应用无损检测技术提高煤矿机械设备故障诊断水平.pdf

16工程机械与维修TECHNOLOGY&MAINTENANCE技术维修0 引言机械设备在我国煤矿、建筑、公路等领域的施工生产中发挥着举足轻重的作用，如果机械设备出现故障，将对施工生产带来较大影响，会造成工期滞后、产量下降、效益减少。为了预防机械设备发生故障，保证机械设备正常运转，需要通过各种检测手段对机械设备进行预防性检测，防止和减轻机械设备发生的故障。将无损检测技术应用于煤矿机械设备，对有效监督煤矿机械设备运转情况，及时诊断出煤矿机械设备运行中的故障，提升煤矿机械设备维修质量和效率，具有十分重要的意义。1 无损检测技术应用特征与应用领域1.1 应用特征无损检测技术的主要特征是在机械设备检测过程中，不会给被检测零部件造成损害，不影响机械设备的使用性能。无损检测通常采用射线检测、超声波检测和电磁波检测等技术。1.2 应用领域目前无损检测技术的应用领域逐渐拓宽，化工、航天、建筑、矿山等领域的机械设备制造和维修，都应用了有无损检测技术。为了适应经济社会发展需要，无损检测技术的诊断能力不断提升，在机械设备制造和维修领域中发挥出越来越重要的作用。2 煤矿机械设备种类和故障特点2.1 种类煤矿机械设备主要包括掘进机、采煤机、刮板运输机、液压支架等。其中掘进机可分为开敞式掘进机和护盾式掘进机，其主要由切割机构、装运机构、行走机构、伸缩机构和回转机构等组成。采煤机可分为锯削式、刨削式、钻削式和铣削式 4 种，以铣削式滚筒采煤机的使用范围最广。铣削式滚筒采煤机主要结构包括机身、液压系统、控制系统、截割机构、行走机构、牵引系统等。2.2 故障特点以某煤矿企业为例，该企业采用各种煤矿机械设备进行煤矿生产作业。在煤矿生产过程中，煤矿机械设备长期在阴暗、潮湿、多尘等恶劣环境中进行生产作业，不断承受巨大载荷和冲击力，其掘进机和采煤机的传动装置和工作装置磨损速度快、故障频率高，其中传动装应用无损检测技术提高煤矿机械设备故障诊断水平贺国华1 刘刚2 陆阳3（1.甘肃科技馆，甘肃兰州 730070 2.定西市安定区青岚山乡政府，甘肃定西 7430283.天华化工机械及自动化研究设计院有限公司，甘肃兰州 730060）摘要：将无损检测技术应用于煤矿机械设备，对有效监督煤矿机械设备运转情况，及时诊断出煤矿机械设备运行中的故障，提升煤矿机械设备维修质量和效率，具有十分重要的意义。在简述无损检测技术的应用特征、应用领域，以及煤矿机械设备的种类和故障特点的基础上，叙述了无损检测技术的检测类别、检测特点和技术参数。以某煤矿企业为例，使用 RION VA-12 型振动测试分析仪，对 1 台铣削式滚筒采煤机进行预防性超声波无损检测，取得的良好修复效果，最后对无损检测技术的发展前景进行展望。关键词：煤矿机械设备；无损检测技术；故障诊断；应用实践CM&M 2023.0417置中的变速器、减速器等更容易损坏，直接影响煤矿的生产效率。3 无损检测技术的应用3.1 检测类别根据煤矿机械设备的结构和故障特点，选用微波检测、中子检测、射线检测等无损检测技术对其进行检测和诊断。例如采用 A 型脉冲反射超声波检测技术，对动力轴和传动轴进行检测，具有较好的检测效果；采用射线检测技术对构件焊缝进行检测，可检测出细小焊缝开焊等问题。可根据煤矿机械设备零部件壁厚情况，确定使用某类无损检测技术。不同厚度零部件的无损检测类别，如表 1 所示。采用无损检测技术诊断出煤矿机械设备的零部件故障后，要对故障类型、故障大小、零部件材质等进行系统分析，制定出有针对性的解决方案，使无损检测技术在煤矿机械设备故障诊断中发挥出最佳效果。3.2 检测特点采用无损检测技术对煤矿机械设备进行故障检测，具有以下 3 个特点：一是能够实时监控煤矿机械设备在作业过程中出现的零部件故障，可促进故障的早发现、早修复，以减少损失；二是能够准确诊断和掌握煤矿机械设备零部件故障部位，据此制定详细的维修方案；三是能够保护无缺陷、无故障零部件，提升煤矿机械设备零部件维修数据的精准性。3.3 检测要点在不损坏被检测煤矿机械设备正常零部件前提下，应正确使用无损检测技术手段进行故障检测，并在此基础上制定出零部件故障修复方案。使用振动测试分析仪，对煤矿机械设备容易发生故障的部位进行振动检测，可发现并准确诊断故障部位和故障情况，为后续修复工作提供可靠依据。例如使用 RION VA-12 型振动测试分析仪，对煤矿机械设备的传动装置进行无损振动检测，可准确测量和分析检测出的数值，并通过显示器识别故障类型。4 案例分析4.1 故障现象某煤矿企业在使用 RION VA-12 型振动测试分析仪，对 1 台铣削式滚筒采煤机进行日常预防性超声波无损。检测过程中，发现其摇臂减速器的测量数值异常。为了不给煤矿生产造成大的影响，需要进一步检测并确定故障部位，并尽快组织修复。4.2 检测方法使用 RION VA-12 型振动测试分析仪继续进行检测。采用锯齿形扫描的方式对该减速器进行检测，通过检测画面查看该减速器是否存在故障。发现该减速器故障部位后，进行二次扫描。二次扫描采用前后、左右、转角以及环绕等扫描方式，对该减速器故障部位及其周边进行扫描，明确故障的具体位置以及故障的形状，分析和确定引发故障的原因。在扫描过程中，传感器探头的覆盖面大于探头直径的 10%。当扫描部位的底板达到 20mm 以下时，调整扫描刻度，检测灵敏度要达到 10dB。当扫描部位的底板达到20mm 以上时，将相关刻度调至满格，以保证检测数据的精准性。4.3 检测结果使用 RION VA-12 型振动测试分析仪对该减速器进行检测后，对形成的工况图进行结构化分析，对检测得到的相关振动信号展开数字化分析。分析结果表明，该减速器传回信号的波动幅度较大，如振动周期为 0.077s，振动频率为 22.3Hz。将减速器的检测数据与齿轮轴的转动频率进行对比，发现齿轮轴的振动频率为 620Hz，并且其检测到的振动峰值较小，同时数值分布相对分散，且振动频率等同于啮合频率。根据上述检测数据，维修技术人员确定该齿轮轴啮合频率为 620Hz 属于正常，而该减速器存在故障。摇臂减速器与齿轮轴振动检测参数对比如表 2 所示。4.4 故障部位确定在对该铣削式滚筒采煤机进行检测后，确定其故障部位为减速器齿轮轴。将该减速器解体、清洗后发现，该减速器壳体上出现裂缝，壳体一侧的齿轮轴轴承（铜套）磨损严重，壳体上 2 处齿轮轴座孔密封件漏油严重。为了恢复该减速器使用性能，保证该铣削式滚筒采煤机表 1 不同厚度零部件的无损检测类别被检测零部件厚度检测类别表面渗透检测壁厚 1mm 超薄件磁粉检测壁厚 3mm 较薄件微波检测壁厚 100mm 较厚件射线检测壁厚 250mm 厚件中子检测250mm 以上超厚件超声波检测表 2 摇臂减速器与齿轮轴振动检测参数对比 对比内容减速器齿轮轴检测结果振动周期/s0.077摇臂减速器存在故障振动频率/Hz22.3620啮合频率/Hz62018工程机械与维修TECHNOLOGY&MAINTENANCE技术维修的正常使用，维修技术人员针对该减速器的 3 处故障，制定了切实可行的维修方案，开展了修复工作。4.5 故障修复4.5.1 修复方案为了修复该减速器的故障，制定了以下修复方案：一是将该减速器拆下、解体、清洗、去除油渍；二是补焊减速器壳体裂缝，并将焊缝打磨平整；三是更换齿轮轴磨损的轴承（铜套），四是更换减速器壳体上齿轮轴座孔密封件。4.5.2 修复减速器壳体裂缝根据该减速器壳体材料特性、裂缝部位和长度等实际情况，修理技术人员决定采取钢板修补技术手段。采用厚度为 3mm 的钢板作为补板材料，设置焊缝参数和技术要求，以保证焊缝质量。完成焊缝焊接后，将焊缝打磨平整。4.5.3 修复齿轮轴轴承首先，将该减速器壳体上已经磨损的齿轮轴轴承（铜套）拆下。其次，使用内径量表精确测量铜套座孔尺寸，使用外径千分尺测量齿轮轴轴端与铜套配合部位的直径尺寸，并做好记录。再次，绘制齿轮轴铜套加工图纸，确定并标注铜套外径与铜套座孔的过盈配合尺寸和公差，确定并标注铜套内径与齿轮轴轴端外径的间隙配合尺寸和公差。然后，车削齿轮轴铜套，其外径尺寸按照图纸尺寸加工，其内径尺寸比照图纸尺寸适当留出加工余量。接着，将加工铜套压入轴承座孔内，将该减速器壳体安装在镗床工作台上，测量并找正减速器壳体上齿轮轴两端座孔的同轴度。最后，使用镗床将铜套内径镗削到图纸标明的尺寸和公差范围之内。按照上述修复方案对减速器齿轮轴轴承（铜套）完成修复，取得了预期的良好效果。4.5.4 更换减速器壳体上的密封件虽然该减速器壳体上，只有 2 处齿轮轴座孔的密封件因漏油严重需要更换，但考虑到其他密封件经过长期使用也存在磨损、老化现象，于是在此次该减速器修复时，将全部密封件予以更新。经过以上修复，该铣削式滚筒采煤机摇臂减速器得到修复，修复后使用 RION VA-12 型振动测试分析仪对该减速器再次进行检测后，各项检测数据恢复正常。5 无损检测技术发展前景5.1 制定无损检测诊断标准用于煤矿、建筑、公路等工程施工和生产作业的各类机械设备，承担了强度很大的施工生产任务，为了保证施工生产质量和效率，须采用性能先进、安全可靠的机械设备。各类机械设备容易发生故障的部位各不相同，开展无损检测的技术标准也存在差异。因此应针对各类机械设备发生故障的特点和实际情况，制定明确的无损检测诊断标准，保证各类机械设备的无损检测质量，为做好故障诊断后的维修工作打好基础。5.2 研发无损检测技术配套设备将无损检测技术与计算机技术和信息技术相融合，能够有效提升检测质量和效果。例如超声波无损检测，可借助计算机技术和信息技术，实现数据采集、数据处理、远程控制等智能化功能，进行科学、精密运算，能够在短时间内整合机械设备检测信息资料，提升检测数据的可靠性、检测质量和效率，缩小检测数据的误差，促进提高机械设备维修效果。6 结语无损检测技术在我国机械设备故障诊断中具有重要地位，将无损检测技术应用于煤矿机械设备，对有效监督煤矿机械设备运转情况，及时诊断出煤矿机械设备运行中的故障，提升煤矿机械设备维修质量和效率，具有十分重要的意义。本文以某煤矿企业为例，针对煤矿机械设备的特点，阐述无损检测技术的应用优势，发挥无损检测技术在煤矿机械设备维修中的重要作用，展望无损检测技术发展前景，以期提高煤矿机械设备故障诊断和维修水平。参考文献1 李振生.无损检测技术在铁矿设备维修中的应用分析 J.中国 金属通报,2021(5):242-243.2 张尚书.基于机械设备维修中无损检测技术的应用分析 J.科 学技术创新,2019(2):192-193.3 傅双玲.无损检测技术在煤矿机械设备维修中的应用 J.工程 技术研究,2018(14):190-191.4 庞旭.无损检测技术应用在煤矿机械设备维修中的应用探索J.教育教学论坛,2016,(40):141-142.5 唐兆广.无损检测技术在煤矿电子设备维修中的应用 J.产业 与科技论坛,2015,14(17):57-58.6 谢志强.浅析矿山机械设备维护维修中应用无损检测技术 J.中国新技术新产品,2012(3):132.