采煤機(jī)結(jié)構(gòu)、故障診斷與故障機(jī)理
采煤機(jī)作為大型煤礦機(jī)械化采煤作業(yè)的主要設(shè)備，由于它長(zhǎng)期工作在惡劣的環(huán)境中，所以發(fā)生故障的機(jī)率相當(dāng)高，因此研究有效的采煤機(jī)故障及診斷具有重大的現(xiàn)實(shí)價(jià)值與理論意義。
一、采煤機(jī)結(jié)構(gòu)
采煤機(jī)作為煤礦企業(yè)的核心設(shè)備，主要實(shí)現(xiàn)落煤與裝煤功能。下雙滾筒采煤機(jī)主要包括電氣裝置機(jī)構(gòu)、牽引裝置機(jī)構(gòu)、截割裝置機(jī)構(gòu)和附屬裝置機(jī)構(gòu)。電氣裝置作為采煤機(jī)的動(dòng)力部分，主要負(fù)責(zé)采煤機(jī)傳動(dòng)與牽引兩部分，電氣裝置所使用的電動(dòng)機(jī)都是防爆的，而且采用定子水冷，這樣為保證采煤機(jī)安全高效生產(chǎn)。
牽引裝置主要功能是保證采煤機(jī)沿著工作面行走，以保證煤能夠及時(shí)運(yùn)輸出去。截割裝置主要功能是通過搖臂上下左右運(yùn)動(dòng)來將深層里的煤刮落，通過截割電動(dòng)機(jī)來驅(qū)動(dòng)滾簡(jiǎn)，由于滾筒作為采煤機(jī)落煤與裝煤的主要裝置。
滾筒上面裝有端盤與螺旋葉片，而螺旋葉片將截齒割下的煤撞到刮板輸送機(jī)中。附屬裝置包括底托架、調(diào)斜油缸、電氣控制元件與各種控制部件等，它主要用來輔助采煤機(jī)其他裝置正確安全的運(yùn)行，附屬裝置是采煤機(jī)安全高效生產(chǎn)的保證，包括各種電器的控制與保護(hù)。
另外，由于采煤機(jī)不間停地工作，這不可避免地使得電氣裝置、牽引裝置、截割裝置和附屬裝置中所使用到的電動(dòng)機(jī)溫度過高，為了保證采煤機(jī)能夠不停歇生產(chǎn)，采煤機(jī)上面專門配有供水系統(tǒng)與冷卻系統(tǒng)。
二、采煤機(jī)故障機(jī)理
1、采煤機(jī)機(jī)械裝置故障機(jī)理
采煤機(jī)作為大型復(fù)雜機(jī)械設(shè)備，一方面由于其結(jié)構(gòu)復(fù)雜，另一方面其工作環(huán)境惡劣，出現(xiàn)機(jī)械方面故障不可避免，故障主要表現(xiàn)在軸承與齒輪方面。
（1）軸承出現(xiàn)故障
滾動(dòng)軸承出現(xiàn)故障主要表現(xiàn)為兩種現(xiàn)象：一是軸承在運(yùn)轉(zhuǎn)過程中產(chǎn)生噪聲；二是軸承溫度太高。
a）軸承溫度過高。
當(dāng)采煤機(jī)在工作時(shí)，軸承溫度應(yīng)該維持在正常范圍內(nèi)，如果用工具測(cè)得軸承部位溫度高于允許的范圍，則表明軸承應(yīng)該進(jìn)行處理，以防止影響軸承工作，進(jìn)而影響整個(gè)采煤機(jī)安全有序的生產(chǎn)。
產(chǎn)生溫度過高的因素包括：驅(qū)動(dòng)的載荷過大：軸承潤(rùn)滑性能下降；軸承在安裝方面不合格；軸承配件出現(xiàn)故障等等。
b）軸承噪音
在軸承進(jìn)行來回滾動(dòng)過程時(shí)，發(fā)生輕微的響聲屬于正?，F(xiàn)象，如果出現(xiàn)刺耳的噪聲，則軸承很可能出現(xiàn)故障了，此時(shí)，應(yīng)該采取必要的措施對(duì)軸承進(jìn)行故障維修，保證采煤機(jī)能夠正常生產(chǎn)。
對(duì)于軸承在工作中產(chǎn)生故障的原因比較多，要根據(jù)具體現(xiàn)象采取相應(yīng)的措施。如果軸承在運(yùn)轉(zhuǎn)過程中產(chǎn)生噪聲，產(chǎn)生的原因很可能是由于軸承內(nèi)圈與外圈相互作用面產(chǎn)生了磨損，從而使得軸承的軸線位置不在原來正常工作的位置。另外，當(dāng)軸承工作時(shí)間過長(zhǎng)時(shí)，有可能它的潤(rùn)滑性能下降，導(dǎo)致軸承工作時(shí)產(chǎn)生摩擦，這樣也將產(chǎn)生故障噪聲。
（2）齒輪出現(xiàn)故障
齒輪在工作中發(fā)生故障的形式多種多樣，常見的故障形式主要包括下面幾類
a）齒面磨損。齒面磨損產(chǎn)生的原因可能是機(jī)構(gòu)工作時(shí)間過長(zhǎng)，導(dǎo)致潤(rùn)滑性能下降，另外，也有可能是機(jī)構(gòu)在正常工作中，潤(rùn)滑油中摻入了石?；蛘咂渌s質(zhì)，從而使得齒面發(fā)生磨損。
b）齒面膠合和擦傷。對(duì)于齒面膠合和擦傷原因很可能是由于采煤機(jī)在進(jìn)行高負(fù)荷工作時(shí)，齒面溫度不可避免地會(huì)升高，加上長(zhǎng)時(shí)間工作，一旦沒有及時(shí)進(jìn)行潤(rùn)滑處理，將導(dǎo)致齒面間的油膜消失，這樣將會(huì)使得熔焊在一個(gè)齒面的金屬將熔焊在與他相互工作的齒面上，從而使得齒面出現(xiàn)膠合現(xiàn)象。對(duì)于一些剛生產(chǎn)出來的齒輪，由于其跟機(jī)器磨合時(shí)間不夠，很有可能使得齒輪出現(xiàn)擦傷現(xiàn)象。
c）齒面接觸疲勞。由于采煤機(jī)齒輪在工作中，它不但有滑動(dòng)動(dòng)作也有滾動(dòng)動(dòng)作，而滑動(dòng)動(dòng)作時(shí)將產(chǎn)生兩個(gè)方向相反的摩擦力，從而導(dǎo)致齒輪產(chǎn)生脈動(dòng)載荷。由于脈動(dòng)載荷在工作中將導(dǎo)致齒輪表面將會(huì)產(chǎn)生一種力，我們稱之為剪應(yīng)力，出現(xiàn)齒面接觸疲勞裂紋的情況主要是來自這種剪應(yīng)力。若疲勞裂紋慢慢變大，將會(huì)導(dǎo)致齒面上的金屬塊脫落，從而出現(xiàn)齒面接觸疲勞現(xiàn)象。
d）彎曲疲勞與斷齒。當(dāng)采煤機(jī)工作載荷較大時(shí)，輪齒部位處溫度升高，加上長(zhǎng)時(shí)間疲勞磨損，將使得輪齒產(chǎn)生裂紋，這種裂紋擴(kuò)大到其無法滿足高載荷正常工作時(shí)，此時(shí)將出現(xiàn)輪齒斷齒現(xiàn)象。
2、采煤機(jī)液壓裝置故障機(jī)理
（1）采煤機(jī)不牽引
采煤機(jī)不牽引的主要原因有：采煤機(jī)液壓系統(tǒng)出現(xiàn)故障；采煤機(jī)使用的能油質(zhì)量不合格；采煤機(jī)油管出現(xiàn)故障；采煤機(jī)的發(fā)動(dòng)機(jī)出現(xiàn)故障等等。
（2）采煤機(jī)液壓牽引部過熱
采煤機(jī)液壓牽引部出現(xiàn)溫度過高的因素有：冷卻系統(tǒng)中缺少冷卻水；冷卻系統(tǒng)的壓力不夠；冷卻系統(tǒng)管路不通；采煤機(jī)中滾動(dòng)機(jī)構(gòu)過程磨損；油質(zhì)不符合要求。
（3）采煤機(jī)液壓牽引部異常聲響
采煤機(jī)液壓牽引部出現(xiàn)異常聲響的主要原因包括油路系統(tǒng)沒有油：油液質(zhì)量不合格；采煤機(jī)的發(fā)動(dòng)機(jī)出現(xiàn)故障等等。
三、采煤機(jī)故障診斷與預(yù)測(cè)
（1）采煤機(jī)信號(hào)參數(shù)監(jiān)測(cè)及處理模塊
采煤機(jī)信號(hào)參數(shù)監(jiān)測(cè)及處理模塊：采集采煤機(jī)工作過程中的信號(hào)參數(shù)，并通過數(shù)據(jù)訪問對(duì)象的方法將這些信號(hào)參數(shù)與數(shù)據(jù)庫(kù)建立起連接.根據(jù)診斷系統(tǒng)來確定故障類型，并把這些故障參數(shù)轉(zhuǎn)化為所采用的智能算法表示的信息，然后將這些故障參數(shù)通過界面顯示出來并加以報(bào)替。例如：將故障參數(shù)用紅色圖案加以注釋，正常參數(shù)則用黑色圖案加中注釋。
（2）知識(shí)獲取模塊
知識(shí)獲取模塊的功能包括：將采集到的故障信號(hào)參數(shù)進(jìn)行BP神網(wǎng)絡(luò)的學(xué)習(xí)，通過對(duì)故障樣本進(jìn)行訓(xùn)練，將所得到的有用信息存儲(chǔ)于知識(shí)數(shù)據(jù)庫(kù)中，從而有利于建立采煤機(jī)故障診斷與故障預(yù)測(cè)功能模塊。所以說知識(shí)獲取模塊主要是為了后期故障診斷與故障預(yù)測(cè)系統(tǒng)的深入研究做前期準(zhǔn)備。
（3）故障診斷與故障預(yù)測(cè)模塊
故障診斷模塊的功能：采用數(shù)據(jù)訪問對(duì)象的方法提取數(shù)據(jù)庫(kù)中的故障信號(hào)參數(shù)，對(duì)這些故障信號(hào)參數(shù)進(jìn)行分析處理，然后通過采煤機(jī)故障診斷系統(tǒng)對(duì)采煤機(jī)進(jìn)行故障診斷。而故障預(yù)測(cè)模塊的功能類似，只是通過采煤機(jī)故障預(yù)測(cè)系統(tǒng)對(duì)采煤機(jī)進(jìn)行故障預(yù)測(cè).最終由采煤機(jī)故障診斷與故障預(yù)測(cè)系統(tǒng)得出的結(jié)果來分析采煤機(jī)是否發(fā)生故障。
（4）解釋模塊
解釋模塊的主要功能是對(duì)采煤機(jī)故障診斷與故障預(yù)測(cè)系統(tǒng)得出的結(jié)果提供注釋.其解釋模塊功能類似于寫代碼時(shí)加以注釋，主要方便用戶閱讀與判斷，而這里用到的解釋模塊同采煤機(jī)故障診斷與故障預(yù)測(cè)知識(shí)庫(kù)相連接，通過系統(tǒng)來自動(dòng)對(duì)采煤機(jī)故障診斷與故障預(yù)測(cè)結(jié)果做出解釋，如果采煤機(jī)知識(shí)庫(kù)中沒有相關(guān)方面的解釋內(nèi)容，則由用戶通過學(xué)習(xí)采煤機(jī)知識(shí)庫(kù)與實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)來對(duì)故障診斷與故障預(yù)測(cè)結(jié)果做出合理的解釋。同時(shí)將這些解釋內(nèi)容也添加到采煤機(jī)知識(shí)庫(kù)中，以保證知識(shí)庫(kù)的內(nèi)容的豐富。
（5）故障診斷與故障預(yù)測(cè)知識(shí)庫(kù)
采煤機(jī)故障診斷與故障預(yù)測(cè)知識(shí)庫(kù)主要包括通過實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)得到的知識(shí)與所采用的智能算法經(jīng)過處理后得到的知識(shí)。這里采用的智能算法主要為BP神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)。采煤機(jī)故障診斷與故障預(yù)測(cè)知識(shí)庫(kù)在獲取這些知識(shí)后，通過不斷完善與更新，保證后期知識(shí)推理的正確性。通過BP神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)得到的知識(shí)主要表現(xiàn)為網(wǎng)絡(luò)的連接權(quán)矩陣、闡值矩陣。
（6）人機(jī)交互界面
人機(jī)交互界面作為現(xiàn)場(chǎng)與用戶信息交流的窗口。它主要包括在線數(shù)據(jù)的實(shí)時(shí)變化曲線、輸入數(shù)據(jù)的修改、注釋部分、報(bào)警圖案等，為采煤機(jī)故障診斷與故障預(yù)測(cè)研究提供了巨大的方便。
總之，在大型煤礦企業(yè)里，采煤機(jī)作為其主要復(fù)雜大型機(jī)械設(shè)備，采煤機(jī)的正常持續(xù)工作與否直接影響著企業(yè)的煤礦生產(chǎn)量與經(jīng)濟(jì)利潤(rùn)。礦下作業(yè)最重視生產(chǎn)安全.一旦設(shè)備出現(xiàn)故障，會(huì)影響生產(chǎn)，更重要的是帶來安全隱患。所以對(duì)煤礦采煤機(jī)故障診斷的研究是非常重要的。
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