刮板输送机是采掘面主要运输设备,并为采煤机工作面往返移动提供通道,刮板输送机运行直接影响矿井生产。受使用环境恶劣、刮板输送机负载大以及运行工况变化大等因素影响,驱动装置容易出现故障,其中减速器故障占比较高。随着减速器相关研究不断深入,减速器性能及可靠性均明显提升,减速器轴承、传动齿以及箱体等可靠性均明显提升,故障位置多发生在减速器输入、输出密封处,典型故障类型为漏油。由于减速器安装位置狭小,减速器输入、输出端均使用密封处理,导致漏油故障检出难度较高。若无法及时发现漏油会增加减速器内其他组成部件故障发生率,不仅加大后续维修难度以及维护费用,而且制约刮板输送机高效运行。为此,本文对刮板输送机减速器漏油故障进行分析,并提出一种漏油监测系数,以期能在一定程度上提高刮板输送机工作效率。
1 减速器结构分析及漏油故障原因
减速器漏油故障主要集中在密封结构位置,为此本文重点对密封结构组成以及漏油故障原因进行分析。
1.1 密封结构分析
减速器密封结构用以将减速器内部空间与外界隔开,避免减速器内油外溢,密封结构包括输入端(高速端)密封、输出端(低速端)密封。输入端输入轴转速较高,一般可达到 1 500 r/min,密封多采用骨架油封方式,并安装耐磨套,具体骨架油封结构见图 1。
输出端密封多为浮动密封方式(结构包括静环、 动环及橡胶圈),静环、动环分别布置在减速器输出端口及输出轴上。随着输出轴运转, 动环、静环相对移动时,在接触面处会形成油膜,从而提高油膜密封性。具体密封结构见图2。
1.2 漏油原因分析
减速器漏油集中在输入端 、输出端密封位置,煤矿井下环境恶劣,粉尘、煤泥等异物容易混入至减速器内从而降低密封效果,同时密封环会出现磨损,增加漏油发生概率。通过对减速器使用进行为期6个月 监测,总结出漏油原因主要为:
1)传动轴表面粗糙度。传动轴表面粗糙度会直接影响密封性能及寿命。轴表面过于光滑,会导致油从密封接触面挤出,导致油膜厚度变化甚至消失;轴表面过于粗糙则会在高速运转时导致密封面、油封唇口变毛,导致油泄漏。
2)偏心。当轴与油封唇口内圆不同心时会引起轴与油封唇口接触不均衡,引起发热及磨损不均等问题,导致油封损坏、漏油。导致偏心的主要原因为轴质量偏差;轴承部位存在偏差;油封内径、外径不同心,油封壳体上安装孔与轴线间存在偏心。
3)油变质。当减速器内油变质时,变质油中含有较多硬度高、粒径小的颗粒,且容易在油中悬浮。变质油会随着减速器内循环,油中坚硬小颗粒会加剧轴以及油封唇口磨损。减速器在使用过程中难免出现发热,油在焦化后容易形成胶泥,在唇口处积累时容易导致唇口失效。
4)轴径向、轴向窜量影响。轴在旋转过程中间隙窜量增加,若期间输入轴调整不当容易增大轴窜量,同时轴高速运动也会增加唇口磨损。
5)温度。温度变化也会导致骨架或者油封等收缩、膨胀,导致一定温度下膨胀量出现变化。油封弹簧圈在温度影响下产生的线性膨胀明显,容易导致唇口压力降低出现漏油情况。
6)唇口过盈量。唇口过盈量可用以产生影响力并补偿轴偏心 。当过盈量偏小时会降低密封性,导致漏油;过盈量偏大时,唇口与轴紧贴,唇齿间间隙过小,导致轴、唇口间温度急剧增高,加速唇口老化。
2 减速器漏油自动监测
随着现代化监测技术以及通信技术发展,综采工作面采煤机、液压支架等监控能力均得以明显提升,同时采用合适传感器可实现减速器温度、冷却系统流量及温度监测,但是关于漏油监测相关系统或者技术的研究较少。若能采用合适传感器、通信技术对减速器密封漏油进行监测,并及时将监测结果传输给监控系统,可实现漏油点监测、预警以及处理,从而提高减 速器运行可靠性。
减速器输入端外侧有罩筒覆盖,输出端侧边存在连接板,减速器输入及输出端均处于密封空间内,难以采用设备对内部进行监测。为此,提出在输入轴及输出轴密封外侧对漏油进行监测,具体采用的漏油自动监测策略为:
1)在减速器两侧输入、输出端位置分别布置储油槽,并通过储油槽将漏油引导至储油孔内,具体结构如图3所示。
2)在储油孔底安装油压传感器。由于减速器漏油量较小且持续时间较长,间隔2 d 测定一次传感器油压参数;采用 PLC分析油压监测数据,正常情况下油压应为0,当监测到油压后且油压呈缓慢增加趋势时,则可判定减速器存在漏油问题,并依据油压位置确定输入端或者输出端漏油,提高故障诊断能力。
3 漏油自动监测应用效果分析
在减速器输入端出输入端均布置漏油自动监测装置,该装置结构简单、便于安装,在检修班即可实现安装。由于综采工作面内设备繁多,若信号传输采用有线方式需要布线且面临线缆容易被压断风险。因此,监测信号传输采用无线方式。
漏油自动监测现阶段已使用超过1年,期间共发出漏油预警3次,且均提醒漏油点位于输入端 。现场检修发现,漏油均是由于电机、输入轴中心存在一定偏差,输入轴在高速运转时引起密封结构失效,从而导致漏油。
4 结语
减速器是现阶段刮板输送机驱动装置中重要组成单元,减速器运行时漏油是常见故障类型,通过分析发现减速度漏油点主要位于输入及输出端。对输入及输出端结构结构进行阐述,并依据现场监测结果对漏油原因进行分析。提出一种漏油自动监测系统,在输入及输出端布置漏油收集装置并通过传感器测定油压,通过油压实现漏油位置判定并判断密封结构是否出现故障。为提高漏油自动监测适用性,油压监测结果采用无线方式传输现场应用后,该系统可实现漏油监测,避免出现漏油量过大引起减速器内设备损坏问题。