其破碎锤头和锤片会出现磨损，导致破碎效率下降，破碎出来的矿石不再符合要求的尺寸。类似地，掘进机的刀具也会因为长时间的使用而出现磨损，导致掘进效率下降。破碎机轴承磨损如图2所示。

1.4.2   疲劳失效

破碎、掘进类机械在矿山工作中需要承受较大的载荷，这种长时间高负荷的工作，会导致机械零部件的疲劳失效。疲劳失效是机械零部件在循环载荷作用下，发生的一种逐渐加剧的损伤过程，可能导致机械零部件出现裂纹、断裂等故障，进而影响机械设备的工作性能。

以矿山中常用的提升机和输送机为例，长时间承受重物的载荷，导致其链条和皮带轮等部件容易发生疲劳失效，从而发生链条断裂或皮带轮脱落等问题。除此之外，矿用卡车在运输矿石时也会承受较大的载荷，长时间使用会造成车轮和车架等部件发生疲劳失效，甚至导致车辆失控或发生事故。

1.4.3   腐蚀失效

地下矿山工作环境通常比较恶劣，大部分机械设备处于潮湿、腐蚀性较强的环境中。这些机械零部件通常是由金属制成的，而金属在潮湿、腐蚀性环境中会发生腐蚀失效。这种失效会导致机械零部件的表面质量、尺寸等发生变化，从而影响机械设备的工作性能、效率以及寿命。

2   矿山机械失效的预防措施

2.1   定期检查

定期检查对于长期在矿山进行开采工作的机械设备来说是最重要的一环，这关系到矿山资源开采的经济成本和现场工作人员的人身安全。为了确保液压支护类机械设备的正常运行，需要定期检查液压系统、机械结构和电气系统等部件的运行状态，及时处理和更换老化或损坏的密封件和管路，确保生产安全和生产效率。

对于物料传送类机械设备，需要定期检查电机的状态和运行情况，及时发现和处理动力故障等，确保机械设备的正常工作。同时，定期更换电机内部的零部件并进行润滑，也是预防动力故障的重要措施。

对输送类机械设备来说，需要定期检查输送带的张力和传动部件的磨损情况，及时更换磨损严重的部件，并定期检查传动部件的状态和运行情况，及时发现和处理故障。除此之外，还可以通过定期更换磨损的零部件、加强润滑和清洗等方式，延长机械设备的使用寿命，提高生产效率。

2.2   及时维修

除了对矿山工程中的各类机械设备进行定期检查以外，还需要对检查结果进行详细记录，根据记录，对有问题或者出现故障的机械设备提出合理的解决方案。对设备进行维修之后，需要做好维修记录，如每次维修的时间、维修内容、维修人员等信息，以便于后续对该机械设备的整体工作状态进行追溯和分析。为确保每次出现机械故障时，能够及时的解决各种问题，还需要建立一支专业的设备维修团队，对机械设备进行定期检查和维护，及时处理设备故障，确保设备的正常运行。

2.3   规范使用

科学技术的高速发展，机械设备的更新换代速度加快，对于新兴的机械设备使用方面提出了更高要求。矿山机械设备种类众多，不同的机械设备有对应的使用规范。矿山企业需要建立健全的管理制度，加强对机械设备的监管，对存在的问题及时处理。

矿山企业需要加强对矿山机械的使用进行培训和管理，确保操作人员具备足够的专业知识和技能，并能够正确使用和维护机械设备，避免给矿山开采工作带来不可估量的影响。

机械设备使用与人员安全生产意识息息相关，要加强对安全生产的宣传教育，提高全員安全意识，共同营造安全稳定的工作环境。操作人员必须接受专业培训，掌握正确的操作方法和安全注意事项，并严格按照操作手册或标准程序进行操作，不得随意更改机械的工作参数或操作流程，确保机械设备的安全运行。

3   结束语

矿山机械在采矿作业中扮演着至关重要的作用，然而由于其在恶劣的环境中长期运行，机械结构的失效问题时有发生。这不仅会影响矿山的生产效益，还会对工作人员的生命财产安全造成威胁矿山机械设备的失效可能会对生产造成严重的影响，因此建立科学的分析方法和维修措施至关重要。

为提高矿山开采效率和质量，本文根据实践经验对矿山机械结构的失效破坏特点进行了详细分析，并针对各类矿山机械结构的失效提出了相应的预防措施和维修措施，为矿产开采行业的生产提供有力支撑。通过这些措施的实施，可以确保机械设备的安全运行，延长机械设备使用寿命，提高生产效率和经济效益。

参考文献

[1] 王再广，马宁.矿山机械设备在铁矿开采中的合理运用[J].山西冶金，2023，46（3）：244-245+248.

[2] 韩翠花.浅谈矿山机械结构的失效分析及维修探讨[J].山西冶金，2014，37（1）：96-97.

[3] 郭娟，张迪.矿山机械设备的日常维护与保养研究[J].中国设备工程，2023（11）：67-69.

[4] 陈万征.矿山机械自动化设备的维护及维修研究[J].新型工业化，2022，12（5）：86-89+93.