郭振華

（同煤集團(tuán)煤峪口礦， 山西 大同 037003）

引言

礦井提升機(jī)是煤礦生產(chǎn)設(shè)備的主要四大件之一，其能否安全可靠的運行對企業(yè)效益和工人安全產(chǎn)生直接的影響。在礦井提升設(shè)備中，減速器是非常重要的部分，一旦發(fā)生故障會影響提升機(jī)的運行效率。因此，分析減速器的常見故障以及故障診斷有著非常重要的實踐意義。

20世紀(jì)60年代，故障樹分析法被美國的貝爾實驗室首先提出，是基于圖形演繹的邏輯分析方法。通過故障樹分析，可以比較方便、迅速、準(zhǔn)確找到系統(tǒng)故障的主要原因，發(fā)現(xiàn)薄弱壞節(jié)，同時還可以利用數(shù)學(xué)計算來確定故障的發(fā)生概率，以此作為科學(xué)、客觀判斷故障原因、選擇故障處理方法的理論依據(jù)。

1 提升機(jī)減速器概述

目前，煤礦運行的提升機(jī)一般是三班運行，啟動、制動頻率很高，且正反向運轉(zhuǎn)。提升機(jī)啟動時，其尖峰負(fù)荷是正常運行負(fù)荷的1.5～2倍。在提升設(shè)備中，減速器的作用是把正常電機(jī)變成減速電機(jī)，增加電機(jī)的轉(zhuǎn)矩，使電機(jī)的輸出動力轉(zhuǎn)化為提升卷筒的運行轉(zhuǎn)速，增大電機(jī)所能承受的負(fù)載大小。在生產(chǎn)實踐中，減速器的選型往往是通過計算提升機(jī)的運行載荷來確定的，不同的提升系統(tǒng)可能使用不同的減速器。但是，減速器的原理基本都是相同，因此，本文對減速器進(jìn)行的故障分析和故障診斷基本適用于所有設(shè)備。

2 提升機(jī)減速器常見故障分析

2.1 齒輪的損傷與失效

礦井提升機(jī)減速器損傷與失效主要包括：裂紋、斷齒、齒面疲勞、齒面損耗、膠合以及永久失效。

1）裂紋。在齒輪損傷與失效中，最常見的故障是裂紋。導(dǎo)致裂紋的主要有兩種：一種是齒輪在鑄造過程中就存在缺陷，可以靠提高鑄造工藝水平改善；另一種是在使用過程中外部應(yīng)力大于內(nèi)部抗拉能力，使得齒輪開裂，這就說明齒輪強(qiáng)度不合適，需要更換齒輪或者降低工作強(qiáng)度。

2）斷齒。齒輪的齒出現(xiàn)一個或多個局部斷裂的現(xiàn)象叫做斷齒。由于礦井提升機(jī)長時間高強(qiáng)度的運行，會造成齒輪與齒輪之間的不斷摩擦，導(dǎo)致材料強(qiáng)度降低。如果繼續(xù)高強(qiáng)度運行的話，就會出現(xiàn)斷齒現(xiàn)象，給安全生產(chǎn)帶來較大的隱患。因此要加強(qiáng)對設(shè)備的日常維檢和定期檢修，對出現(xiàn)問題的齒輪要及時進(jìn)行更換。

3）齒面疲勞。齒輪在不斷摩擦?xí)r，會在其表面形成疲勞裂紋，而且有可能繼續(xù)發(fā)展成為較大的損傷，這種現(xiàn)象叫做齒面疲勞。如果在維檢中發(fā)現(xiàn)齒輪表面有凹凸，就要將凹凸處打磨平滑，并及時更換極壓潤滑油。

4）齒面損耗。在齒輪的損傷與失效中，最不可避免的損傷就是齒面損耗。這是由于齒輪與齒輪之間不停的滑動摩擦造成的。潤滑油在一定程度上能夠減輕摩擦產(chǎn)生的損耗，但是也無法完全避免。所以，即使齒輪質(zhì)量很好，在長時間的使用之后，也要進(jìn)行更換。如果發(fā)現(xiàn)齒面損耗嚴(yán)重，則需要判斷是否是生產(chǎn)工藝方面存在缺陷。

5）膠合。齒輪在運行過程中，如果壓力突然變大或者潤滑油質(zhì)量較差，就會使得油膜在壓力作用下破裂，這種情況也會造成金屬發(fā)生直接接觸而融化粘連。此時，如果齒輪繼續(xù)運行則會使得粘連部位撕裂，損傷齒輪。這種問題需要及時更換潤滑油，并對損傷處進(jìn)行打磨。

6）永久變形。如果齒輪承受的應(yīng)力遠(yuǎn)遠(yuǎn)超過其材料極限，那么齒輪就會發(fā)生不可修復(fù)的永久變形，此時只能直接更換承載強(qiáng)度更高的新齒輪。

2.2 軸承的損傷與失效

在減速器故障中，有時會出現(xiàn)軸承損傷與失效。但是軸承的損傷一般無法用肉眼直接看出，只能通過觀察軸承的運行情況來進(jìn)行判斷，比如齒輪的不規(guī)則運行、齒輪的摩擦加大等。如果要準(zhǔn)確判斷軸承故障，則需要專業(yè)的儀器儀表來檢測軸承運行時的噪聲、溫度和聲音異常等。

2.3 潤滑油泄漏

齒輪運行時，潤滑油的使用能夠確保齒輪之間的正常咬合，并且減少摩擦產(chǎn)生的熱量。因此，礦井提升機(jī)減速箱內(nèi)都一般裝有大量潤滑油。如果減速箱存在設(shè)計缺陷或者密封存在不嚴(yán)密問題，就會導(dǎo)致潤滑油泄漏。缺少潤滑的齒輪，磨損會加快加大，而且產(chǎn)生工作異常，比如噪音增大、溫度升高等。因此，必須確保潤滑油的密封良好。

2.4 箱體的變形

礦井提升設(shè)備工作環(huán)境惡劣，減速器在使用過程中還可能會移動位置。狹小空間內(nèi)的移動可能造成箱體變形。所以，在減速器箱體吊裝的時候要盡量避免其碰撞形變。如果箱體發(fā)生了變形，則要進(jìn)行安全評估，要及時維修或更換。

3 提升機(jī)減速器故障樹分析

3.1 故障樹的建立

根據(jù)前面對礦井提升機(jī)減速器的故障分析，可以建立故障樹，故障樹包括3個邏輯或門和10個底事件。其示意圖如圖1所示。圖中各代號的說明如表1所示。

圖1 煤礦提升機(jī)減速器故障樹示意圖

表1 故障樹代號與內(nèi)容說明

3.2 定性分析

對圖1所示煤礦提升機(jī)減速器故障樹進(jìn)行定性分析，求該故障樹的最小割集，以此判斷相關(guān)底事件對與頂事件的影響。通過簡單的布爾運算可以求得系統(tǒng)最小割集。通過邏輯分析，由于故障樹中每個底事件均為邏輯“或”，因此最小割集為：

從（式1）可以看出，提升機(jī)減速器故障樹的最小割集為{x1}{x2}{x3}{x4}{x5}{x6}{x7}{x8}{x9}{x10}。也就是說，故障樹分析中所有底事件均為頂事件的最小割集，那么每一個因素的出現(xiàn)都可能導(dǎo)致整個系統(tǒng)的故障，該系統(tǒng)可靠性較低。

3.3 定量計算

根據(jù)故障樹的定量計算方式，計算故障發(fā)生概率如式2所示：

即 ：P=1-（1-x1）（1-x2）（1-x3）…（1-x8）（1-x10）。

當(dāng)已知系統(tǒng)中各因素的發(fā)生概率時，就可以通過上式求出系統(tǒng)可靠性。

3.4 結(jié)果說明

從故障樹定性分析得出，每個底事件都可能導(dǎo)致減速器故障，因此在日常維檢過程中，要對各個底事件都加強(qiáng)重視。只要統(tǒng)計出每個因素的發(fā)生概率，就可以進(jìn)一步計算頂事件發(fā)生概率。

故障樹分析法可以對礦井提升機(jī)減速器進(jìn)行比較客觀、科學(xué)的故障分析，并作為故障診斷、故障檢修的理論依據(jù)，具有一定的科學(xué)性和實踐性。

4 結(jié)語

通過對礦井提升機(jī)減速器進(jìn)行故障分析，建立了由3個邏輯或門、10個底事件構(gòu)成的故障樹。從定性分析與定量計算來看，故障樹分析法可以作為減速器故障診斷、故障檢修的理論依據(jù)，具有一定的科學(xué)性和實踐性

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