孫建立

（開(kāi)灤集團(tuán)設(shè)備管理中心，河北 唐山 063000）

1 可靠性基本理論

1.1 可靠性定義。可靠性的定義是：產(chǎn)品在規(guī)定的條件下和規(guī)定的時(shí)間區(qū)間內(nèi)，完成規(guī)定功能的能力。產(chǎn)品喪失規(guī)定的功能稱為失效，對(duì)可修復(fù)的產(chǎn)品稱為故障。系統(tǒng)、機(jī)器、零部件等一般是隨使用時(shí)間的增長(zhǎng)會(huì)產(chǎn)生損壞或故障的，對(duì)于發(fā)生故障一般有兩種處置方式，即廢棄或修復(fù)故障。

1.2 可靠性特征量。表示產(chǎn)品總體可靠性水平高低的各種可靠性指標(biāo)稱為可靠性特征量。可靠性特征量的真值是理論上的數(shù)值。根據(jù)樣本觀測(cè)值，經(jīng)一定的統(tǒng)計(jì)分析可得到特征量的真值的估計(jì)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、平均無(wú)故障工作時(shí)間MTBF、平均修復(fù)時(shí)間MTTR、有效度A(A=MTBF/(MTBF+MTTR)=μ/(μ+λ),μ—修復(fù)率 )等。

2 采煤機(jī)整機(jī)系統(tǒng)可靠性分析

2.1 采煤機(jī)可靠性分析方法。對(duì)采煤機(jī)這種串聯(lián)可修復(fù)系統(tǒng)進(jìn)行可靠性分析，可以首先結(jié)合該機(jī)型采煤機(jī)現(xiàn)場(chǎng)運(yùn)行記錄，進(jìn)行典型故障統(tǒng)計(jì)分析，統(tǒng)計(jì)出其無(wú)故障工作時(shí)間頻數(shù)和故障間隔(即修理)時(shí)間頻數(shù),求出機(jī)械平均無(wú)故障工作間和平均修理時(shí)間,并由此得出故障率、修復(fù)率、有效度等可靠性指標(biāo)，在此基礎(chǔ)上就其牽引、截割、液壓、電氣和輔助等五大子系統(tǒng)中故障影響時(shí)間所占比例較重的子系統(tǒng)，進(jìn)行具體細(xì)致的可靠性分析，從而綜合確定出采煤機(jī)故障率的關(guān)鍵影響因素，提出維修管理重點(diǎn)或技術(shù)改造方案。

2.2 MGTY300/730-1.1D型采煤機(jī)整機(jī)可靠性分析

2.2.1 MGTY300/730-1.1D電牽引采煤機(jī)簡(jiǎn)介。MGTY300/730-1.1D電牽引采煤機(jī)由太重集團(tuán)太礦煤機(jī)有限責(zé)任公司生產(chǎn)，采用多電機(jī)橫向布置、無(wú)鏈牽引的方式，計(jì)算機(jī)控制，對(duì)運(yùn)行狀態(tài)隨時(shí)檢測(cè)顯示，顯示內(nèi)容全部為中文，適應(yīng)國(guó)內(nèi)煤礦使用。開(kāi)灤集團(tuán)自2001年起陸續(xù)采購(gòu)應(yīng)用，現(xiàn)有數(shù)量近20臺(tái)，分別應(yīng)用于范各莊、呂家坨等礦業(yè)分公司，是中厚煤層開(kāi)采的主力機(jī)型。

2.2.2 采煤機(jī)故障統(tǒng)計(jì)與分析。采煤機(jī)為可修復(fù)系統(tǒng)，其最重要的可靠性數(shù)據(jù)為系統(tǒng)的故障影響時(shí)間和故障間隔（運(yùn)行）時(shí)間。為此，對(duì)開(kāi)灤集團(tuán)范各莊礦12煤層2021工作面回采全過(guò)程中MGTY300/710-1.1D 型采煤機(jī)的故障情況進(jìn)行了統(tǒng)計(jì)整理，計(jì)算出平均故障影響時(shí)間即平均維修時(shí)間MTTR=9.38h，平均故障間隔時(shí)間即平均運(yùn)行時(shí)間MTBF=224.32h，并可以得出采煤機(jī)各子系統(tǒng)故障影響時(shí)間占總故障時(shí)間的比例。

在采煤機(jī)所有的故障中，截割部所占的故障時(shí)間比例最大，主要表現(xiàn)在電機(jī)燒、離合軸及軸承壞、一軸密封壞等，其次是牽引部，主要表現(xiàn)在導(dǎo)向滑靴掰、行走輪壞、制動(dòng)閘失效等，第三輔助裝置主要變現(xiàn)在對(duì)接螺絲松、調(diào)高千斤頂壞等，第四電氣系統(tǒng)主要是變頻器、端頭站、控制中心等損壞，第五液壓系統(tǒng)主要是調(diào)高泵壞。為找出這兩個(gè)子系統(tǒng)中故障關(guān)鍵影響因素，需進(jìn)一步對(duì)其進(jìn)行具體細(xì)致的可靠性分析。在液壓泵站和輔助裝置兩個(gè)子系統(tǒng)中，調(diào)高泵損壞和對(duì)節(jié)螺絲折斷兩種故障模式對(duì)其影響極大，其中調(diào)高泵損壞故障發(fā)生4次，占該子系統(tǒng)故障次數(shù)80%，故障影響時(shí)間720h，占該子系統(tǒng)故障影響時(shí)間90%；對(duì)節(jié)螺絲折斷故障發(fā)生3次，占該子系統(tǒng)故障次數(shù)75%，故障影響時(shí)間3600h，占該子系統(tǒng)故障影響時(shí)間91% 。因此應(yīng)把它們列為采煤機(jī)故障關(guān)鍵影響因素，作為技術(shù)改造的解決重點(diǎn)。

2.2.3 采煤機(jī)可靠性指標(biāo)的計(jì)算。根據(jù)上述對(duì)采煤機(jī)故障統(tǒng)計(jì)得出：平均故障影響時(shí)間即平均維修時(shí)間MTTR=9.38h，平均故障間隔時(shí)間即平均運(yùn)行時(shí)間MTBF=224.32h。并計(jì)算得到的可靠性指標(biāo)如下：故障率（失效率）λ=0.004458 h-1，修復(fù)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。

同時(shí)根據(jù)故障整理的數(shù)據(jù)計(jì)算的各子系統(tǒng)的失效率為：牽引部失效率λ=0.001444 h-1，截割部失效率λ=0.001583 h-1，電氣控制系統(tǒng)失效率λ=0.000288 h-1，液壓泵站系統(tǒng)失效率λ=0.000192 h-1，輔助裝置失效率λ=0.000950 h-1。

3 采煤機(jī)綜合改造及可靠性指標(biāo)計(jì)算

3.1 采煤機(jī)綜合改造實(shí)施方案簡(jiǎn)介

3.1.1 截割子系統(tǒng)改造

該型采煤機(jī)滾筒與搖臂連接方式原設(shè)計(jì)為錐形法蘭連接。滾筒與搖臂法蘭均為錐形，靠平鍵傳遞截割扭矩，滾筒螺栓連接固定。采煤機(jī)使用一段時(shí)間后，在需更換搖臂或滾筒時(shí)，滾筒無(wú)法從搖臂連接法蘭處拆下，只能被迫和搖臂連接法蘭一起拆下，造成搖臂內(nèi)齒輪油的流失和因安裝搖臂連接法蘭而致的額外工力消耗，使故障處理時(shí)間大大延長(zhǎng)。分析原因?yàn)殄F形連接方式在采煤機(jī)斜切進(jìn)刀時(shí)，滾筒受煤璧軸向截割反力作用及煤塵充填法蘭配合間隙導(dǎo)致與搖臂連接越來(lái)越緊，終致難以拆卸，即使到井上后也需加熱后用大噸位壓力機(jī)方可拆卸。

針對(duì)此問(wèn)題，確定將滾筒連接方式改為方形法蘭連接，滾筒與搖臂連接法蘭均改為方形，靠方法蘭本身傳遞截割扭矩，滾筒螺栓連接固定，解決了滾筒拆卸的難題，大大降低了故障處理時(shí)間。

3.1.2 牽引子系統(tǒng)改造

1）制動(dòng)系統(tǒng)改造。該型采煤機(jī)在煤層傾角25°以上的工作面使用時(shí)停機(jī)下滑現(xiàn)象較為嚴(yán)重，制動(dòng)器摩擦片磨損極快，帶來(lái)極大的安全隱患。分析原因?yàn)椴擅簷C(jī)原設(shè)計(jì)中制動(dòng)器安裝在牽引傳動(dòng)箱雙行星減速裝置的太陽(yáng)輪側(cè)，通過(guò)制動(dòng)器軸齒輪制動(dòng)太陽(yáng)輪上安裝的齒輪，而在此前由牽引電機(jī)輸出的牽引動(dòng)力已經(jīng)經(jīng)過(guò)三級(jí)齒輪減速，與大多數(shù)機(jī)型制動(dòng)電機(jī)輸出軸相比所需制動(dòng)力矩較大，再加采煤機(jī)自重達(dá)52噸，制動(dòng)力矩不足，導(dǎo)致采煤機(jī)下滑。

針對(duì)此問(wèn)題，在原太陽(yáng)輪出安裝的制動(dòng)器基礎(chǔ)上，在牽引電機(jī)輸出軸處再加裝一個(gè)制動(dòng)器，組成雙制動(dòng)系統(tǒng)，將制動(dòng)力矩提高至改造前的2.5倍，解決了采煤機(jī)下滑的安全隱患。

2）導(dǎo)向滑靴改造。該型采煤機(jī)導(dǎo)向滑靴原設(shè)計(jì)為鑄鋼材質(zhì)，使用中因強(qiáng)度低、韌性差，斷裂損壞故障頻繁，故障影響時(shí)間較長(zhǎng)，成本投入較大。

對(duì)此問(wèn)題，對(duì)導(dǎo)向連接后整體焊接的加工工藝，使導(dǎo)向滑靴強(qiáng)度、韌性大大提高，降低損壞頻率。

3）齒軌輪潤(rùn)滑注油方式改造。采煤機(jī)齒軌輪損壞主要分兩種模式：即斷齒和軸承損壞，而軸承損壞主要原因在于注油不利導(dǎo)致的軸承缺油，其原設(shè)計(jì)注油方式為潤(rùn)滑油脂用注油槍由齒軌輪護(hù)板上注油孔注入，經(jīng)過(guò)護(hù)板上注油孔、齒軌輪軸上油孔、軸套油孔后到達(dá)軸承。使用中，當(dāng)軸相對(duì)于護(hù)板發(fā)生輕微轉(zhuǎn)動(dòng)后，注油通道就會(huì)變小甚至堵死，造成注油不暢，再由于煤塵進(jìn)入，極易堵死護(hù)板上注油孔，而且因注油通道在護(hù)板與軸間過(guò)渡時(shí)需經(jīng)過(guò)90°轉(zhuǎn)向，導(dǎo)致通道一旦被煤塵堵塞后極難通清，軸承因缺油極快損壞。

針對(duì)此問(wèn)題，對(duì)齒軌輪注油方式進(jìn)行改造，在齒軌輪軸端頭鉆孔與油孔溝通，并在端頭處加設(shè)M10×1.5螺紋孔，與加長(zhǎng)注油軟管接頭連接，用注油槍注入潤(rùn)滑油脂。改造后，即使軸上油孔堵塞，也極易通清，保證了齒軌輪注油的及時(shí)性，降低軸承損壞機(jī)率。

3.1.3 調(diào)高液壓系統(tǒng)改造。該機(jī)型原調(diào)高液壓系統(tǒng)為20kW電機(jī)驅(qū)動(dòng)進(jìn)口齒輪油泵，為升降制動(dòng)液壓系統(tǒng)供油。通過(guò)手、液動(dòng)操縱閥組，安全閥、調(diào)高油缸、制動(dòng)器等元件實(shí)現(xiàn)采煤機(jī)搖臂調(diào)高，制動(dòng)松閘、報(bào)閘等功能。使用中進(jìn)口齒輪油泵使用壽命不足一個(gè)月就發(fā)熱損壞，造成極大的成本投入（8萬(wàn)/臺(tái)）。

針對(duì)此問(wèn)題，對(duì)調(diào)高液壓系統(tǒng)進(jìn)行改造，取消電機(jī)、油泵、油箱，采用工作面液壓支架用乳化液做為調(diào)高液壓系統(tǒng)動(dòng)力源，選用支架用進(jìn)口電液控閥組替代原國(guó)產(chǎn)閥組，并采用二級(jí)精過(guò)濾器串聯(lián)方式，來(lái)保證電液控閥組先導(dǎo)控制閥的供液質(zhì)量。

3.1.4 主機(jī)架改造。該機(jī)型主機(jī)架為框架式分體結(jié)構(gòu)，牽引傳動(dòng)箱、高壓箱、控制箱、調(diào)高系統(tǒng)由采空區(qū)側(cè)裝入。中間框架與左、右框架間通過(guò)對(duì)節(jié)螺栓、穩(wěn)釘肖軸連接。此結(jié)構(gòu)使采煤機(jī)在安裝時(shí)因中間框架的存在而造成額外的工力和工時(shí)消耗，使用中，又因中間框架受力較大，造成對(duì)節(jié)螺栓極易松動(dòng)折斷，而松動(dòng)折斷后由于對(duì)節(jié)兩側(cè)箱體內(nèi)安有電控箱體及箱體間有多條連接電纜，造成螺栓無(wú)法及時(shí)緊固更換，極易導(dǎo)致對(duì)節(jié)斷開(kāi)，嚴(yán)重影響生產(chǎn)。

通過(guò)前面對(duì)此類型采煤機(jī)綜合改造方案地落實(shí)，有理由相信采煤機(jī)整機(jī)可靠性與改造前相比必將有極大提升。為此，同樣對(duì)開(kāi)灤集團(tuán)范各莊礦井下12煤層的1327工作面回采全過(guò)程中改造后采煤機(jī)的故障情況進(jìn)行了統(tǒng)計(jì)整理，得到了采煤機(jī)在該工作面的故障記錄清單。

從清單中可以得出采煤機(jī)各子系統(tǒng)故障影響時(shí)間占總故障時(shí)間的比例，在所有的故障中，截割部所占的故障時(shí)間比例為40.78%，故障6次，故障時(shí)間48.67h；牽引部所占的故障時(shí)間比例為28.49%，故障3次，故障時(shí)間34h；輔助裝置所占的故障時(shí)間比例為6.7%，故障2次，故障時(shí)間8h；電氣系統(tǒng)所占的故障時(shí)間比例為18.16%，故障5次，故障時(shí)間21.67h；液壓系統(tǒng)所占的故障時(shí)間比例為5.87%，故障4次，故障時(shí)間7h。

可以看出改造后的采煤機(jī)所有的故障中，仍舊是截割部所占的故障時(shí)間比例最大，其次是牽引部，但故障次數(shù)和故障影響時(shí)間較改造前減少幅度較大。

3.2 改造后采煤機(jī)可靠性指標(biāo)的計(jì)算。根據(jù)改造后采煤機(jī)運(yùn)行記錄計(jì)算出平均故障影響時(shí)間即平均維修時(shí)間MTTR=5.97h，平均故障間隔時(shí)間即平均運(yùn)行時(shí)間MTBF=320.35h。計(jì)算得到改造后MGTY300/730-1.1D型采煤機(jī)的可靠性指標(biāo)如下：

故障率（失效率）λ=0.003155 h-1， 修 復(fù) 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。

同時(shí)根據(jù)故障整理的數(shù)據(jù)計(jì)算的各子系統(tǒng)的失效率為：牽引部失效率λ=0.000889 h-1，截割部失效率λ=0.001273 h-1，電氣控制系統(tǒng)失效率λ=0.000567-1，液壓泵站系統(tǒng)失效率λ=0.000183 h-1，輔助裝置失效率λ=0.000209 h-1。

結(jié)語(yǔ)

根據(jù)上述分析，可以看出，改造后MGTY300/710-1.1D 型采煤機(jī)的可靠性指標(biāo)得到了大幅降低，子系統(tǒng)失效率除電氣系統(tǒng)較改造前增加外其余全部減小，說(shuō)明采煤機(jī)綜合改造效果顯著，整機(jī)可靠性指標(biāo)大幅提高。

[1]許金龍，吳波.電牽引采煤機(jī)行星減速器可靠性增長(zhǎng)研究[J].礦山機(jī)械，2011（08）.