采煤機(jī)搖臂齒輪箱故障診斷探析

李曉曦

（大同煤礦集團(tuán)忻州窯礦機(jī)電科， 山西 大同 037021）

引言

采煤機(jī)作為煤礦生產(chǎn)的關(guān)鍵機(jī)械，在煤礦現(xiàn)代化發(fā)展過程中，發(fā)揮著非常關(guān)鍵的作用。由于采煤機(jī)工作環(huán)境相對惡劣，處于生產(chǎn)的一線，搖臂齒輪箱在具體工作過程中，經(jīng)常出現(xiàn)各種類型的問題，因此，對采煤機(jī)搖臂齒輪箱故障診斷進(jìn)行分析有著較為重要的意義。

1 采煤機(jī)搖臂齒輪箱結(jié)構(gòu)分析

在采煤機(jī)工作過程中，搖臂齒輪箱屬于動力傳遞裝置，其主要是將采煤機(jī)電動機(jī)所產(chǎn)生的動力全部傳遞到采煤機(jī)的滾筒，滾筒在搖臂齒輪箱的作用下實(shí)現(xiàn)割煤作業(yè)。一般情況下，采煤機(jī)搖臂齒輪箱包含有兩級直齒圓柱齒輪與兩級行星齒輪。圖1是電牽引采煤機(jī)搖臂齒輪箱典型結(jié)構(gòu)。從圖1可知，在減速運(yùn)動過程中，有14個齒輪參與到其中，具體為A—N，其中，A、B齒輪屬于一級直齒圓柱齒輪減速，而C—H屬于二級直齒圓柱齒輪減速。I—K屬于一級行星齒輪減速，L—N屬于二級行星齒輪減速。整體構(gòu)建成為了四級減速系統(tǒng)。

圖1 電牽引采煤機(jī)搖臂齒輪箱典型結(jié)構(gòu)

2 采煤機(jī)搖臂齒輪箱故障常用的診斷方法

從當(dāng)前搖臂齒輪箱故障診斷情況來看，其主要使用的方法有：信息分析法、資料分析法、振動分析法及觀察法。

第一是信息分析法。從當(dāng)前搖臂齒輪箱故障診斷來看，選擇使用信息分析法，這種方法較為簡潔，主要是通過采煤機(jī)上的故障顯示器將相關(guān)的信息顯示出來，維修技術(shù)人員根據(jù)顯示的信息對搖臂齒輪箱可能存在的故障進(jìn)行診斷。通常情況下，這種方法單獨(dú)使用的情況較少，會與其他方法合并使用[1]。

第二是資料分析法。這里的資料是根據(jù)以前的搖臂齒輪箱維修記錄和維修技術(shù)人員先前的維修記錄及個人經(jīng)驗(yàn)，對搖臂齒輪箱是否存在故障、存在何種類型的故障進(jìn)行判斷，得到搖臂齒輪箱出現(xiàn)故障的原因，在一定程度上這種方法與維修技術(shù)人員的個人經(jīng)驗(yàn)有著非常直接的關(guān)系。

第三是振動分析法。振動分析主要是對搖臂齒輪箱工作過程中出現(xiàn)的振動情況進(jìn)行分析，主要包含有振平診斷法、噪聲診斷法及沖擊脈沖法等，從當(dāng)前這種方法的實(shí)際應(yīng)用情況來看，可取得較好的診斷效果。

第四是觀察法。主要是對搖臂齒輪箱使用過程中表現(xiàn)出的各種表象，例如搖臂齒輪箱是否完好無損、是否存在尺寸變化等，通過對比分析的方法，找出前后之間的差距，找出出現(xiàn)問題的癥狀，并結(jié)合搖臂齒輪箱實(shí)際運(yùn)營情況，制定出相關(guān)的維修措施。

3 采煤機(jī)搖臂齒輪箱故障診斷及處理措施

采煤機(jī)搖臂齒輪箱是采煤機(jī)設(shè)備的所有零件中最易出現(xiàn)故障的一個零件，機(jī)械振動是如今經(jīng)常使用到的設(shè)備故障中的診斷技術(shù)，同樣也適用于對采煤機(jī)搖臂齒輪箱故障原因的研究工作，能夠使得診斷結(jié)果更加符合實(shí)際情況與理論知識方面的標(biāo)準(zhǔn)。齒輪箱內(nèi)傳動系統(tǒng)包括軸、軸承、齒輪、箱體與其附屬的聯(lián)軸器、原動機(jī)等，從而形成了非線性的振動系統(tǒng)[2]。因此在研究采煤機(jī)搖臂齒輪箱發(fā)生故障的原因時，可以充分利用設(shè)備的這一特點(diǎn)來使用振動動態(tài)分析的方法來深入分析齒輪系統(tǒng)、信號調(diào)制與故障失效等問題的原因，再把研究結(jié)果與具體的工作情況相結(jié)合進(jìn)行全面的考慮，從而得出切實(shí)有效的解決方法。

3.1 滾動軸承振動故障診斷

滾動軸承故障是機(jī)器發(fā)生故障的常見類型，滾動軸承振動故障是搖臂齒輪箱故障的主要原因之一，其故障機(jī)理如圖2所示。齒輪箱的滾動軸承振動故障包括損傷性故障與磨損性故障。損傷性故障主要聚集在軸承原件的外層，有較高的危險性，其為突發(fā)的故障，前期的判斷通常無法正確識別故障，也就做不到及時制止，所以損傷性故障也是工作人員在工作時應(yīng)重點(diǎn)關(guān)注的一種故障。磨損性故障與損傷性故障的區(qū)別是磨損性故障是緩慢的，而非一蹴而就的，其是在日積月累中而形成的，所以在診斷故障時也應(yīng)使用正確的診斷方法來分析出故障的發(fā)展趨勢，從而使用合理的方法進(jìn)行遏制。

圖2 滾動軸承振動故障機(jī)理分析圖

3.2 振動故障信號頻率特征分析

采煤機(jī)搖臂齒輪箱在出現(xiàn)故障時，齒輪工作會發(fā)生異常狀態(tài)，從而發(fā)出不斷增強(qiáng)的非規(guī)律性振動信號，故障情況也蘊(yùn)含在其形成的信號頻譜內(nèi)，因此研究頻率具體的變化情況就可以對故障進(jìn)行正確的分析。在研究時，可以分析設(shè)備的工作環(huán)境、材料與熱處理情況、形式等方面的差異，對故障進(jìn)行分類，并識別齒輪磨損、斷齒故障、齒輪誤差、軸承疲勞等問題的信號頻譜，分析采煤機(jī)搖臂齒輪箱是否發(fā)生故障與出現(xiàn)故障的具體原因，提高采煤機(jī)搖臂齒輪箱故障分析的準(zhǔn)確率與工作的效率。例如圖3所示，是軸承發(fā)生損傷部位在運(yùn)行過程中與接觸部件發(fā)生撞擊而產(chǎn)生的故障振動頻率。通過軸承的振動頻譜可以看出其分為低頻段、中頻段和高頻段三個階段，其中低頻段即為軸承振動的故障特征頻率。

在低頻段區(qū)域的信號極易受到振動的干擾，且在軸承故障初始時間段該區(qū)域所反應(yīng)的局部損傷特征頻率信號的能量相對較弱，因此在軸承發(fā)生故障的初始時期無法對具體故障原因做出準(zhǔn)確判斷，但可以診斷得知軸承的安裝存在不合理情況，以及保持架發(fā)生形變等故障。在中高頻段的頻率相對較大，通過分析后可以診斷出軸承的早期故障原因。

圖3 滾動軸承故障特征頻率示意圖

4 降低采煤機(jī)搖臂齒輪箱故障的相關(guān)措施

4.1 合理選擇材料

采煤機(jī)搖臂齒輪箱有著大量的組成材料，與人體類似，只有擁有強(qiáng)壯的身體才可以減少疾病，采煤機(jī)搖臂齒輪箱也需有高質(zhì)量的材料，才可以降低故障的發(fā)生概率。在選擇材料時，應(yīng)以高質(zhì)量且兼顧經(jīng)濟(jì)為原則，與采煤機(jī)搖臂齒輪箱的實(shí)際工作環(huán)境相結(jié)合，來選擇合適的組成材料。不但要保證選用材料在韌性與剛性上達(dá)到采煤機(jī)的工作標(biāo)準(zhǔn)，還應(yīng)兼顧采煤機(jī)搖臂齒輪箱工作時的機(jī)油與密閉性。

4.2 提高齒輪箱設(shè)計水平

采煤機(jī)搖臂齒輪箱出現(xiàn)故障不但是工作強(qiáng)度過高、工作環(huán)境惡劣等方面，還與采煤機(jī)搖臂齒輪箱的制作材料相關(guān)，使用高質(zhì)量的材料，擁有高水平的技術(shù)，可以令采煤機(jī)搖臂齒輪箱有先天的抗故障能力。所以，在降低采煤機(jī)搖臂齒輪箱故障的方法上，首先要提升采煤機(jī)搖臂齒輪箱生產(chǎn)的設(shè)計水平，認(rèn)真研究搖臂齒輪箱發(fā)生故障的原因，重視齒輪箱內(nèi)的齒輪咬合的情況，將設(shè)備自身反應(yīng)與采集機(jī)器最佳工作的物理形態(tài)信息相結(jié)合，來分析出設(shè)備易出現(xiàn)故障的具體位置，具有一定針對性地提高使用材料的質(zhì)量與設(shè)計水平，以此來提高采煤機(jī)搖臂齒輪箱工作的穩(wěn)定性[3]。

4.3 科學(xué)使用與保養(yǎng)

應(yīng)在制作中使用一定的方式來降低采煤機(jī)搖臂齒輪箱故障發(fā)生率，也應(yīng)在使用中正確使用、維護(hù)科學(xué)，從而延長采煤機(jī)搖臂齒輪箱設(shè)備的使用時間，降低設(shè)備的故障發(fā)生率?？梢酝ㄟ^管控采煤機(jī)搖臂齒輪箱的工作強(qiáng)度與時間，來使機(jī)器內(nèi)齒輪的負(fù)荷水平降低，從而延長使用時間。并且還應(yīng)重視采煤機(jī)搖臂齒輪箱的維護(hù)工作，提高設(shè)備的維護(hù)頻率，使用高水平的維修技術(shù)，對設(shè)備進(jìn)行高水準(zhǔn)的維修與保養(yǎng)，減少齒輪發(fā)生磨損故障的概率，并選取正確的診斷方法，前瞻性地減少故障的發(fā)生，從而延長設(shè)備的使用壽命。

4.4 全面加強(qiáng)對搖臂齒輪箱故障診斷人員的培訓(xùn)

針對當(dāng)前搖臂齒輪箱故障較多的實(shí)際，全面做好診斷工作對人員的綜合素質(zhì)水平有著較高的要求，這就需要煤礦全面重視搖臂齒輪箱故障診斷人員的培訓(xùn)，通過采取復(fù)合型培訓(xùn)的方式，提升其理論水平及實(shí)踐能力，較好增強(qiáng)人員整體工作效能，這可以更好地降低搖臂齒輪箱出現(xiàn)故障的概率，增強(qiáng)搖臂齒輪箱診斷效果。

5 結(jié)語

全面做好采煤機(jī)搖臂齒輪箱故障診斷對于提升搖臂齒輪箱工作效能有著非常重要的意義，但是從當(dāng)前搖臂齒輪箱故障診斷情況來看，在很多方面還有著較大的提升空間，因此，這就需要煤礦企業(yè)在生產(chǎn)過程中，切實(shí)認(rèn)識到做好搖臂齒輪箱故障診斷的重要性，從企業(yè)生產(chǎn)實(shí)際出發(fā)，采取針對性的措施，全面提升搖臂齒輪箱故障診斷效果，全面提升采煤機(jī)的運(yùn)行效率。