吳 飛

(山西焦煤西山煤電馬蘭礦，山西 太原 030200)

0 引 言

采煤機設(shè)備中液壓系統(tǒng)發(fā)生磨損主要出現(xiàn)在系統(tǒng)內(nèi)的一些關(guān)鍵部件上，這些部件在液壓系統(tǒng)內(nèi)部進行相對運動，其表面結(jié)構(gòu)極易出現(xiàn)污染磨損，使液壓系統(tǒng)內(nèi)部出現(xiàn)泄漏，導(dǎo)致液壓泵中流量出現(xiàn)一定損失。采煤機液壓泵屬于容積泵，其輸出流量和泄漏量大小存在著緊密關(guān)聯(lián)性，液壓泵發(fā)生泄漏有三種不同類型，其一為端面泄漏類型，指液壓泵對應(yīng)的端蓋結(jié)構(gòu)與不同側(cè)面間隙發(fā)生泄漏；其二是徑向泄漏，指齒頂圓結(jié)構(gòu)和液壓泵的內(nèi)壁結(jié)構(gòu)出現(xiàn)間隙泄漏；其三是嚙合泄漏，指嚙合位置處存在的間隙發(fā)生泄漏[1]。

采煤機及設(shè)備液壓系統(tǒng)發(fā)生泄漏將導(dǎo)致液壓系統(tǒng)壓力不足，無法及時對采煤機進行調(diào)整，嚴重影響采煤作業(yè)。出現(xiàn)泄漏后，增加液壓系統(tǒng)發(fā)熱量，采煤機極易損壞。泄露還使外界污染物進入采煤機中，惡性循環(huán)，損壞主機裝置及其他部件，造成系統(tǒng)運行不穩(wěn)定，出現(xiàn)失靈，引起不安全隱患，對作業(yè)人員人身安全造成較大威脅。采煤機液壓系統(tǒng)較為隱蔽，直觀性較差，不易檢測，故障檢測難度相對大，因此，針對采煤機液壓系統(tǒng)泄漏問題進行分析，對保障采煤機設(shè)備安全、可靠運行意義重大。

1 采煤機液壓系統(tǒng)關(guān)鍵部件磨損機理分析

1.1 液壓泵磨損過程

一些固體物質(zhì)會進入至油液中，會進入液壓泵各個間隙位置，固體物質(zhì)自身顆粒尺寸不同，出現(xiàn)的對應(yīng)磨損情況也有所差異。通常情況下，若是固體物質(zhì)所擁有的尺寸D相對小，即S>D，則和運動副結(jié)構(gòu)不發(fā)生接觸，便不會出現(xiàn)磨損問題，如圖1(a)所示。若是固體物質(zhì)的尺寸D相對大，即S

圖1 不同固體物質(zhì)尺寸的磨損情況

固體物質(zhì)在液壓泵裝置中運動副結(jié)構(gòu)間隙造成的部件磨損，除了和固體物質(zhì)的尺寸大小有關(guān)外，還和固體物質(zhì)硬度大小、鋒利程度等多種因素存在直接關(guān)聯(lián)性，同時還與運動副結(jié)構(gòu)自身的特性以及運動副結(jié)構(gòu)材料性質(zhì)存在關(guān)系。若運動副結(jié)構(gòu)硬度大，則其間隙位置處的固體物質(zhì)會被壓碎，在進行相對運動時，運動副結(jié)構(gòu)的表面位置不會出現(xiàn)磨損，如圖2(a)所示。若運動副結(jié)構(gòu)的硬度和固體物質(zhì)硬度相當，則其間隙位置處的固體物質(zhì)會和運動副結(jié)構(gòu)發(fā)生摩擦，在相對運動中，運動副結(jié)構(gòu)表面位置會出現(xiàn)一定磨損，如圖2(b)所示。若是運動副結(jié)構(gòu)硬度相對小，其間隙位置處的固體物質(zhì)將會鑲嵌至軟質(zhì)結(jié)構(gòu)中表層位置處，在相對運動中，運動副結(jié)構(gòu)的表面位置會出現(xiàn)一定磨損，如圖2(c)所示。

圖2 固體物質(zhì)特性對于運動副結(jié)構(gòu)磨損影響情況

1.2 液壓泵磨損形式

1.2.1切削磨損形式

若是固體物質(zhì)尺寸與間隙尺寸相近，當其運動至間隙結(jié)構(gòu)中，一些硬度相對大固體物質(zhì)由于受到法向荷載影響，會嵌入至硬度相對小運動副結(jié)構(gòu)表面位置處，相對運動進行時便導(dǎo)致表面發(fā)生切削磨損問題，見圖3。

1.2.2粘著磨損形式

油體里存在的固體物質(zhì)和運動副結(jié)構(gòu)間會發(fā)生一定作用，導(dǎo)致運動副結(jié)構(gòu)出現(xiàn)一定塑性形變，導(dǎo)致其表面形成一些凹凸結(jié)構(gòu)。由于受到一定載荷影響，其中所形成的凸起結(jié)構(gòu)在接觸過程中溫度值逐步增加，導(dǎo)致材料出現(xiàn)融合粘著現(xiàn)象。在相對運動進行中，一些屈服極限相對較小材料會剝落，剝落下來的材料便成了磨粒。上述過程不斷地往復(fù)循環(huán)，使運動副結(jié)構(gòu)出現(xiàn)一定粘著磨損，見圖4。

圖3 切削磨損形式 圖4 粘著磨損形式

1.2.3疲勞磨損形式

油體里的固體物質(zhì)不斷地進行滾動以及碾壓，導(dǎo)致液壓泵中運動副結(jié)構(gòu)出現(xiàn)塑性形變，同時也出現(xiàn)一定應(yīng)力作用。在長期作用下，導(dǎo)致其表面結(jié)構(gòu)由于錯位而形成一些非常細微的初始裂紋，長期的影響導(dǎo)致裂紋發(fā)生擴展，最終出現(xiàn)空洞，使運動副結(jié)構(gòu)表面中的材料發(fā)生一定剝離，這一磨損形式便屬于疲勞磨損形式，見圖5。

圖5 疲勞磨損形式

2 磨損狀態(tài)監(jiān)測系統(tǒng)的構(gòu)建

依照顆粒摩擦相關(guān)理論知識可知油液中包含微粒對應(yīng)信息非常多，通過對微粒信息分析能夠準確獲得液壓泵實際運行情況。油體中顆粒物質(zhì)的最重要特征是數(shù)量與尺寸，要想監(jiān)測得到上述信息數(shù)據(jù)，現(xiàn)階段所采用的最有效方法為鐵譜技術(shù)。所以，此次設(shè)計磨損狀態(tài)監(jiān)測系統(tǒng)，在對固體物質(zhì)的顆粒數(shù)量以及顆粒大小進行監(jiān)測過程中應(yīng)用的是鐵譜技術(shù)。為彌補鐵譜技術(shù)在一些方面的缺陷，系統(tǒng)構(gòu)建過程中又融合了圖像內(nèi)容識別技術(shù)，具體流程如圖6所示。

圖6 磨損狀態(tài)監(jiān)測系統(tǒng)流程

3 磨損狀態(tài)監(jiān)測系統(tǒng)應(yīng)用實例

晉華宮煤礦應(yīng)用磨損狀態(tài)監(jiān)測系統(tǒng)，對所使用MG300/720AWD型的采煤機開展了監(jiān)測工作。依照此采煤機實際維修工作記錄數(shù)據(jù)以及設(shè)備的換油時間統(tǒng)計，確定了對采煤機液壓系統(tǒng)之中油樣抽取時間周期是200 h，即當更換油操作后，設(shè)備運行200 h后抽取油樣，表1為經(jīng)過六次取樣后利用鐵譜技術(shù)測量得到的固體物質(zhì)顆粒數(shù)據(jù)以及嚴重磨損指數(shù)對應(yīng)信息。

表1 固體物質(zhì)顆粒數(shù)據(jù)及嚴重磨損指數(shù)

嚴重磨損指數(shù)IS可以更加直觀的體現(xiàn)出采煤機液壓系統(tǒng)對應(yīng)的磨損情況，其計算公式如下：

IS=(φL+φS)(φL-φS)

式中：IS為嚴重磨損指數(shù)；φL為大于5 μm的摩粒含量；φS為小于5 μm的摩粒含量。

φL+φS以及IS在逐步推移過程中若是出現(xiàn)突變，表示液壓系統(tǒng)存在一定磨損故障，要是對應(yīng)的數(shù)值相對大，代表存在相對嚴重磨損。就檢測得到數(shù)據(jù)來看，φL+φS以及IS值均非常大，這也表明了液壓系統(tǒng)存在相對嚴重磨損，對抽取的油樣進一步進行制譜分析后得出其中存在一些摩擦聚合物[3]。借助于知識庫分析得出目前該采煤機設(shè)備的液壓系統(tǒng)在相對長時間一直是處于超負荷狀態(tài)，油溫增高，診斷結(jié)果和采煤機設(shè)備液壓系統(tǒng)具體運行情況吻合。

4 應(yīng)用效益

4.1 采煤機設(shè)備油料消耗成本對比

2017年前，依照采煤機液壓系統(tǒng)檢修體系,針對液壓系統(tǒng)定期開展保養(yǎng)，依照制度定期對不同的油料加以更換處理，沒有針對油料具體顆粒情況加以監(jiān)測。應(yīng)用了采煤機液壓系統(tǒng)關(guān)鍵部件磨損狀態(tài)監(jiān)測系統(tǒng)后，針對監(jiān)測結(jié)果加以全面分析，得到油品中顆粒物質(zhì)情況，有效的節(jié)約油料使用數(shù)量，減少油料成本投入，以下是2016年與2017年采煤機油料消耗情況對比，具體數(shù)據(jù)見表2。

表2 2016年與2017年采煤機油耗數(shù)量對比

2017年期間晉華宮煤礦MG300/720AWD型采煤機單小時油耗成本減少了23.29元，降低了50.38%，全年節(jié)約13.74萬元。

4.2 采煤機設(shè)備配件成本對比

2017年期間，對采煤機液壓系統(tǒng)中油品質(zhì)量加以全面監(jiān)測，及時掌握設(shè)備實際運行情況，防止液壓系統(tǒng)中關(guān)鍵部件出現(xiàn)損傷，其中液壓泵裝置以及閥門裝置等一些關(guān)鍵部件均未發(fā)生異常損壞，此項配件費用成本節(jié)約20萬元左右，確保了采煤機一直處在優(yōu)良運行狀態(tài)下，為煤炭安全開采提供了可靠保障。

4.3 采煤機設(shè)備維修工時成本對比

應(yīng)用采煤機液壓系統(tǒng)關(guān)鍵部件磨損狀態(tài)監(jiān)測系統(tǒng)后，針對采煤機的運行狀態(tài)加以監(jiān)測同時還能對液壓系統(tǒng)故障加以預(yù)測，使采煤機發(fā)生故障概率顯著減少，采煤機日常檢修與維護費用同樣顯著減少，采煤機設(shè)備的檢修以及保養(yǎng)時間也減少，確保了煤炭開采作業(yè)的連續(xù)性。以下是2016年與2017年采煤機設(shè)備維修工時成本情況對比數(shù)據(jù)，見表3。

表3 2016年與2017年采煤機設(shè)備維修工時成本情況對比

2017年期間晉華宮煤礦MG300/720AWD型采煤機設(shè)備單小時維修工時成本減少了9.57元，降低了36.85%，全年節(jié)約5.22萬元。

5 結(jié) 語

采煤機設(shè)備是煤礦企業(yè)采煤中應(yīng)用的關(guān)鍵設(shè)備，采煤機設(shè)備安全運行是企業(yè)發(fā)展的重要保障。采煤機液壓系統(tǒng)屬于動力來源，其運行情況會直接影響采煤機的正常運行。筆者通過利用鐵譜技術(shù)及計算機圖像處理技術(shù)，構(gòu)建了磨損狀態(tài)監(jiān)控系統(tǒng)，有效彌補了單純采用鐵譜技術(shù)難以推廣應(yīng)用的缺陷，確保了采煤機液壓系統(tǒng)的磨損診斷更為精準與全面，為煤礦企業(yè)機電設(shè)備科學(xué)化管理以及規(guī)范化管理提供了可靠的保障。