煤礦機械齒輪和軸承故障診斷及改進措施

李伯文

摘要：在煤礦生產(chǎn)中，機械設(shè)備占有重要的地位。由于煤礦惡劣的工作環(huán)境，機械設(shè)備常常出現(xiàn)不同的故障，嚴重時甚至會發(fā)生事故。在煤礦機械設(shè)備中，傳動件由于其長久的承重性和傳動性，往往會出現(xiàn)較大概率的故障，其中，故障率最高的兩個傳動件分別為齒輪和軸承。因此，對齒輪和軸承進行有效的診斷和及時的檢修具有重要的意義。

關(guān)鍵詞：齒輪; 軸承; 故障診斷; 改進措施

引言

當現(xiàn)代設(shè)備用于實際生產(chǎn)時，設(shè)備系統(tǒng)傳動離不開齒輪和軸承的通用運行約束。此外，高強度和長時間運行使兩個關(guān)鍵系統(tǒng)組件容易出現(xiàn)故障。其中，煤礦開采在最困難的開采條件下機械失效的風險較高。如果出現(xiàn)故障，如果不及時處理和修理，將嚴重影響以后的生產(chǎn)作業(yè)，給工業(yè)造成經(jīng)濟損失。因此，企業(yè)優(yōu)化經(jīng)濟結(jié)構(gòu)的最有效方法之一是改進對煤機齒輪和軸承故障原因的診斷。

一、概述

軸承和齒輪在機械設(shè)備的傳遞中起著關(guān)鍵作用。但是，在機械設(shè)備中，齒輪和軸承這兩個部件發(fā)生故障的可能性很高，尤其是在煤礦中，工作條件使它們更容易受到齒輪和軸承零件故障的影響。機械故障不僅嚴重威脅煤礦生產(chǎn)的安全，而且還導致生產(chǎn)效率下降，給煤炭企業(yè)造成更多的經(jīng)濟損失。因此，對煤炭機械中的齒輪和軸承結(jié)構(gòu)進行故障排除，不僅可以降低維護成本，還可以提高機械設(shè)備的利用率，確保設(shè)備安全運行，從而盡可能防止故障，大大減少設(shè)備維修次數(shù)根據(jù)歐洲、美國和其他國家的相關(guān)調(diào)查數(shù)據(jù)，通過機械故障排除技術(shù)，可以有效地預防大約一半的事故，減少大約60%的停機時間和維修時間，并且還可以對維修費用進行投資因此，對煤礦機械故障進行分析和診斷研究具有重要的經(jīng)濟和社會效益。

二、煤礦機械齒輪和軸承故障及原因分析

（一）常見的齒輪故障問題

當機械設(shè)備的內(nèi)部齒輪實際工作時，由于制造延遲或在使用過程中沒有正確的維修操作，它極易受到嚴重故障的影響。此外，組成齒輪系統(tǒng)的零件會影響齒輪系統(tǒng)在制造過程和材料中的整體穩(wěn)定性。通過安排和綜合，可以看出兩種齒輪缺陷：第一，當齒輪系統(tǒng)正常生產(chǎn)時，由于原制造工藝質(zhì)量缺陷，設(shè)備出現(xiàn)故障。例如，齒輪之間的誤差、不正確的軸和齒輪的摩阻密度不緊密，并且齒輪存在不平等問題。第二，使用齒輪是因為整個系統(tǒng)產(chǎn)生的作用力，這使得齒輪之間無法進行適當?shù)臐L動或滑動。旋轉(zhuǎn)時，齒輪之間的摩擦力會在作用中節(jié)點的相反方向上發(fā)生，這也可能會導致按一下。長期使用齒輪后，可能會出現(xiàn)大面積磨損和裂紋，在嚴重情況下還可能導致齒輪之間的斷裂。

（二）軸承常見故障及原因

造成軸承故障的主要原因有銹蝕、裝配和異物，其中，最常見的是疲勞剝落。軸承在運轉(zhuǎn)過程中所承受的荷載為交變荷載，從而致使軸承表面容易出現(xiàn)剝落式的裂紋，造成疲勞剝落。銹蝕主要由兩方面的原因造成，即酸堿物質(zhì)的侵入和軸承表面的溫度過高。酸堿物質(zhì)侵入造成軸承細微處被腐蝕，逐漸發(fā)展成大面積的銹蝕;同樣，溫度過高造成軸承局部銹蝕破損，逐漸發(fā)展成大面積的銹蝕。磨損失效主要是由外界異物的入侵導致的，當外界堅硬的細小微粒進入軸承后，會造成軸承局部破損，在高速運轉(zhuǎn)過程中造成環(huán)狀磨損。除此之外，當軸承不轉(zhuǎn)時，振動也會造成軸承的局部振紋，導致磨損。點腐蝕主要是由電化學反應引起的，當軸承金屬表面出現(xiàn)缺陷時，便會形成電池原理的化學反應，從而造成軸承破壞。

三、不同故障診斷方法對比分析

（一）時頻區(qū)域化分析技術(shù)

頻率區(qū)域化分析技術(shù)通常用于對煤炭設(shè)施進行直觀診斷。上述技術(shù)方法允許在診斷出的缺陷具有更明顯的特征時進行初步診斷和預測。綜合診斷觀察后，能夠有效地采集和分類以下信息：所采集信息的頻率復雜度、信號振動頻率、信號沖擊和調(diào)制等。使用這種方法進行的分析可以清楚地了解所得到的振幅和基于原始振幅的周期的變化值。還可以清楚地控制零部件的詳細操作和相關(guān)問題，例如點腐蝕的程度和斷裂。

（二）對共振和短波分析技術(shù)的比較分析

共振解調(diào)分析技術(shù)分析軸承產(chǎn)生的周期脈沖信號，但由于每個零件的故障特征頻率不同，需要應用于多個中頻帶通濾波器，使得故障排除系統(tǒng)的線路連接非常復雜。采用該技術(shù)

四、煤礦機械齒輪和軸承故障診斷分析方法

用于反映齒輪和軸承故障的物理量為振動、溫度、壓力等。據(jù)估計，60%以上的機械故障是由于振動信號的檢測和分析造成的。因此，本文以振動信號為基礎(chǔ)對煤礦機械故障進行診斷。在振動信號的三個要素中，振幅用于反映設(shè)備的振動程度;頻率可用于診斷機械故障類型;相位主要用于表示該部分振動與其他振動部分之間的關(guān)系。振動信號的常見故障排除方法有時包括時域分析和頻域分析，時域分析方法的振動波形記錄振動加速度或其他物理量隨時間的變化，頻域分析方法則是通過傅立葉變換分析時域信號 其目的是將復雜時域波形分解為單個諧波，以獲得每一諧波波形的信號頻率和振幅值。 頻域分析的常用方法有光譜分析、詳細光譜分析和解調(diào)分析。

五、齒輪和軸承的改進措施

在煤礦生產(chǎn)過程中，齒輪和軸承等設(shè)備往往承受著巨大的荷載，長期運行易出現(xiàn)故障隱患，應給予充分的重視。利用先進的科技、科學的設(shè)計以及有效的保護措施可以延長設(shè)備的使用壽命。在齒輪和軸承使用過程中需要采用先進的技術(shù)，應用數(shù)字技術(shù)對齒輪、軸承的運轉(zhuǎn)速度進行控制，在減小能源消耗的同時延長齒輪和軸承的使用壽命。在設(shè)備生產(chǎn)過程中采用標準化沖壓工藝，適當減小分選次數(shù)及負荷，控制額定電流范圍內(nèi)的分選電流及軋制工作阻力，減小對設(shè)備的沖擊;開發(fā)裝配系統(tǒng)，量化每個環(huán)節(jié)的安裝數(shù)據(jù)，并在組裝前進行嚴格測試。在使用過程中采用離線式油檢測裝置檢測清潔度及潤滑油的質(zhì)量;裝配過程中確保軸承清潔無雜質(zhì)混入;更換破損零件時，防止異物進入潤滑系統(tǒng)。在小直徑齒輪和軸承設(shè)計方面，可以采用短圓柱滾子或者自潤滑軸承，從而降低齒輪和軸承的故障率。短圓柱滾子的結(jié)構(gòu)為在擋環(huán)圓周開設(shè)潤滑油孔，從而起到潤滑齒輪的作用。因為煤礦機械齒輪內(nèi)圈可以充當軸承滾子的滾道，潤滑油可以順利地潤滑排列緊密的輪子。滑動軸承具有小直徑、抗沖擊的優(yōu)點，其主要失效方式為磨損，而解決的關(guān)鍵方法為保證軸頸和軸瓦間存在潤滑油。自潤滑軸承可以任意改變功能性間隔，實現(xiàn)自行潤滑，從而可以降低故障率，延長使用壽命。

結(jié)束語

振動信號包含有關(guān)機械運行的基本信息，煤機的具體運行條件可充分反映在振動信號中。在收集和處理來自煤炭機械的振動信號后，利用相關(guān)分析技術(shù)對信號進行分析和檢測，可以獲得有關(guān)煤炭機械啟動時所受損害的實時信息，從而能夠迅速采取行動，糾正煤炭機械故障，確保煤炭機械更加穩(wěn)定地運行

參考文獻

[1]普亞松，郭德偉，張文斌.故障診斷技術(shù)在煤礦機械設(shè)備中的應用[J].工礦自動化，2019，41（4）：36-39.

[2]黃建龍，閆存富.球磨機傳動齒輪副失效的分析及改進措施[J].煤礦機電，2019，12（3）：122-124.

[3]劉穎.煤礦機械傳動齒輪失效形式分析及改進措施[J].煤炭技術(shù)，2019，32（1）：38-39.

[4]劉穎.煤礦機械傳動齒輪失效形式分析及改進措施[J].煤炭技術(shù)，2019，32（1）：38-39.

[5]李洪燕，陳步英，趙美枝.數(shù)據(jù)挖掘技術(shù)在煤礦機械故障診斷中的應用[J].煤礦機械，2019，33（12）：259-261.