神華準(zhǔn)能煤礦吊斗鏟故障診斷分析

郝曉東，周曉明

（艾默生過程控制有限公司，上海 201206）

0 引言

吊斗鏟是露天采礦作業(yè)的主要挖掘工具，也是目前使用的最大型挖掘設(shè)備。內(nèi)蒙古鄂爾多斯神華準(zhǔn)能煤礦礦坑中運(yùn)行的吊斗鏟（圖1）工作環(huán)境惡劣，吊斗鏟工作時的重載電機(jī)和齒輪箱時刻處于較大變載荷工況下運(yùn)行，復(fù)雜苛刻的工況使得吊斗鏟拖拉滾筒和提升滾筒軸承、齒輪箱齒輪和軸承、電機(jī)軸承等部件易發(fā)生突發(fā)性損壞，加速部件損壞，造成非計(jì)劃性停機(jī)，給煤礦生產(chǎn)造成了不必要的經(jīng)濟(jì)損失。

圖1 吊斗鏟作業(yè)現(xiàn)場

為了避免吊斗鏟出現(xiàn)非計(jì)劃性停機(jī)，更好把握吊斗鏟的健康狀態(tài)，實(shí)現(xiàn)吊斗鏟全生命周期的管理，準(zhǔn)能煤礦于2019 年利用AMS（CSI）2140 振動分析儀對吊斗鏟進(jìn)行振動信號的數(shù)據(jù)采集和設(shè)備狀態(tài)分析，準(zhǔn)確檢測出吊斗鏟拖拉滾筒振動異常，判斷拖拉滾筒滾動軸承存在故障，經(jīng)檢修驗(yàn)證了振動分析結(jié)果的準(zhǔn)確性。

1 吊斗鏟拖拉滾筒振動故障分析

1.1 設(shè)備概況

吊斗鏟作業(yè)過程中，拖拉滾筒負(fù)載較大，轉(zhuǎn)速較低，無穩(wěn)定轉(zhuǎn)速。拖拉滾筒軸承為圓柱滾子軸承FAG 809482，使用加速度傳感器測量拖拉滾筒驅(qū)動端（電機(jī)側(cè)）和拖拉滾筒非驅(qū)動端（滾筒側(cè)）水平方向瞬態(tài)PeakVueTM振動數(shù)據(jù)。

圖2 拖拉滾筒測點(diǎn)布置

1.2 CSI 專利技術(shù)峰值檢測（PeakVueTM 技術(shù)）

PeakVueTM技術(shù)是一種應(yīng)力波技術(shù)。金屬之間的磨碰和沖擊會產(chǎn)生應(yīng)力波，比如因軸承外圈損傷導(dǎo)致軸承油膜失效引起的滾動體與外圈碰撞產(chǎn)生的應(yīng)力波。應(yīng)力波頻率成分高，易衰減，能量較低，一般隱藏在背景噪聲能量中，使用常規(guī)的振動采集方法很難捕捉。PeakVueTM技術(shù)專門用于捕捉應(yīng)力波，其擁有102 400 Hz的高頻采樣技術(shù)和快速的數(shù)據(jù)處理能力，將采集的數(shù)據(jù)進(jìn)行峰值提取，獲得PeakVue（峰值）時域波形，然后通過FFT（Fast Fourier Transform,快速傅里葉變換）得到PeakVue 頻譜，因此PeakVueTM技術(shù)能夠更準(zhǔn)確地顯示損壞根源和故障的嚴(yán)重程度。

PeakVue 采用固定的102 400 Hz 采樣頻率采集沖擊信號，因此不受采樣定律的限制，高速和低速設(shè)備均可使用。

1.3 高級瞬態(tài)功能模塊

使用先進(jìn)的瞬態(tài)分析功能，可以長時間記錄原始振動信號，供后處理和分析使用，對于渦輪機(jī)組、設(shè)備啟停機(jī)或短周期工作循環(huán)機(jī)械等的診斷相當(dāng)必要。AMS（CSI）2140 是將瞬時波形數(shù)據(jù)作為一個連續(xù)的數(shù)據(jù)塊采集下來，而不是采集成多個較短的數(shù)據(jù)塊再用軟件拼接起來。這種連續(xù)的數(shù)據(jù)可確保在采集或診斷過程中不遺漏任何數(shù)據(jù)。所有的數(shù)據(jù)可直接在AMS（CSI）2140 中查看，同時可以用AMS 設(shè)備健康管理系統(tǒng)實(shí)況回放。

針對低速重載吊斗鏟設(shè)備，AMS（CSI）2140 高級瞬態(tài)功能模塊可以同步采集長時間的連續(xù)時域波形數(shù)據(jù)和PeakVue 數(shù)據(jù)，用于分析低速重載設(shè)備的軸承狀態(tài)非常有效。神華準(zhǔn)能煤礦吊斗鏟的振動檢測，就是使用高級瞬態(tài)功能模塊進(jìn)行數(shù)據(jù)采集。

2 振動分析

2.1 拖拉滾筒驅(qū)動側(cè)（電機(jī)側(cè)）軸承

圖3 為吊斗鏟拖拉滾筒驅(qū)動側(cè)軸承2019 年4 月17 日采集的瞬態(tài)數(shù)據(jù)，PeakVue 波形中存在顯著的周期性沖擊特點(diǎn)，沖擊幅值約為1.9 G’s，沖擊周期約為0.168 s（5.95 Hz）。因此可以得出結(jié)論：拖拉滾筒驅(qū)動側(cè)軸承處于中晚期損傷。

圖3 拖拉滾筒驅(qū)動側(cè)軸承PeakVue 瞬態(tài)時域波形

2019 年12 月檢修吊斗鏟滾筒，拆下軸承后發(fā)現(xiàn)軸承滾道存在顯著剝落并有較深的劃痕（圖4）。

圖4 拖拉滾筒驅(qū)動端檢修結(jié)果

2.2 拖拉滾筒非驅(qū)動側(cè)軸承

圖5為吊斗鏟拖拉滾筒非驅(qū)動端2019 年4 月采集的PeakVue 瞬態(tài)數(shù)據(jù)。PeakVue 波形中存在周期性沖擊信號，但高沖擊部分的周期較長，約6 s，應(yīng)該不屬于軸承問題，初步判定是滾筒啟停時產(chǎn)生的沖擊，與該軸承間隙過大有關(guān)。因此得出結(jié)論：軸承早期故障。

圖5 拖拉滾筒非驅(qū)動側(cè)軸承PeakVue 瞬態(tài)時域波形

2019 年12 月對吊斗鏟滾筒檢修，拆下軸承后發(fā)現(xiàn)軸承滾道存在輕微銹蝕和壓痕（圖6），相較驅(qū)動側(cè)軸承，該軸承整體狀態(tài)良好，未見明顯損傷。

圖6 拖拉滾筒非驅(qū)動側(cè)檢修結(jié)果

3 結(jié)論

（1）較低轉(zhuǎn)速、高負(fù)載，短期內(nèi)變速循環(huán)作業(yè)的吊斗鏟設(shè)備，使用PeakVue 瞬態(tài)數(shù)據(jù)采集方式，可以得到軸承故障的沖擊特征，并能區(qū)別工況沖擊引起的沖擊特征。

（2）使用AMS（CSI）2140 振動分析儀的PeakVueTM技術(shù)，結(jié)合PeakVue 瞬態(tài)數(shù)據(jù)采集模塊，可以準(zhǔn)確把握類似吊斗鏟低轉(zhuǎn)速設(shè)備的軸承故障特點(diǎn)，準(zhǔn)確把握軸承損傷的嚴(yán)重程度，以提高設(shè)備運(yùn)行的可靠性。