礦用帶式輸送機減速器故障診斷的研究

楊 磊

（大同煤礦集團挖金灣虎龍溝煤業(yè)有限公司， 山西 大同 037003）

引言

齒輪減速器是帶式輸送機驅動裝置的重要部件，從當前的實踐情況來看，帶式輸送機驅動裝置常見故障主要發(fā)生在齒輪減速器上，其故障原因主要是過載、膠帶跑偏引起的受力不均等，在齒輪減速器工作過程中，齒輪、軸承等都會產(chǎn)生振動動號。當齒輪減速器內部的齒輪、軸承、軸等處于劣化過垂的時侯，往往會產(chǎn)生大量的診斷信息，齒輪減速器的故障診斷便是分析這些信息，從而判斷齒輪減速器的運行狀態(tài)[1-2]。

1 帶式輸送機減速器故障診斷方案的設計

目前，對于減速器的故障診斷主要是以“溫度監(jiān)測對比法”和以鐵譜為核心的“油- 磨銷”分析技術，但是這兩種方法對檢測人員的工作經(jīng)驗要求較高，后者需要煤礦具備相應的大型分析儀器且診斷周期長[3]。本文提出了一種礦用便攜式測振記錄儀，以開展煤礦井下帶式輸送機減速器故障診斷研究。

1.1 測試對象的分析

本次工業(yè)性試驗在大同煤礦集團挖金灣虎龍溝煤業(yè)公司進行開采，主要是針對其應用于81505、N1201、81511 以及81502 工作面DSJ1200 帶式輸送機上的SSX200-18A 行星減速器。該設備在井下分布圖如圖1 示。

圖2 所示為SSX200-18A 齒輪減速器的結構圖。

對虎龍溝煤業(yè)公司使用的山西煤礦機械制造生產(chǎn)的1.2 m 帶式輸送機用軸承型號及位置，通過查詢相應的標準，可以得到軸承32321、軸承6208、軸承22213C、軸承22313C、軸承22314C、軸承NJ1040、軸承32228、軸承23040C 的各參數(shù)資料。根據(jù)相應的技術參數(shù)，運用頻率計算公式計算得到該減速箱齒輪和軸承的特征頻率。另外，減速器齒輪液壓泵為一對反向旋轉的齒輪，齒效為33，主動輪與傘齒同軸轉動轉速為450 r/min，其旋轉頻率為7.5 Hz，嚙合頻率為247.5 Hz。

圖1 輸送巷齒輪減速器的分布圖

圖2 齒輪減速器的結構圖

1.2 試驗設備的選取

因試驗環(huán)境的特殊性質，要求選用的監(jiān)測設備必須具有防爆、防潮、安全可靠等功能。本次試驗選用中國礦業(yè)大學機電與信息工程學院研制的基于ARM10 和PC/104 總結技術的本質安全型礦用便攜式測振記錄儀，該記錄儀具有防爆、防潮、防塵等特點，支持四通道振動加速度信號同時采集，加速度傳感器與被測設備通過磁力吸座連接，數(shù)據(jù)存儲容量可以達到4 GB（可擴最），單通道采樣頻率可達到40 kHz，測振儀通過外加防水模的不銹鋼防水鍵盤操作，并采用3.5 英寸的TFT 液晶屏顯示。

2 試驗方案及數(shù)據(jù)分析

在對齒輪減速器進行狀態(tài)監(jiān)測和健康診斷時，經(jīng)常采用的時域指標有兩大類。一類是有量綱的時域指標，如均值、最大值、最小值、峰峰值、均方值等，這些指際不僅與減速器自身工況的變化有關，還會隨著減速器工作環(huán)境的變化而變化。另一類是無量綱的時域指標，如峭度、峰值因子、裕度因子、波形因子、脈沖因子，斜度等，這些指標對減速器工作環(huán)境的變化不敏感，對減速器自身的工況變化敏感，故常被用來作為判斷減速器的工作狀態(tài)是否正常的關鍵指標。

目前采用的是兩類指標相結合的方法，即應用均方根值、峰值、峭度和峰值因子等來判斷減速器工作狀態(tài)是否正常。在發(fā)現(xiàn)上述時域指標異常，再對相應測試數(shù)據(jù)進行功率譜、解調譜分析，以進一步判斷該設備狀態(tài)。對81505 工作面的2 號減速器的2、3測點的時域指標統(tǒng)計數(shù)據(jù)分析可知，無論振動方向是軸向還是徑向，81505 工作面2 號減速器振動信號的峭度因子普遍較高，甚至達到了9.531 0，說明該減速器前一設備可能存在某種故障問題。其時域頻域分析如圖3 所示。從圖3 可以看出，81505 工作面2 號帶式輸送機減速器2 號測點的徑向振動信號波形都具有明顯的沖擊現(xiàn)象，其軸向振動信號也均呈現(xiàn)出明顯的調制現(xiàn)象。

3 診斷結果的實踐驗證

圖3 2 號帶式輸送機減速器2 號測點徑向時域波形圖

通過礦用便攜式測振記錄儀的監(jiān)測數(shù)據(jù)，并對時域和頻域進行分析，發(fā)現(xiàn)該礦81505 工作面2 號帶式輸送機齒輪減速器的輸入軸端的傘齒與錐齒有故障特征出現(xiàn)，因此可以判定該齒輪減速器此處已經(jīng)產(chǎn)生放障，必須停機、升井并進行設備檢修。2019年10 月15 日，該齒輪減速器升井后，在維修廠進行了解體檢修工作。在檢修工作中發(fā)現(xiàn)該減速器輸入軸端齒輪（傘齒）發(fā)生17 處蹦齒現(xiàn)象，并及時進行了維修更換操作。

4 結論

采用礦用便攜式測振記錄儀，基于振動數(shù)據(jù)監(jiān)測對煤礦井下帶式輸送機齒輪減速器的故障進行診斷，將該方法在虎龍溝煤業(yè)有限公司81505 工作面DSJ1200 帶式輸送機上的SSX200-18A 行星減速器進行了試驗實踐，通過驗證表明該速器的故障診斷方法是可行有效的，具有較好的市場推廣價值。