基于故障树的煤矿采煤机截割部和牵引部机械故障分析

1 故障树基础

　　在建立故障树后就需要对故障树开展深入分析，通常包含定量与定性两种分析方法。其中，定性分析是为了寻找顶事件的各个形成因素与相关组合，识别事件发生的所有情况，这样就可以判断出隐含的故障，用来改进运行方案、改进设计、指导故障诊断、维修方案等。而且可以找到系统的最小割集，再进行定量分析，除去无作用的割集来提高计算的效率。

　　割集是指引起故障树顶事件的所有底事件组成的集合。其中，最小割集是指形成故障树顶事件数目必须满足的底事件集合，因此可以将最小割集理解为导致顶事件的一种重要故障模式。各类故障树都是由数目有限的最小割集所组成的。对于最小割集来说，故障树的顶事件是唯一的。最小割集中所有事件，只有全部发生顶事件才会发生。

　　最小割集的计算方法主要包括上行法和下行法两种。下行法的基本原理是，故障树中的逻辑关系决定最小割集，或门增加数目，与门增加容量。下行法的方法是，从故障树的顶事件开始，按照由上到下的顺次，用下一级事件来代替上一级事件。

　　2 采煤机的各类机械故障研究

　　2.1 机械故障类型

　　10年内MG650/1620—WD交流电牵引采煤机故障情况统计如下表所示。

　　从上表可以明显发现，MG650/1620—WD交流电牵引采煤机通常会在牵引区域及截割区域出现机械故障，此类故障在素有故障中的比例高达约90%，尤其是截割区域的摇臂齿轮箱故障与牵引区的行走箱故障面临着形成大量故障的现象。

　　2.2 截割区机械故障分析

　　MG650/1620—WD交流电牵引采煤机的截割区通常是在有滚筒、截割电机与摇臂齿轮箱这些区域发生机械故障。

　　2.2.1 滚筒故障情况分析

　　截割区的滚筒出现的机械故障类型主要包括截齿故障、齿座开裂、滚筒螺栓松，其中截齿故障可以分为刀头碎裂、脱离、截齿受损、齿身断裂、齿身弯曲、截齿丢失等多种类型的故障。这是由于滚筒摇臂方头配合处存在明显间隙，导致滚筒产生很大的振动，这使得滚筒无法获得理想的工作地质条件，由此形成强烈的冲击载荷作用，引起螺栓的松动并使截齿发生故障。

　　2.2.2 摇臂齿轮箱故障情况分析

　　对于采煤机的截割部摇臂齿轮箱来说，该部位产生的机械故障主要包括齿轮与轴承故障，同时还可以将齿轮故障分为齿面磨损破坏、齿面擦伤、齿面胶合、断齿以及齿面的接触疲劳等多种形式，同时轴承故障又包含疲劳失效、磨损压痕失效、胶合与断裂等情况。这是由于对齿轮箱进行制造、装配或使用期间受到不当行为的影响，同时遇到润滑不充分或遇到较大冲击载荷作用也会产生上述现象。

　　2.2.3 截割电机故障

　　截割部的摇臂齿轮箱通常以电气故障为主，机械故障则相对较少，只有少数电机故障属于机械故障类型，其中电机故障类型包括电机大幅振动与轴承的疲劳磨损。这是由于在检修电机的过程中受到异物的干扰，同时冲击载荷也会对电机的轴承造成疲劳磨损。[3-4]

　　2.4 牵引部机械故障

　　采煤机截割部容易产生机械故障的区域包括行走箱、导向滑靴、牵引齿轮箱、牵引电机。

　　2.4.1 行走箱故障

　　牵引部行走箱机械故障类型包括齿轮卡死与破损、链轮损坏、惰轮失效、链轮螺栓松动。这是由于行走箱不同部件受到疲劳磨损影响以及未采取正确的润滑保养而导致的结果，由此引起牵引工作阶段产生大幅振动并引起温度的明显上升，由此导致轴承、齿轮、链轮发生故障問题。

　　2.4.2 牵引齿轮箱故障

　　牵引部行走箱的机械故障主要包括牵引扭矩轴发生断裂、传动齿轮破损、轴承失效、密封破坏等。产生上述故障的原因是齿轮箱工作环境未满足要求，使其受到冲击载荷的明显影响，由此引起齿轮箱轴承齿轮发生转矩轴故障、疲劳磨损失效以及密封失效的情况，受到上述故障的严重影响后还可能导致牵引转矩轴的断裂、漏油以及温度快速升高的问题。

　　2.4.3 导向滑靴故障

　　牵引部行走箱通常以导向滑靴故障与支撑滑靴故障为主。产生滑靴故障是由于采煤机进行端头斜切进刀的过程中，运输机发生了大幅弯曲或由于不正确的人为操作而引起滑靴阻力偏高而引起的故障。

　　3 结论

　　本文通过对各类故障分析得到采煤机的各类常见机械故障，可将其分为截割部、牵引部、破碎机构以及机身中部各个不同区域的故障，以此实现对采煤机故障有更深入的了解，为后文故障树分析打下了基础。