楊彬林

(兗礦集團(tuán)天池公司,山西晉中 032709)

采煤機(jī)電氣部件的可靠性研究與分析

楊彬林

(兗礦集團(tuán)天池公司,山西晉中 032709)

電氣產(chǎn)品運(yùn)行的可靠性一直都是采煤機(jī)制造行業(yè)追求的目標(biāo)。隨著目前我國(guó)采煤機(jī)械技術(shù)的快速發(fā)展,采煤機(jī)的結(jié)構(gòu)和輔助設(shè)備日趨復(fù)雜,使得采煤機(jī)故障發(fā)生的原因也越來(lái)越復(fù)雜多變。只有對(duì)采煤機(jī)電氣部件設(shè)計(jì)不斷優(yōu)化,檢測(cè)電氣部件的可靠性,才能保證采煤機(jī)的工作效能,使采煤工作正常進(jìn)行。本文采用振動(dòng)試驗(yàn)臺(tái)模擬采煤工況過(guò)程中的頻率,對(duì)采煤機(jī)電氣部件的可靠性進(jìn)行研究與分析。

采煤機(jī) 電氣部件 可靠性研究

1 引言

在煤礦生產(chǎn)過(guò)程中，由于我國(guó)煤礦地質(zhì)環(huán)境較為復(fù)雜，煤層中可能存在固體顆粒較大或者過(guò)硬的煤質(zhì)，造成采煤機(jī)機(jī)身在采煤過(guò)程中振動(dòng)比較激烈，使得采煤機(jī)內(nèi)部電氣元件存在強(qiáng)烈晃動(dòng)，移位、接線頭松動(dòng)等情況。在這樣的惡劣開(kāi)采環(huán)境下，大大降低了采煤機(jī)電氣部件的可靠性，使得采煤機(jī)發(fā)生故障的幾率越來(lái)越大。針對(duì)這樣的現(xiàn)象，為了確保采煤機(jī)能正常運(yùn)作，就必須采取針對(duì)性的措施，提高采煤機(jī)電氣部件的可靠性，保證采煤工作能順利進(jìn)行。本文主要采用振動(dòng)試驗(yàn)臺(tái)模擬采煤機(jī)運(yùn)作過(guò)程中的振動(dòng)頻率，對(duì)電氣件的抗震性進(jìn)行測(cè)試，探求對(duì)電氣部件進(jìn)行優(yōu)化的策略，提高采煤機(jī)電氣部件的可靠性。

2 振動(dòng)試驗(yàn)臺(tái)工作原理

本文主要采用振動(dòng)試驗(yàn)臺(tái)模擬采煤機(jī)運(yùn)作過(guò)程中的振動(dòng)頻率，進(jìn)而對(duì)采煤機(jī)電氣部件的可靠性進(jìn)行判定。通常情況下，振動(dòng)臺(tái)體、液壓控制箱和電氣控制箱等組成了振動(dòng)試驗(yàn)臺(tái)。振動(dòng)臺(tái)中四個(gè)連通的空氣彈簧的振動(dòng)器，并結(jié)合無(wú)強(qiáng)迫異向慣性激振系統(tǒng)，使其組成單自由度振動(dòng)系統(tǒng)。此系統(tǒng)工作頻率一般高于固有頻率，使得振動(dòng)臺(tái)通常處于共振的工作狀態(tài)。一對(duì)皮帶在輪升速以及變速箱和柔性聯(lián)軸器的作用下，按照相應(yīng)的方向四組不平衡器會(huì)進(jìn)行轉(zhuǎn)動(dòng)。在這樣的方式下，不平衡器在旋轉(zhuǎn)時(shí)，由于偏心質(zhì)量會(huì)產(chǎn)生在振動(dòng)方向的離心力，并在此方向合成激振力。此激振力通常是按照正弦規(guī)律變化的，垂直于振動(dòng)方向的分力就相互抵消。通過(guò)調(diào)整手輪的位置，可以使振動(dòng)試驗(yàn)臺(tái)按垂直或者水平方向振動(dòng)。這就是振動(dòng)試驗(yàn)臺(tái)機(jī)械傳動(dòng)原理。

試驗(yàn)時(shí)，把試驗(yàn)部件放在振動(dòng)試驗(yàn)臺(tái)臺(tái)體上，為了確保其能較好的固定，一般會(huì)采用工裝，并通過(guò)響應(yīng)檢查、掃頻等振動(dòng)試驗(yàn)方式，利用傳感器采集振動(dòng)信號(hào)的功能，使其輸送到工控機(jī)，這樣就可以進(jìn)行數(shù)據(jù)比較分析了。

3 采煤機(jī)運(yùn)作時(shí)振動(dòng)頻率

煤礦采煤機(jī)在采煤過(guò)程中，一般是由兩個(gè)導(dǎo)向滑靴組成的老塘側(cè)和兩個(gè)平滑靴組成的煤壁側(cè)分布對(duì)工作面刮板運(yùn)輸機(jī)的銷軌和鏟煤板進(jìn)行支撐，確保采煤機(jī)能穩(wěn)定運(yùn)行。驅(qū)動(dòng)齒軌輪隨著行走機(jī)構(gòu)的驅(qū)動(dòng)輪轉(zhuǎn)動(dòng)而運(yùn)轉(zhuǎn)，這時(shí)采煤機(jī)在齒軌輪與銷軌嚙合時(shí)，沿著運(yùn)輸機(jī)正向或者反向進(jìn)行牽引移動(dòng)，有利于滾筒進(jìn)行落煤和裝煤。采煤機(jī)進(jìn)尺一個(gè)深度就需要沿著工作面長(zhǎng)截割一刀。滾筒旋轉(zhuǎn)時(shí)，往往利用滾筒葉片和端盤上截齒進(jìn)行落煤，并利用螺旋葉片把煤輸送到工作面刮板運(yùn)輸機(jī)上。采煤機(jī)的搖臂通常由彎臂和直臂結(jié)構(gòu)組成，其輸出端與滾筒采用方形出軸聯(lián)結(jié)。

對(duì)滾筒葉片和端盤上截齒作為采煤機(jī)的振動(dòng)源進(jìn)行研究，那么采煤機(jī)運(yùn)行過(guò)程中最大的頻率為：

其中r為滾筒在采煤機(jī)運(yùn)轉(zhuǎn)時(shí)的轉(zhuǎn)速，n1、n2、n3分別代表滾筒端盤齒數(shù)、端面齒數(shù)和葉片齒數(shù)，即滾筒葉片全部進(jìn)刀時(shí)，齒輪的總數(shù)n=n1+n2+n3。在此過(guò)程中，假設(shè)采煤機(jī)配置的滾筒直徑為D。表1為幾個(gè)類型采煤機(jī)的最大工作頻率，將其作為振動(dòng)試驗(yàn)頻率選擇的依據(jù)。

表1 不同機(jī)型采煤機(jī)的工作頻率

4 試驗(yàn)分析

本文振動(dòng)試驗(yàn)主要采用的是上表中第三類MG300/730—WD系列的采煤機(jī)，并采用用GA12系列的采煤機(jī)變頻器。采用分層式結(jié)構(gòu)，在GA12系列變頻器外殼下罩頂部固定電抗器。由于采煤機(jī)工作環(huán)境惡劣，采煤量較大，在劇烈振動(dòng)的工作狀態(tài)下，因上方電抗器比較重，使得電抗體在下罩部分隨之強(qiáng)烈晃動(dòng)，電抗器輸出鋁排、下罩體受到較大的剪切力。在運(yùn)行一段時(shí)間后，電抗器輸出鋁排被折斷、下罩體也斷裂，這樣的現(xiàn)象會(huì)干擾變頻器的工作，使采煤工作受到影響。

一般情況下，采用三條橫向和豎向的鋼筋加到下罩體內(nèi)部，加強(qiáng)電抗器與下罩體的強(qiáng)度，從而確保變頻器能正常運(yùn)作，在電抗器上增加壓塊，使壓塊緊緊壓牢電抗器，并采用螺栓與斜鐵與下罩體緊固。然后把改好前后的變頻器放在條件相同的振動(dòng)試驗(yàn)臺(tái)臺(tái)體上，參考表1中MG300/730型采煤機(jī)的最大頻率f=21Hz對(duì)5—21Hz進(jìn)行循環(huán)掃描，這樣可以找出振幅最大的頻率，并對(duì)其進(jìn)行定頻掃描。通過(guò)分析可知變頻器振幅最大時(shí)，相對(duì)應(yīng)的頻率為12Hz，那么就可以把F=12Hz作為振動(dòng)臺(tái)的定頻掃描振動(dòng)試驗(yàn)的統(tǒng)一頻率。在F=12Hz的振動(dòng)頻率下，可以觀察到改造后的變頻器電抗器振動(dòng)幅度小于改造前的。

在試驗(yàn)進(jìn)行一小時(shí)后，改造前的變頻器把三根固定螺絲全部振掉，且電抗器地腳固定的彎板已經(jīng)翹起；改造后的接線柱螺絲完好無(wú)損。通過(guò)試驗(yàn)我們可以分析出，改造后的變頻器抗震性能遠(yuǎn)遠(yuǎn)優(yōu)于改造前的，只有不斷優(yōu)化變頻器的設(shè)計(jì)，才能進(jìn)一步降低變頻器的故障率，提升采煤機(jī)的工作性能，贏得廣闊的顧客市場(chǎng)。

5 結(jié)語(yǔ)

通過(guò)振動(dòng)試驗(yàn)臺(tái)對(duì)采煤機(jī)運(yùn)行過(guò)程在模擬試驗(yàn)可以看出，此方法對(duì)采煤機(jī)電氣部件可靠性研究分析是非常可行的。只有發(fā)現(xiàn)電氣部件存在的不足，才能對(duì)癥下藥，不斷優(yōu)化其設(shè)計(jì)，提高采煤機(jī)電控系統(tǒng)的可靠性，促進(jìn)我國(guó)煤礦事業(yè)健康發(fā)展。

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