采煤机磨粒图谱分析与应用.pdf

第3 2 卷第0 8 期 2 0 1 1 年0 8 月 煤矿机械 C o a lM i n PM a ．h i n e r y V 0 1 ．3 2N o ．∞ A u g ．2 0 1 1 采煤机磨粒图谱分析与应用 李卫国。张小趁。司美霞。郝涵斐 中平能化集团设备租赁公司，河南平顶山4 6 7 0 2 1 摘要铁谱分析技术广泛应用于航天航空、数控机床、大型精密仪器设备磨损监测。而在煤 矿设备的应用和推广，目前却极为有限，特别是井下综采设备。因为井下综采设备受到粉尘及高 温、高湿的影响。工作环境恶劣，对铁谱分析人员分析时提出更高的要求。通过多年来对采煤机分 析积累的图谱进行筛选比较，对采煤机依据铁谱分析技术的评判标准加以分析。以不同于地面设 备的分析视角来建立采煤机的磨粒图谱。 关键词煤矿综采设备铁谱分析技术磨损；磨粒图谱 中图分类号T D 4 2 1 ．6文献标志码B文章编号1 0 0 3 0 7 9 4 2 0 1 1 0 8 0 2 1 0 0 2 A n a l y s i sa n dA p p l i c a t i o no fW e a rP a r t i c l e sA t l a si nS h e a r e r L lW e i g 呻。Z H A N GX i a 州h e n ，S IM e i 一嫡a ，I n oH a n - f e i Z h o n g p i n gE n e r g yC h e m i c a lG m u p ，E q u i p m e n tH i n gC o m p a n y ，P i n g d i n g s h a n4 6 7 0 2 l ，C h i n a A b s t r a n F e n ．o g r a p h i ca n a l y s i st e c h n o l o g yi sw i d e l yu s e d i na e r o s p a c e ，N Cm a c h i n et o o l s ，l a 唱e p r e c i s ei n s t m m e n tw e a rm o n i t o d n g ．W h i l ei n c o a le q u i p m e n tg e n e r a l i z ea n da p p l i c a t i o n ，b u tn o wi s l i m i t e d ，e s p e c i a l l yt h eu n d e r g r o u n dm i n i n ge q u i p m e n t ．B e c a u s eo ft h eu n d e r g r o u n dm i n i n ge q u i p m e n t u n d e rh i g ht e m p e m t u r e ，h u m i d i t ya n dd u s t ，i ti sw o r s et h a ni nt h eg m u n de q u i p m e n t ，p u t t i n gf o r w 舡d h i g h e rr e q u i r e m e n tt of e r r o g m p h i ca n a l y s i sp e r s o n n e l ．T h r o u 曲t h ea n a l y s i so ft h es h e a r e rf o ry e a r so f a c c u m u l a t i o no fs c r e e n i n gs h e a r e ra c c o r d i n gt ot h ef e n l 0 铲a p h i c a n a l y s i st e c h n o l o g r ，t h ee v a l u a t i o n s t a n d a r d si nd i f k r e n tf 而mt h ep e r s p e c t i V eo ft h ee q u i p m e n ti sb u i l tf o rw e a rp a r t i c l ea d a s ． K e yw o r d s c o a lm i n i n ge q u i p m e n t ；i r o ns p e c t r a la n a L l y s i st e c h n o l o g r ；w e a r ；w e a rp a r t i c l e sa d a s O 引言 随着煤炭工业的发展．综采机械化设备已经得 到普及和发展。为了能够安全使用和提高劳动生产 率及产量．中平能化集团公司引用并发展以铁谱分 析为主的油液监测及设备跟踪的网络管理系统。经 过十几年的发展．采集了一整套的综采设备磨粒形 貌特征图谱。根据采煤机的结构、润滑系统特点、使 用润滑油类型、工况条件等特点。确定进行润滑磨 损状态监测的采样部位、采样点、采样周期。并把采 煤机分为2 个部分进行监测和实验分析即使用液 压油的液压系统。主要是牵引部使用齿轮油润滑 的减速系统．主要是截割部与摇臂等。据此建立其 磨粒图谱。 采煤机部件的结构不同、零件不同、摩擦副不 同、磨损产生的磨粒亦不相同。一般情况下．机器在 运转过程中机械零件的摩擦磨损与时间成正比。为 了表征这种摩擦磨损的变化趋势．将磨损烈度按4 个梯次分别进行描述。 1 无异常磨损 在井下综采设备中．由于设备在煤尘中工作． 润滑油的污染比较严重。大多数的图谱 图略 粉尘 所占的比例比较大。综采设备基本上是低速、重载 运行．所以粉尘的轻微污染对设备的运行状况不会 造成太大的伤害．在分析过程中．如果粉尘对润滑 油的性能破坏不是很严重，就不予考虑。通过表1 对1 台M G 4 7 5 W 采煤机同一截割部不同时间2 次 发射光谱的值比较粉尘的主要成分是铁、硅、铝、 钙．从光谱数据两者受粉尘污染的程度基本是相同 的，但是．铁谱分析的数据来看的结果却是完全不 同。上一个光谱数据做出来的样品．铁谱中出现了大 量的 2 0 斗m 金属磨损物。但是下一个光谱数据做出 的样品，铁谱中的大部分金属磨粒都 2 0 仙m 。由此 可以判断．引起故障的原因不一定是粉尘污染造成 的，所以一定范围的粉尘污染．对综采设备来说是 可以接受的。 表1 质量分数 ％ 生 堡垒墅型盐堑 坠监垡堕 鱼丛 旦 第1 次1 3 6344 006 9 0 1 5 7 O3 9 42 05 5 00 1 0 7 4 30lO 第2 次1 7 8344 l05 7 0 1 0 213 8 5 6 716 3 l O9 8 4 30O3 2 无明显异常磨损 这是由于齿轮表面的更大不规则性引起的．及 齿轮间的误差大、有负荷变化、润滑剂黏度不足或 在某种条件下使齿轮工作在混合膜润滑的边界润 滑条件等原因造成。这类磨损不会自动停止而是慢 慢地延续比较长的时间．且磨损随负荷的增加而成 比例增大，在一般情况下，如公式 肜一玩M 心为名义接触压力 在低速重载的采煤机设备中．齿轮常采用低碳 一2 1 0 万方数据 第3 2 卷第0 8 期 墨壁塑壁塑斟谱分析与应用李卫围，等 v o l3 2 N 。0 8 合金钢．渗碳整体淬火。所以齿面硬度高，芯部强度 和韧性也很高。根据采煤机的齿轮寿命要求，这类 磨损是可以允许的。从图1 中可以看出，这类磨损 的磨粒R 寸不大十2 0J 工m ，而且磨粒分布是集中在 载片的人口区．磨粒表面光滑均匀。虽然金属磨粒 沉积浓度较高，但足寸不大。 田 采煤机截割部大量金属磨损栖 3 异常磨损 异常磨损又叫重磨损．采煤机齿轮在这种蘑损 下会迅速除去齿面材料．破坏齿轮的形状和齿轮装 置的平稳操作。在完全没有润滑荆的条件F ，或过 载或接触齿表面的严重误差都会发生这种磨损。如 果破坏原因没有找到和不及时修正．那齿面肜状的 破坏将导致齿轮装置的短寿命．以表2 这台采媒机 同一截割部正常运行1 2 0d 后出现运行异常时的4 次光谱数据束比较 通过光谱数据明显可以看出．润滑油中铁元素 的浓度在前9 0d 缓慢增加时．在第4 个月铁元素的 浓度突然增高说明因系统撕轮产生严重磨损而使 润滑油中金属磨粒的浓度突然增大、这星平煤某矿 M C 4 7 5 采煤机截割部减速箱齿轮．秉煤机在运行时 变速箱的温度非常高．噪音很大润滑油捡定后各 项指标都合格．但经铁谱分析后，如罔2 ．发现油中 含有大量的合金钢磨粒，磨粘尺寸2 0 ～5 0 “m ．集巾 在人口选．磨粒形状多为块状分布。通知相应部门 检修拆箱发现齿轮部分齿的顶部断裂．这是山十 齿轮承载时．弯曲应力超过材料疲劳极限．出现了 毁坏性失效破坏齿的一部分很明硅．润滑不是主 要因素．主要因素是机械缺陷必须找出和改进 袁2 质量分数 ％ 目2 采煤机截割部减速箱5 0 0 倍显微镜下磨粒形‰特征 4 严重疲劳磨损 2 严重疲劳磨损是| 殳备运行时．摩擦表面』爿期性 的载荷作用下或机械加】时造成的一些缺陷．使接 触区产生很大的变形和应力．并形成裂纹而破坏的 现象。某矿M G I3 2 ，3 2 0 采煤机由于减速箱内齿轮长 期疲劳使用而导致轮齿出现严重断裂的现象。铁谱 分析发现 见罔3 ，油中含有大量大于1 0 0u m 的疲 劳剥离金属磨粒。其长轴尺寸与厚度之比约为1 0 1 ．而且载片上还有大量的层状磨粒．其尺寸在2 0 ～ 5 0 m ，表面有碾压形成的划痕。这种磨粒的形成是 冈为，磨粒在不断的循环过程中．被齿轮接触时不 断碾压形成．说明故障隐患不是近期才发生一旦 故障隐患蟛成，导致2 个物体接触是不连续时．由于 实际接触区的局部变形与应力而发生材料的机械破 坏过程中．摩擦表面某些部分的材料疲劳破坏在接 触区承受的交变载倚下街面产生丁玻劳剥块． 严重疲劳磨损预示着设备故障已经产生．如果 不在此时及时警告停止设备运行．可能会对设备造 成不可修复性的伤害．甚至遭成重大的安全隐患和 事故， 瀛 周3 采煤机截割香B 在立变载荷下产生的疲劳剥块 5 结语 井下练采设备都是处在地质条件恶劣湿度 大、温度高、高污染的环境下，而且现场的维修难度 相、’大，自从采用丁铁谱分析为主的油液监测及设 备跟踪的网络管理系统．把采煤机在出现小问题的 时候就解决掉．不仅大大节约丁设备的维护和维修 成本，也提高r 采煤机尊位时间的生产率和产量 为集团公司的综采上水半的忏务提供了重要的技 术保障 参考文献． r lJ 女目] ”P 女镕A 镕* 目1 日K 。J [ ‘F * “Ⅲ* ] 匕m n * r “⋯№l9 8 7 。2 j R 邦，≈女4 ＆* 丌1 m ⅡⅫmF “ 『hj 匕m * * 【n m ％ } r 1 9 8 9 3 1 * M 目田『r 【【【n №’＆* Ⅲ} mf M ln g ．r { 1 Ⅲ6 m ⋯№ 1 9 9 5 r 4 ] m 3 ∞{ K * №F №等 m 目m { ％H t ∞i ％ⅢR v ⅡmJ r n * 如1 03 I f “I9 3 一l9 5 镕女∞n u Ⅲ 1 q 7 3 一lW P m ⋯ 1 9 9 7 ≈* “r ∞ ≮Ⅲ№m { ＆f J 【f U 镕m 々“m U * ∞* * m Ⅸ％％⋯Ⅻ * H * n ＆l 镕 责任编辑马宦玲收稿B 期2 0 | l 加3 2 3 万方数据