矿井绞车出现的故障中,电动机及减速器故障占比较大[1,2]。电动机与减速器的连接方式对电动机与减速器有较大影响。目前,中国多数煤矿矿井绞车的电动机和减速器的连接采用弹性柱销齿式联轴器,该种类型联轴器具有一定的减震及补偿性能,额定工作温度为-20～70℃[3]。在绞车制动器中,制动闸瓦一般安设在制动轮的外侧,在绞车运行过程中,这种类型的联轴器容易出现故障,故障多发生在绞车制动过程中,制动闸瓦与制动轮间摩擦产生的热量造成联轴器内部的尼龙柱销变形,进而使得发动机与减速器不同心,引起抖动情况的出现[4,5]。因此,只有在电动机与减速器间采用更合适的连接方式,才能 大程度地减少电动机、减速器故障,提升绞车的运行效率及安全程度,确保矿井的经济效益。
1 矿井绞车运行原理
矿井绞车主要由电气控制设备、绞车滚筒、滑轮等装置构成[6]。在矿井生产中绞车主要用于设备、材料、人员提升运输等。绞车主要含操控装置、传动装置、动力装置、保护装置等,其中动力来源为电动机[7]。电动机、减速器、主轴等共同配合形成绞车的传动系统;电控装置、操作装置等构成绞车的控制系统;液压装置及制动装置构成绞车的制动控制系统;指示装置及测速装置构成绞车的运行状态监控保护系统。上述各个装置系统相互配合,共同确保绞车安全运行。
2 矿井绞车常见故障分析
2.1 电动机故障
在按下电动机启动控制键时,出现电动机无法正常启动、线电流不均衡、电动机定子绕线组过热等问题,主要是由于电动机转子进线端线路中断、轴瓦磨损严重、轴承出现一定偏移[8]。
电动机运行过程中过热或噪声过大等也是常见的故障。电机长时间高负荷运转,通风不良,电机运行释放的热量不能及时排出。噪声过大可能是由于电动机轴承不居中。
2.2 制动装置故障
绞车制动装置多将制动闸瓦布置在制动轮外侧,在制动过程中,闸瓦与制动轮摩擦产生的热量会传递给联轴器,严重时导致联轴器内部尼龙插销变形,引起电机与减速器出现偏心,从而出现抖动故障。制动装置出现故障后会引起一系列其他影响,具体制动装置常见故障如下。
制动装置制动力矩较小,严重时出现刹车失灵问题。这主要是由于重锤下部存在杂物,重锤的重力较小;制动闸瓦磨损较为严重,或闸间隙过大,闸轮、闸盘间存在水、油等污染物;蝶形弹簧出现疲劳损伤甚至断裂;电液系统中喷嘴堵筛,造成系统回油受阻;绞车超负荷运行。
制动闸在松闸过程中反应迟缓,运行不灵活。这主要是由于制动装置内部的油缸出现卡缸或传动装置内部活节出现堵筛;制动手柄拉杆长度调节值不合理;制动装置中的油缸密封失效、存在空气;制动装置中的溢流阀节流孔出现堵筛,滑阀被卡死;溢流阀密封失效、调压装置漏油。
制动闸发热量过大。这主要是由于闸瓦使用时间过长,绞车未安设电控制动装置,当重物处于下放状态时,闸瓦长时间运行,而且闸瓦与制动轮间的位置不合理,制动过程中闸瓦受力不均衡,用闸较为粗猛;闸轮间出现较大的摆动;在安装闸轮及闸瓦时安装不恰当,两者之间的接触面积过小,闸瓦磨损较为严重,螺栓头与闸轮结构接触。
2.3 减速器故障
减速器噪声过大、内部运行齿轮响声异常是减速器 常见的故障。在减速器安装过程中齿轮间咬合间隙过大、减速器齿轮在生产加工时精度低、齿轮轴线间不平衡、齿轮垂向不垂直,导致齿轮与轴承间接触差。轴承间隙过大、齿轮磨损较为严重、润滑效果差、齿轮连接键出现松动、装配过程中不够严谨,导致齿轮间的咬合及润滑存在问题。当绞车提升机载重较大,或出现金属疲劳时也容易引起减速器故障。
2.3.1 驱动装置不合理
传统的减速器驱动装置传动采用链传动方式,会导致减速器在输出及输入轴两侧出现较大的拉应力作用。同时减速器箱体一般采用铸铁制造,其本身承受径向载荷的能力较小,当绞车受到的载荷不断增加时,容易出现减速器箱体被拉裂的情况。
2.3.2 传动装置不合理
减速器的传动装置相对于电动机而言功率值较低,对减速器输出轴进行受力分析可知,输出轴的需用载荷值较低,因此,容易使得绞车电气保护装置失效。在电动机输出功率未超过额定值时,减速器箱体由于受到较大载荷而出现断裂问题。
2.3.3 设备安装缺陷
现阶段的绞车为抗中等冲击装置,绞车在提升过程中的平稳性欠缺。当绞车提升设备的外壳固定未能达到要求时,绞车的固定不牢靠,在设备运行过程中会加剧晃动现象的发生,使得绞车传动装置出现振动,给绞车带来的冲击增加。同时由于绞车外壳固定不牢靠引起的振动也会使传动装置出现卡顿的情况,给传动系统运行的可靠性及安全性带来不利影响。
3 矿井绞车电动机和减速器连接方式优化
绞车的上述故障轻则会导致绞车运行效率降低,严重时会影响绞车的使用寿命及安全使用。这些问题的发生与绞车在制动过程中出现的温度过高或振动有密切关联。在各种因素综合作用下,导致绞车出现故障,可通过优化绞车电动机和减速器间的连接方式来改善绞车运行状态。将联轴器与制动轮分开安装,并利用四爪联轴器将电动机与减速器连接,具体的连接方式如下所述。
在电动机和减速器连接时使用的设备有联轴器、工作制动器、制动轮等。在使用的联轴器中含有左半联轴器、右半联轴器及安装在中部的耐磨连接件。将左半联轴器安装在减速器的输入轴位置处,右侧联轴器安装在电动机输出轴位置处,将工作制动器一侧与联轴器中部耐磨件连接,另一侧与电动机连接。为了确保电动机和减速器连接稳固、牢靠,在耐磨件上增加安装连接爪结构,连接爪一共安装8个,对称安装。左侧的连接爪与右半联轴器通过销钉连接,同理,右侧连接爪与左半联轴器也通过销钉连接,连接完成之后的连接抓分布呈交叉状。
通过这种连接方式:a)可以避免绞车在运行制动过程中制动闸瓦产生高温引起联轴器内部尼龙柱销、联轴器变形等问题出现,降低联轴器及与之连接的电动机、减速器故障发生率;b)电动机启动时的弹性缓冲有所增加,联轴器的使用寿命有所提升,降低绞车联轴器、电动机、减速器故障发生率及维护工作量,降低绞车的综合运行成本。
结语
在对绞车电动机和减速器连接方式进行优化之后,由于电动机和减速器连接不合适引起的绞车振动、噪声及温度异常情况得到消除,绞车电动机和减速器在运行的15个月内未出现过故障,同时绞车的其他部件故障率也有所降低,整个绞车的运行状态更为平稳,确保了设备高效运行与安全运输需要,完成了预先设定的目标。
