寧海棟

(山西長(zhǎng)平煤業(yè)有限責(zé)任公司， 山西 晉城 048400)

0 引言

電牽引采煤機(jī)是煤礦井下綜采工作面最重要的機(jī)電設(shè)備，用于工作面的破煤和裝煤作業(yè)，其可靠性和安全性直接決定了煤炭產(chǎn)量和生產(chǎn)安全[1-2]。煤礦井下開采條件惡劣，采煤機(jī)在使用過程中出現(xiàn)故障是不可避免的。配置TDECS電控系統(tǒng)的天地電牽引采煤機(jī)接通動(dòng)力電源前，先導(dǎo)回路會(huì)對(duì)采煤機(jī)控制系統(tǒng)進(jìn)行系統(tǒng)自檢，確定系統(tǒng)無重大安全問題后，先導(dǎo)開關(guān)控制順槽磁力啟動(dòng)器或組合開關(guān)給采煤機(jī)供電。這是啟動(dòng)采煤機(jī)的一個(gè)重要步驟。

先導(dǎo)回路故障影響采煤機(jī)的正常啟動(dòng)運(yùn)行，進(jìn)而影響煤炭開采時(shí)間及產(chǎn)量。因此，對(duì)先導(dǎo)回路故障進(jìn)行分析顯得尤為重要。本文利用系統(tǒng)安全分析方法中的故障模式及影響分析方法，對(duì)配置TDECS電控系統(tǒng)的天地采煤機(jī)典型先導(dǎo)回路的故障進(jìn)行了分析。

1 故障模式及影響分析方法介紹

故障模式及影響分析(failure modes and effect analysis,FMEA)是一種前瞻性的可靠性分析和安全性評(píng)估方法，該方法在預(yù)防事故的保護(hù)機(jī)制系統(tǒng)中被廣泛使用[3]。FMEA是從基本單元的故障特征和系統(tǒng)的功能結(jié)構(gòu)出發(fā)，分析相應(yīng)系統(tǒng)中各種潛在的故障模式,并確定不同故障模式對(duì)系統(tǒng)所產(chǎn)生的影響，為制定系統(tǒng)改進(jìn)措施提供支持。

故障模式及影響分析方法適用于電氣、機(jī)械、液壓等技術(shù)領(lǐng)域。在以上領(lǐng)域,該方法可用于研究相應(yīng)系統(tǒng)中不同組成部件或元器件的故障。FMEA可用于評(píng)價(jià)和論證所設(shè)計(jì)的系統(tǒng)是否達(dá)到相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)或規(guī)范，也可以用來識(shí)別生產(chǎn)和安裝期間的工藝過程控制和檢查試驗(yàn)的重點(diǎn),并可以為故障診斷和維修提供重要的信息。本文利用該方法對(duì)先導(dǎo)回路故障進(jìn)行了分析并給出了預(yù)防措施。

2 先導(dǎo)回路故障與分析

采煤機(jī)先導(dǎo)回路異常斷開可分為兩類:一類為采煤機(jī)中安裝的傳感器檢測(cè)到相應(yīng)參數(shù)異常(即工況異常)，引起采煤機(jī)保護(hù)動(dòng)作，斷開先導(dǎo)回路；另一類是先導(dǎo)回路各組成部分產(chǎn)生故障,導(dǎo)致先導(dǎo)回路異常斷開?，F(xiàn)利用FMEA方法對(duì)先導(dǎo)回路故障模式及影響進(jìn)行分析。

先導(dǎo)回路一般分為兩部分:一部分安裝在采煤機(jī)內(nèi)[4]，一部分安裝在順槽內(nèi)。天地采煤機(jī)內(nèi)部典型先導(dǎo)回路如圖1所示。

圖1 采煤機(jī)內(nèi)部先導(dǎo)回路原理

天地采煤機(jī)內(nèi)部典型先導(dǎo)回路主要包括主啟按鈕、主停按鈕、隔離操作閉鎖按鈕、隔離開關(guān)輔助觸點(diǎn)、啟動(dòng)預(yù)警器、主控模塊、先導(dǎo)二極管、導(dǎo)線及壓敏組件等。各組成部分配合使用，實(shí)現(xiàn)先導(dǎo)控制功能[5]。

采煤機(jī)啟動(dòng)時(shí)，閉合隔離開關(guān)，其輔助觸點(diǎn)也應(yīng)處于閉合狀態(tài)。當(dāng)按下主啟按鈕，一段延時(shí)后啟動(dòng)預(yù)警器中對(duì)應(yīng)繼電器吸合，其第3引腳和第4引腳導(dǎo)通。此時(shí)，主停按鈕、隔離操作閉鎖按鈕、隔離開關(guān)輔助觸點(diǎn)、啟動(dòng)預(yù)警器、先導(dǎo)二極管及外部的磁力啟動(dòng)器或組合開關(guān)構(gòu)成回路。然后,主控模塊自保節(jié)點(diǎn)吸合，JX2的第14引腳和第16引腳導(dǎo)通，且啟動(dòng)預(yù)警器對(duì)應(yīng)繼電器斷開，其第3引腳、第4引腳不再導(dǎo)通。此時(shí),主停按鈕、隔離操作閉鎖按鈕、隔離開關(guān)輔助觸點(diǎn)、JX2的第14引腳和第16引腳、先導(dǎo)二極管及外部的磁力啟動(dòng)器或組合開關(guān)構(gòu)成回路，并控制組合開關(guān)或磁力啟動(dòng)器給采煤機(jī)供電。在先導(dǎo)回路無故障狀態(tài)下，采煤機(jī)正常上電啟動(dòng)。

若先導(dǎo)回路中主啟按鈕出現(xiàn)故障，無法與啟動(dòng)預(yù)警器的第1引腳、第2引腳形成閉合回路，那么啟動(dòng)預(yù)警器中的繼電器無法吸合，其第3引腳、第4引腳不導(dǎo)通，先導(dǎo)回路為斷開狀態(tài)。在主啟按鈕和線路正常的條件下，啟動(dòng)預(yù)警器的第3引腳、第4引腳導(dǎo)通后，與主停按鈕、隔離操作閉鎖按鈕、隔離開關(guān)輔助觸點(diǎn)、先導(dǎo)二極管、導(dǎo)線及采煤機(jī)外部磁力啟動(dòng)器或組合開關(guān)形成回路。若啟動(dòng)預(yù)警器故障，則此回路不成立，先導(dǎo)回路異常，采煤機(jī)啟動(dòng)失敗。

隔離操作閉鎖按鈕起到安全防護(hù)作用，隔離開關(guān)合閘時(shí)需要按下此按鈕，才能成功合閘；而隔離開關(guān)輔助觸點(diǎn)是為了檢測(cè)隔離開關(guān)是否閉合，只有隔離開關(guān)閉合，該觸點(diǎn)才能使先導(dǎo)回路導(dǎo)通。

先導(dǎo)回路中的主停按鈕在采煤機(jī)上電時(shí)需要拔出，否則采煤機(jī)無法上電，按下時(shí)使采煤機(jī)斷電；先導(dǎo)二極管則利用了二極管的單向?qū)ㄌ匦?，只有?dāng)二極管正向?qū)〞r(shí)，先導(dǎo)回路才有效；壓敏組件在電路承受過壓時(shí)進(jìn)行電壓嵌位，吸收多余電流,以實(shí)現(xiàn)對(duì)后級(jí)先導(dǎo)電路的保護(hù)。

當(dāng)先導(dǎo)回路中其他部件均無故障時(shí)，主控模塊中的對(duì)應(yīng)繼電器或自保節(jié)點(diǎn)吸合，第14引腳、第16引腳導(dǎo)通，啟動(dòng)預(yù)警器對(duì)應(yīng)繼電器斷開，先導(dǎo)回路正常導(dǎo)通，采煤機(jī)可正常上電啟動(dòng)。若該模塊出現(xiàn)故障，則采煤機(jī)上電失敗。

采煤機(jī)先導(dǎo)回路中的各組成部分出現(xiàn)故障，均有可能引起先導(dǎo)回路故障異常。利用FMEA從先導(dǎo)回路中的各組成部分故障分析先導(dǎo)回路故障模式及影響，如圖2所示。

圖2 先導(dǎo)回路各組成部件故障及影響流程

由圖2可知，先導(dǎo)回路故障主要包括按鈕本身故障、線路故障、啟動(dòng)預(yù)警器故障、隔離開關(guān)輔助觸點(diǎn)故障、先導(dǎo)二極管故障、外部磁力啟動(dòng)器故障及主控模塊故障等。以上故障均導(dǎo)致采煤機(jī)上電失敗。

造成按鈕故障的原因主要為按鈕發(fā)生機(jī)械故障而卡主，為了避免該故障發(fā)生，應(yīng)使用質(zhì)量可靠的按鈕。線路發(fā)生故障的原因多為接線不規(guī)范或接線頭松動(dòng)，導(dǎo)線發(fā)生斷路、短路，生產(chǎn)和維修采煤機(jī)時(shí)應(yīng)規(guī)范接線。啟動(dòng)預(yù)警器被水沖淋后進(jìn)水可導(dǎo)致模塊損壞，設(shè)計(jì)和生產(chǎn)采煤機(jī)時(shí)應(yīng)盡量考慮避免該模塊被水沖淋。隔離開關(guān)輔助觸點(diǎn)可能因失去彈性而產(chǎn)生故障，不能使先導(dǎo)回路閉合，應(yīng)選用高質(zhì)量且可靠的隔離開關(guān)。先導(dǎo)二極管發(fā)生故障主要是反向電壓過大導(dǎo)致其被擊穿，選用合適的二極管可避免故障發(fā)生。主控模塊發(fā)生故障的原因主要是模塊自身損壞，無法執(zhí)行相應(yīng)控制操作，出廠前需要對(duì)模塊進(jìn)行測(cè)試，且注意規(guī)范接線，保證該模塊能夠正常運(yùn)行。以上故障均需要人工進(jìn)行排查。

圖3為工況異常導(dǎo)致的先導(dǎo)回路故障及影響流程。在先導(dǎo)回路各部件均無故障且采煤機(jī)正常運(yùn)行的前提下，判斷主動(dòng)模塊自保節(jié)點(diǎn)是否因工況異常斷開，導(dǎo)致先導(dǎo)回路斷開，采煤機(jī)斷電停機(jī)。其中異常工況主要包括牽引輸出嚴(yán)重過載、牽引變壓器過熱、瓦斯?jié)舛瘸藜敖馗铍妱?dòng)機(jī)溫度超限停機(jī)保護(hù)等。該故障可通過查看煤機(jī)故障記錄及檢查傳感器是否正常進(jìn)行排查。

圖3 工況異常導(dǎo)致的先導(dǎo)回路故障及影響流程

綜合采煤機(jī)在實(shí)際生產(chǎn)中的檢修情況及利用FMEA方法對(duì)先導(dǎo)回路故障模式及影響分析的結(jié)果，如表1所示。表1中故障影響及等級(jí)列中數(shù)字1、2、3分別代表的影響等級(jí)為小、中等、嚴(yán)重；故障原因及頻度列中數(shù)字1、2、3分別代表頻度等級(jí)為低、中、高；檢查方式及不可檢測(cè)度列中數(shù)字1、2、3分別表示不可檢測(cè)度為高、中、低。

3 結(jié)論

本文對(duì)FMEA方法進(jìn)行了介紹，并利用該可靠性分析方法對(duì)配置TDECS電控系統(tǒng)的天地采煤機(jī)典型先導(dǎo)回路中各部件可能產(chǎn)生的故障、產(chǎn)生故障的原因、故障對(duì)先導(dǎo)回路功能的影響及應(yīng)對(duì)措施進(jìn)行了分析。該分析結(jié)果有助于相關(guān)技術(shù)人員優(yōu)化產(chǎn)品設(shè)計(jì)，以及幫助維修人員快速定位問題并解決問題，減少采煤機(jī)故障排除過程中造成的生產(chǎn)時(shí)間浪費(fèi)及產(chǎn)量損失。

表1 采煤機(jī)內(nèi)部先導(dǎo)回路故障模式及影響分析