礦井提升機(jī)減速器故障診斷與應(yīng)用探討

任文超

摘? 要：考慮到減速器對(duì)礦井提升機(jī)的重要性，文章對(duì)減速器常見故障展開了分析。通過(guò)分析發(fā)現(xiàn)，減速器故障診斷具有一定的復(fù)雜性，需要利用儀器儀表加強(qiáng)檢測(cè)的同時(shí)，采用小波分析法加強(qiáng)故障分析與判斷，實(shí)現(xiàn)故障科學(xué)診斷。結(jié)合實(shí)例，文章對(duì)減速器故障診斷應(yīng)用問(wèn)題進(jìn)行了探討，為相關(guān)工作的開展提供參考。

關(guān)鍵詞：礦井提升機(jī);減速器;故障診斷

中圖分類號(hào)：TD534? ? ? ? 文獻(xiàn)標(biāo)志碼：A? ? ? ? ? ?文章編號(hào)：2095-2945（2019）10-0158-02

Abstract： In view of the importance of reducer to mine hoist， this paper analyzes the common faults of reducer. Through the analysis， it is found that the fault diagnosis of the reducer has a certain complexity， it is necessary to use the instrument to strengthen the detection， at the same time， the wavelet analysis method is used to strengthen the fault analysis and judgment， so as to realize the scientific fault diagnosis. Based on an example， the application of fault diagnosis of reducer is discussed in this paper， which provides a reference for the development of related work.

Keywords： mine hoist; reducer; fault diagnosis

1 礦井提升機(jī)減速器常見故障

就目前來(lái)看，減速器常見故障包含齒輪損傷與失效、軸承損傷與失效、箱體變形和潤(rùn)滑油泄露等。其中，齒輪損傷與失效為減速器主要故障之一，表現(xiàn)為齒輪開裂、斷齒、齒面疲勞、齒面損耗、變形等。齒輪開裂可能與鑄造缺陷有關(guān)，也可能與齒輪使用中外部應(yīng)力大于內(nèi)部抗拉能力有關(guān)。斷齒與機(jī)械設(shè)備長(zhǎng)時(shí)間高強(qiáng)度運(yùn)行有關(guān)，以至于齒輪與齒輪間不斷摩擦，導(dǎo)致齒輪強(qiáng)度降低，最終造成齒輪出現(xiàn)局部斷裂的情況[2]。而齒面疲勞和損耗問(wèn)題的發(fā)生，都與齒輪間不斷進(jìn)行滑動(dòng)摩擦有關(guān)，需要判斷生產(chǎn)工藝是否存在缺陷，并確認(rèn)齒輪間的潤(rùn)滑情況。在齒輪承受應(yīng)力遠(yuǎn)超材料極限的情況下，齒輪將發(fā)生變形。軸承損傷與失效難以通過(guò)肉眼判定，需要根據(jù)軸承運(yùn)行情況進(jìn)行確認(rèn)，如齒輪不規(guī)則運(yùn)行、軸承產(chǎn)生振動(dòng)等，需要利用專業(yè)儀器儀表進(jìn)行檢測(cè)。箱體變形與減速器位置移動(dòng)有關(guān)，受惡劣工作環(huán)境影響，減速器箱體吊裝過(guò)程中可能發(fā)生變形。此外，減速箱內(nèi)多裝有大量潤(rùn)滑油，如果密封不嚴(yán)導(dǎo)致潤(rùn)滑油泄露，將造成齒輪磨損增加，引起設(shè)備溫度升高和噪聲增加。

2 礦井提升機(jī)減速器故障的診斷分析

2.1 故障診斷問(wèn)題

結(jié)合上述分析可以發(fā)現(xiàn)，礦井提升機(jī)減速器容易受外界因素干擾，在惡劣工作環(huán)境容易發(fā)生故障。而減速器結(jié)構(gòu)復(fù)雜，僅憑借表面觀察難以實(shí)現(xiàn)故障類型和部位的準(zhǔn)確判斷，無(wú)法實(shí)現(xiàn)故障及時(shí)處理。實(shí)際在設(shè)備發(fā)生故障后，會(huì)產(chǎn)生非平穩(wěn)的振動(dòng)信號(hào)。采用傳統(tǒng)時(shí)域分析法等方法，難以實(shí)現(xiàn)故障信號(hào)準(zhǔn)確提取和分析，無(wú)法為故障原因判斷提供足夠技術(shù)支持。針對(duì)這一情況，還要采用有效的診斷方法實(shí)現(xiàn)減速器振動(dòng)信號(hào)處理，然后進(jìn)一步實(shí)現(xiàn)設(shè)備故障的精確診斷，從而采取有效措施進(jìn)行故障處理，使減速器運(yùn)行性能和可靠性得到提高的同時(shí)，減少礦井生產(chǎn)中的不安全因素。

2.2 故障診斷方法

針對(duì)礦井提升機(jī)減速器故障診斷難題，可以采用小波分析法。應(yīng)用該方法，能夠從基函數(shù)角度對(duì)信號(hào)進(jìn)行分析，在吸取傅里葉變換中三角基特點(diǎn)的同時(shí)，對(duì)短時(shí)傅里葉變換中的時(shí)移窗函數(shù)進(jìn)行了運(yùn)用，能夠利用振蕩、衰減基函數(shù)實(shí)現(xiàn)小波分析[3]。如式（1）所示，？漬a，b（t）為小波基函數(shù)，t指的是時(shí)間，a則是尺度因子，b是時(shí)移參數(shù)。在a增大的情況下，小波函數(shù)將得到延展，頻譜帶隨之縮窄，同時(shí)向低頻方向移動(dòng)。在a減小的情況下，小波函數(shù)將有所收縮，促使頻譜帶隨之伸展，向高頻的方向移動(dòng)。采用小波分析方法，能夠?qū)p速器故障信號(hào)局部細(xì)節(jié)的多尺度特性進(jìn)行分析，從而實(shí)現(xiàn)時(shí)頻局部化，因此能夠?yàn)楣收暇_診斷提供支持。

3 礦井提升機(jī)減速器故障診斷應(yīng)用

3.1 故障情況

某礦井在生產(chǎn)作業(yè)中采用型號(hào)為2JK3.0×1.5的提升機(jī)，配備型號(hào)為ZSY630減速器，開展礦井物料和煤炭運(yùn)送等工作。減速器由主軸裝置、聯(lián)軸器、中間軸、輸入軸和電動(dòng)機(jī)等部分構(gòu)成，由電動(dòng)機(jī)通過(guò)聯(lián)軸器帶動(dòng)輸入軸運(yùn)動(dòng)，主軸裝置則經(jīng)由聯(lián)軸器在輸出軸帶動(dòng)下運(yùn)轉(zhuǎn)。在減速器運(yùn)行過(guò)程中，輸入軸轉(zhuǎn)速達(dá)990r/min，轉(zhuǎn)頻達(dá)16.5Hz，嚙合頻率為379.5Hz;中間軸有兩個(gè)，轉(zhuǎn)速分別為429.6r/min和121.8r/min，轉(zhuǎn)頻分別為7.16Hz和2.03Hz，嚙合頻率分別為379.5Hz、136Hz、38.6Hz;輸出軸轉(zhuǎn)速達(dá)34.54r/min，轉(zhuǎn)頻達(dá)0.58Hz，嚙合頻率為38.6Hz。在實(shí)踐生產(chǎn)中發(fā)現(xiàn)，減速器振動(dòng)噪聲較大，存在明顯不安全因素，因此需要對(duì)設(shè)備故障進(jìn)行診斷分析。

3.2 故障診斷

3.2.1 故障確認(rèn)

在對(duì)設(shè)備振動(dòng)信號(hào)進(jìn)程采集時(shí)，需要完成儀器檢測(cè)位置的合理布置，以便實(shí)現(xiàn)真實(shí)振動(dòng)信號(hào)的采集，完成設(shè)備故障的準(zhǔn)確判斷。結(jié)合設(shè)備工作實(shí)際情況，可以在電動(dòng)機(jī)軸承座和齒輪傳動(dòng)等振動(dòng)明顯位置進(jìn)行振動(dòng)信號(hào)檢測(cè)。在此基礎(chǔ)上，需要在與軸承座連接剛度較高位置進(jìn)行信號(hào)檢測(cè)。針對(duì)齒輪傳動(dòng)位置，需要采用相同測(cè)量方法進(jìn)行參數(shù)測(cè)量，保證每次測(cè)量時(shí)的工況條件和儀器狀態(tài)一致，從而獲得準(zhǔn)確的檢測(cè)結(jié)果。實(shí)踐操作時(shí)，可以采用型號(hào)為BZ-8710A的便攜式測(cè)振儀，對(duì)振動(dòng)速度均方根值進(jìn)行檢測(cè)，獲得設(shè)備不同方向振動(dòng)烈度。從檢測(cè)結(jié)果來(lái)看，如表1所示，在垂直方向上有四個(gè)檢測(cè)點(diǎn)振動(dòng)烈度超出了10mm/s，水平方向有三個(gè)點(diǎn)振動(dòng)烈度超出了10mm/s，軸向有五個(gè)點(diǎn)振動(dòng)烈度超出了10mm/s。從總體上來(lái)看，除了檢測(cè)點(diǎn)5和6以外，其他各檢測(cè)點(diǎn)在三個(gè)方向上都存在振動(dòng)烈度較大的問(wèn)題，由此可見減速器存在故障，需要對(duì)故障類型、位置等進(jìn)行診斷分析，確保不安全因素得到及時(shí)消除。

3.2.2 故障診斷

實(shí)際進(jìn)行減速器故障診斷時(shí)，采用傳統(tǒng)方法對(duì)減速器的時(shí)域和頻域進(jìn)行分析，難以實(shí)現(xiàn)診斷烈度大位置的精確診斷。根據(jù)檢測(cè)點(diǎn)振動(dòng)加速器時(shí)域波形信號(hào)，經(jīng)過(guò)傅里葉變換可以獲得頻域波形信號(hào)。而在實(shí)際分析過(guò)程中可以發(fā)現(xiàn)，時(shí)域波形和頻域波形相對(duì)雜亂，難以從中獲得故障頻率、幅值等信息。采用小波分析法進(jìn)行信號(hào)同態(tài)解調(diào)譜分析，能夠使各種調(diào)制成分的分析，繼而完成關(guān)鍵信息的提取。采用小波分解方法，能夠?qū)崿F(xiàn)振動(dòng)信號(hào)三層分解，首先將信號(hào)分解為0和1頻段，然后將0頻段進(jìn)一步分解成00和01頻段，針對(duì)00頻段最終將分解得到000頻段和001頻段。相比較而言，01、001和000的頻段幅值譜成分突出，經(jīng)過(guò)處理可以得到頻域波形信號(hào)，實(shí)現(xiàn)故障特征信號(hào)的提取。

3.3 原因分析

為分解得到的001頻段頻域波形信號(hào)。結(jié)合減速器參數(shù)可知，主要頻率為一級(jí)嚙合頻率379.5Hz，同時(shí)振動(dòng)信號(hào)中含有2倍和3倍的高次倍頻。在2倍高次倍頻附近，存在7.16Hz和0.58Hz的調(diào)制邊帶成分，由此可知減速器對(duì)應(yīng)齒輪位置存在故障。采用小波分析法對(duì)采集到的減速器振動(dòng)信號(hào)進(jìn)行分析，可以發(fā)現(xiàn)減速器一級(jí)齒輪副的齒輪存在故障。對(duì)減速器進(jìn)行拆卸后發(fā)現(xiàn)，齒輪存在嚴(yán)重磨損問(wèn)題，齒面位置出現(xiàn)了疲勞現(xiàn)象。進(jìn)一步分析故障原因可以發(fā)現(xiàn)，提升機(jī)長(zhǎng)期處于超負(fù)荷運(yùn)行狀態(tài)，導(dǎo)致原本齒輪強(qiáng)度和承載能力下降，最終引發(fā)了設(shè)備故障。由此可見，采用上述方法對(duì)減速器出現(xiàn)的異常噪聲和振動(dòng)現(xiàn)象展開分析，能夠?qū)崿F(xiàn)對(duì)振動(dòng)烈度大的檢測(cè)點(diǎn)信號(hào)的同態(tài)解調(diào)分析，通過(guò)頻域分析實(shí)現(xiàn)設(shè)備故障的精確診斷。

3.4 優(yōu)化策略

結(jié)合故障原因，需要對(duì)減速器故障進(jìn)行處理，實(shí)現(xiàn)設(shè)備優(yōu)化改進(jìn)，以免故障再次發(fā)生。在實(shí)踐工作中，針對(duì)出現(xiàn)齒面疲勞的齒輪，短時(shí)間可以通過(guò)打磨圓滑點(diǎn)蝕坑邊緣的方法進(jìn)行齒輪性能的改進(jìn)，同時(shí)進(jìn)行極壓潤(rùn)滑油的更換，減少齒輪間的磨損。在齒輪出現(xiàn)裂紋的情況下，應(yīng)當(dāng)將裂紋處的金屬打磨干凈，以免齒輪因周圍過(guò)于圓滑出現(xiàn)裂紋擴(kuò)大的問(wèn)題。但為防止故障再次發(fā)生，還應(yīng)采用硬齒面齒輪對(duì)齒輪承載能力進(jìn)行提高，確保齒輪強(qiáng)度能夠適應(yīng)設(shè)備高負(fù)荷運(yùn)行要求。實(shí)際進(jìn)行齒輪設(shè)計(jì)時(shí)，需要聯(lián)系設(shè)備廠商對(duì)齒輪性能改進(jìn)問(wèn)題進(jìn)行分析，需要結(jié)合現(xiàn)場(chǎng)情況對(duì)齒輪承載能力進(jìn)行計(jì)算，確定設(shè)備每天工作時(shí)間、工況系數(shù)等，完成齒輪使用系數(shù)的合理選用，確保設(shè)計(jì)強(qiáng)度安全可靠。在齒輪材料選擇方面，需要采用強(qiáng)度高、力學(xué)性能佳、韌性好的材料，并通過(guò)適宜熱處理工藝保證齒輪處于良好組織狀態(tài)，繼而使齒輪綜合力學(xué)性能保持優(yōu)良狀態(tài)[4]。采取這些措施進(jìn)行設(shè)備性能優(yōu)化，能夠保證減速器正常運(yùn)行。

4 結(jié)束語(yǔ)

在礦井提升機(jī)管理方面，除了需要做好減速器的選用，還要加強(qiáng)減速器故障診斷與分析。加強(qiáng)對(duì)減速器常見故障的把握，可以在故障檢測(cè)中實(shí)現(xiàn)故障原因的合理分析。采用小波原理進(jìn)行設(shè)備振動(dòng)信號(hào)分析，能夠?qū)崿F(xiàn)設(shè)備故障類型、部位的準(zhǔn)確判斷，從而提出優(yōu)化策略實(shí)現(xiàn)故障有效處理和預(yù)防，為礦井作業(yè)的開展提供保障。

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