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矿井提升机减速器故障诊断与应用探讨

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  摘  要:考虑到减速器对矿井提升机的重要性,文章对减速器常见故障展开了分析。通过分析发现,减速器故障诊断具有一定的复杂性,需要利用仪器仪表加强检测的同时,采用小波分析法加强故障分析与判断,实现故障科学诊断。结合实例,文章对减速器故障诊断应用问题进行了探讨,为相关工作的开展提供参考。
  关键词:矿井提升机;减速器;故障诊断
  中图分类号:TD534        文献标志码:A           文章编号: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 矿井提升机减速器常见故障
  就目前来看,减速器常见故障包含齿轮损伤与失效、轴承损伤与失效、箱体变形和润滑油泄露等。其中,齿轮损伤与失效为减速器主要故障之一,表现为齿轮开裂、断齿、齿面疲劳、齿面损耗、变形等。齿轮开裂可能与铸造缺陷有关,也可能与齿轮使用中外部应力大于内部抗拉能力有关。断齿与机械设备长时间高强度运行有关,以至于齿轮与齿轮间不断摩擦,导致齿轮强度降低,最终造成齿轮出现局部断裂的情况[2]。而齿面疲劳和损耗问题的发生,都与齿轮间不断进行滑动摩擦有关,需要判断生产工艺是否存在缺陷,并确认齿轮间的润滑情况。在齿轮承受应力远超材料极限的情况下,齿轮将发生变形。轴承损伤与失效难以通过肉眼判定,需要根据轴承运行情况进行确认,如齿轮不规则运行、轴承产生振动等,需要利用专业仪器仪表进行检测。箱体变形与减速器位置移动有关,受恶劣工作环境影响,减速器箱体吊装过程中可能发生变形。此外,减速箱内多装有大量润滑油,如果密封不严导致润滑油泄露,将造成齿轮磨损增加,引起设备温度升高和噪声增加。
  2 矿井提升机减速器故障的诊断分析
  2.1 故障诊断问题
   结合上述分析可以发现,矿井提升机减速器容易受外界因素干扰,在恶劣工作环境容易发生故障。而减速器结构复杂,仅凭借表面观察难以实现故障类型和部位的准确判断,无法实现故障及时处理。实际在设备发生故障后,会产生非平稳的振动信号。采用传统时域分析法等方法,难以实现故障信号准确提取和分析,无法为故障原因判断提供足够技术支持。针对这一情况,还要采用有效的诊断方法实现减速器振动信号处理,然后进一步实现设备故障的精确诊断,从而采取有效措施进行故障处理,使减速器运行性能和可靠性得到提高的同时,减少矿井生产中的不安全因素。
  2.2 故障诊断方法
  针对矿井提升机减速器故障诊断难题,可以采用小波分析法。应用该方法,能够从基函数角度对信号进行分析,在吸取傅里叶变换中三角基特点的同时,对短时傅里叶变换中的时移窗函数进行了运用,能够利用振荡、衰减基函数实现小波分析[3]。如式(1)所示,?渍a,b(t)为小波基函数,t指的是时间,a则是尺度因子,b是时移参数。在a增大的情况下,小波函数将得到延展,频谱带随之缩窄,同时向低频方向移动。在a减小的情况下,小波函数将有所收缩,促使频谱带随之伸展,向高频的方向移动。采用小波分析方法,能够对减速器故障信号局部细节的多尺度特性进行分析,从而实现时频局部化,因此能够为故障精确诊断提供支持。
  3 矿井提升机减速器故障诊断应用
  3.1 故障情况
   某矿井在生产作业中采用型号为2JK3.0×1.5的提升机,配备型号为ZSY630减速器,开展矿井物料和煤炭运送等工作。减速器由主轴装置、联轴器、中间轴、输入轴和电动机等部分构成,由电动机通过联轴器带动输入轴运动,主轴装置则经由联轴器在输出轴带动下运转。在减速器运行过程中,输入轴转速达990r/min,转频达16.5Hz,啮合频率为379.5Hz;中间轴有两个,转速分别为429.6r/min和121.8r/min,转频分别为7.16Hz和2.03Hz,啮合频率分别为379.5Hz、136Hz、38.6Hz;输出轴转速达34.54r/min,转频达0.58Hz,啮合频率为38.6Hz。在实践生产中发现,减速器振动噪声较大,存在明显不安全因素,因此需要对设备故障进行诊断分析。
  3.2 故障诊断
  3.2.1 故障确认
  在对设备振动信號进程采集时,需要完成仪器检测位置的合理布置,以便实现真实振动信号的采集,完成设备故障的准确判断。结合设备工作实际情况,可以在电动机轴承座和齿轮传动等振动明显位置进行振动信号检测。在此基础上,需要在与轴承座连接刚度较高位置进行信号检测。针对齿轮传动位置,需要采用相同测量方法进行参数测量,保证每次测量时的工况条件和仪器状态一致,从而获得准确的检测结果。实践操作时,可以采用型号为BZ-8710A的便携式测振仪,对振动速度均方根值进行检测,获得设备不同方向振动烈度。从检测结果来看,如表1所示,在垂直方向上有四个检测点振动烈度超出了10mm/s,水平方向有三个点振动烈度超出了10mm/s,轴向有五个点振动烈度超出了10mm/s。从总体上来看,除了检测点5和6以外,其他各检测点在三个方向上都存在振动烈度较大的问题,由此可见减速器存在故障,需要对故障类型、位置等进行诊断分析,确保不安全因素得到及时消除。   3.2.2 故障诊断
   实际进行减速器故障诊断时,采用传统方法对减速器的时域和频域进行分析,难以实现诊断烈度大位置的精确诊断。根据检测点振动加速器时域波形信号,经过傅里叶变换可以获得频域波形信号。而在实际分析过程中可以发现,时域波形和频域波形相对杂乱,难以从中获得故障频率、幅值等信息。采用小波分析法进行信号同态解调谱分析,能够使各种调制成分的分析,继而完成关键信息的提取。采用小波分解方法,能够实现振动信号三层分解,首先将信号分解为0和1频段,然后将0频段进一步分解成00和01频段,针对00频段最终将分解得到000频段和001频段。相比较而言,01、001和000的频段幅值谱成分突出,经过处理可以得到频域波形信号,实现故障特征信号的提取。
  3.3 原因分析
  为分解得到的001频段频域波形信号。结合减速器参数可知,主要频率为一级啮合频率379.5Hz,同时振动信号中含有2倍和3倍的高次倍频。在2倍高次倍频附近,存在7.16Hz和0.58Hz的调制边带成分,由此可知减速器对应齿轮位置存在故障。采用小波分析法对采集到的减速器振动信号进行分析,可以发现减速器一级齿轮副的齿轮存在故障。对减速器进行拆卸后发现,齿轮存在严重磨损问题,齿面位置出现了疲劳现象。进一步分析故障原因可以发现,提升机长期处于超负荷运行状态,导致原本齿轮强度和承载能力下降,最终引发了设备故障。由此可见,采用上述方法对减速器出现的异常噪声和振动现象展开分析,能够实现对振动烈度大的检测点信号的同态解调分析,通过频域分析实现设备故障的精确诊断。
  3.4 优化策略
   结合故障原因,需要对减速器故障进行处理,实现设备优化改进,以免故障再次发生。在实践工作中,针对出现齿面疲劳的齿轮,短时间可以通过打磨圆滑点蚀坑边缘的方法进行齿轮性能的改进,同时进行极压润滑油的更换,减少齿轮间的磨损。在齿轮出现裂纹的情况下,应当将裂纹处的金属打磨干净,以免齿轮因周围过于圆滑出现裂纹扩大的问题。但为防止故障再次发生,还应采用硬齿面齿轮对齿轮承载能力进行提高,确保齿轮强度能够适应设备高负荷运行要求。实际进行齿轮设计时,需要联系设备厂商对齿轮性能改进问题进行分析,需要结合现场情况对齿轮承载能力进行计算,确定设备每天工作时间、工况系数等,完成齿轮使用系数的合理选用,确保设计强度安全可靠。在齿轮材料选择方面,需要采用强度高、力学性能佳、韧性好的材料,并通过适宜热处理工艺保证齿轮处于良好组织状态,继而使齿轮综合力学性能保持优良状态[4]。采取这些措施进行设备性能优化,能够保证减速器正常运行。
  4 结束语
  在矿井提升机管理方面,除了需要做好减速器的选用,还要加强减速器故障诊断与分析。加强对减速器常见故障的把握,可以在故障检测中实现故障原因的合理分析。采用小波原理进行设备振动信号分析,能够实现设备故障类型、部位的准确判断,从而提出优化策略实现故障有效处理和预防,为矿井作业的开展提供保障。
  参考文献:
  [1]王筱冬.煤矿提升机减速器故障及技术改进研究[J].时代农机,2018,45(08):186.
  [2]郭振華.矿井提升机减速器常见故障研究与故障树分析[J].机械管理开发,2018,33(04):69-70+98.
  [3]孟一雯,丁聪珂,马冀恒,等.矿井提升机减速器故障诊断与应用[J].矿山机械,2018,46(01):20-23.
  [4]郭佳佳.矿井提升机减速器的常见故障与优化策略[J].机械管理开发,2017,32(02):194-195.
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