康鵬

(中國(guó)煤炭科工集團(tuán) 太原研究院有限公司，山西 太原 030006)

0 引言

礦用裝運(yùn)減速器結(jié)構(gòu)復(fù)雜，具有承載力大、可靠性高等特點(diǎn)，在采掘工作面的復(fù)雜工況下承擔(dān)著裝載和輸送的任務(wù)，是保證煤炭開(kāi)采效率的關(guān)鍵部件[1-2]。

礦用裝運(yùn)減速器的布置空間在有限使用環(huán)境中，當(dāng)大快煤炭憋卡時(shí),必須依靠履帶所產(chǎn)生的驅(qū)動(dòng)力作為進(jìn)給力來(lái)破碎煤巖，導(dǎo)致裝運(yùn)減速器履帶所承受的載荷十分復(fù)雜，非常容易發(fā)生輸出軸斷裂、輪齒損壞、結(jié)構(gòu)變形等故障。井下條件有限，不利于維修更換，從而影響采掘工作面的工作效率，嚴(yán)重制約煤礦生產(chǎn)。為提高安全生產(chǎn)效率，對(duì)礦用裝運(yùn)減速器進(jìn)行測(cè)試有著重要意義。

1 礦用裝運(yùn)減速器結(jié)構(gòu)與測(cè)點(diǎn)布置

測(cè)試應(yīng)用加速度振動(dòng)傳感器來(lái)反映設(shè)備在工作過(guò)程中受到的各種沖擊力后的振動(dòng)幅值變化情況，對(duì)設(shè)備狀態(tài)進(jìn)行分析研究，對(duì)裝運(yùn)減速器的振動(dòng)特性進(jìn)行分析[3-5]。

1.1 基本結(jié)構(gòu)

礦用裝運(yùn)減速器共5級(jí)減速，如圖1所示。第一級(jí)由小錐齒輪軸1和大錐齒輪軸2組成；第二級(jí)為行星級(jí)，由太陽(yáng)輪3、行星輪4和內(nèi)齒圈5構(gòu)成；第三級(jí)由直齒輪6和直齒輪7嚙合；第四級(jí)由小直齒錐齒輪8和大直齒錐齒輪9組成，輸出軸連接耙爪，負(fù)責(zé)煤炭的裝載；第五級(jí)輸出由小直齒錐齒輪10帶動(dòng)刮板輸送機(jī)鏈輪。

1.2 測(cè)點(diǎn)布置

根據(jù)減速器結(jié)構(gòu)特點(diǎn)及動(dòng)態(tài)特性，為更好地測(cè)量裝運(yùn)減速器運(yùn)行性能，確定布置測(cè)點(diǎn)的原則：

1) 基于減速器每一級(jí)都有測(cè)點(diǎn)。

2) 為得到較大的振動(dòng)信號(hào)，測(cè)點(diǎn)選在齒輪嚙合處或軸承外殼處。

圖1 礦用裝運(yùn)減速器結(jié)構(gòu)圖

根據(jù)礦用裝運(yùn)減速器的結(jié)構(gòu)，設(shè)置了8個(gè)測(cè)點(diǎn)：測(cè)點(diǎn)1布置在高速箱輸入端軸承徑向；測(cè)點(diǎn)2布置在一級(jí)小弧齒錐齒輪軸承徑向；測(cè)點(diǎn)3布置在一大級(jí)弧齒錐齒輪軸承徑向；測(cè)點(diǎn)4布置在二級(jí)行星組件軸承徑向；測(cè)點(diǎn)5布置在三級(jí)圓柱齒輪軸承徑向；測(cè)點(diǎn)6布置在四級(jí)圓柱齒輪軸承徑向；測(cè)點(diǎn)7布置在五級(jí)錐齒輪軸承徑向；測(cè)點(diǎn)8布置在鏈輪輸出端軸承徑向。8個(gè)測(cè)點(diǎn)全部采用單向傳感器。

2 試驗(yàn)系統(tǒng)搭建

試驗(yàn)采用模擬實(shí)際工作狀態(tài)的固定方式。對(duì)頻率分析來(lái)說(shuō)，實(shí)際工作狀態(tài)的固定方式是最優(yōu)邊界模擬。在現(xiàn)場(chǎng)振動(dòng)試驗(yàn)中，實(shí)際安裝中的結(jié)構(gòu)原型具有實(shí)際工作狀態(tài)的固定方式，無(wú)需做任何變動(dòng)，盡量模擬現(xiàn)場(chǎng)的安裝條件。

2.1 礦用裝運(yùn)減速器振動(dòng)系統(tǒng)

礦用裝運(yùn)減速器振動(dòng)系統(tǒng)由3部分組成：同步加載電動(dòng)機(jī)系統(tǒng)、數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)和測(cè)試減速器。同步加載電動(dòng)機(jī)系統(tǒng)運(yùn)用直接轉(zhuǎn)矩控制技術(shù)對(duì)電力測(cè)功機(jī)實(shí)行轉(zhuǎn)矩控制，一臺(tái)電動(dòng)機(jī)用于拖動(dòng)，另一臺(tái)用于加載；數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)由數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)包括LMS公司48通道數(shù)據(jù)分析儀、壓電式單向加速度傳感器、筆記本電腦、信號(hào)線和電源等；測(cè)試減速器采用兩臺(tái)減速器對(duì)拖方式，其中一臺(tái)為被試機(jī)，另一臺(tái)為加載機(jī)。礦用裝運(yùn)減速器測(cè)試結(jié)構(gòu)模型見(jiàn)圖2。

針對(duì)高校非計(jì)算機(jī)專業(yè)培養(yǎng)目標(biāo)的差異性和目前Access數(shù)據(jù)庫(kù)教學(xué)中存在的問(wèn)題，本文建議從以下幾個(gè)方面展開(kāi)教學(xué)方法的改革。

圖2 礦用裝運(yùn)減速器測(cè)試結(jié)構(gòu)模型圖

2.2 試驗(yàn)系統(tǒng)

試驗(yàn)系統(tǒng)組成包括：被試減速器、單向加速度傳感器、LMS 信號(hào)采集儀。采集儀參數(shù)設(shè)置，除傳感器固有的靈敏度設(shè)置外，設(shè)置采樣頻率4 096 Hz，頻率分辨率4 Hz，試驗(yàn)工況為滿載。測(cè)試現(xiàn)場(chǎng)如圖3所示。

3 測(cè)試結(jié)果與分析

3.1 測(cè)試結(jié)果

振動(dòng)數(shù)據(jù)的后處理，除邊緣值外，使用hamming窗函數(shù)，它比rectangle窗函數(shù)辨識(shí)精度更高，且取2分段時(shí)精度最高，數(shù)據(jù)段邊緣的畸變對(duì)精度影響更小。測(cè)試采用hamming窗函數(shù)對(duì)數(shù)據(jù)處理，精度誤差小。

布置在高速箱輸入端軸承徑向測(cè)點(diǎn)1振動(dòng)頻譜如圖4所示。

圖4 高速箱輸入端軸承徑向測(cè)點(diǎn)1振動(dòng)頻譜圖

布置在一級(jí)小弧齒錐齒輪軸承徑向測(cè)點(diǎn)2振動(dòng)頻譜如圖5所示。

圖5 一級(jí)小弧齒錐齒輪軸承徑向測(cè)點(diǎn)2振動(dòng)頻譜圖

布置在在一級(jí)大弧齒錐齒輪軸承徑向測(cè)點(diǎn)3振動(dòng)頻譜如圖6所示。

圖6 一級(jí)大弧齒錐齒輪軸承徑向測(cè)點(diǎn)3振動(dòng)頻譜圖

布置在二級(jí)行星組件軸承徑向測(cè)點(diǎn)4振動(dòng)頻譜如圖7所示。

圖7 二級(jí)行星組件軸承徑向測(cè)點(diǎn)4振動(dòng)頻譜圖

布置在三級(jí)圓柱齒輪軸承徑向測(cè)點(diǎn)5振動(dòng)頻譜如圖8所示。

布置在四級(jí)圓柱齒輪軸承徑向測(cè)點(diǎn)6振動(dòng)頻譜如圖9所示。

布置在五級(jí)錐齒輪軸承徑向測(cè)點(diǎn)8振動(dòng)頻譜如圖11所示。

圖8 三級(jí)圓柱齒輪軸承徑向測(cè)點(diǎn)5振動(dòng)頻譜圖

圖9 四級(jí)圓柱齒輪軸承徑向測(cè)點(diǎn)6振動(dòng)頻譜圖

圖10 五級(jí)錐齒輪軸承徑向測(cè)點(diǎn)7振動(dòng)頻譜圖

圖11 五級(jí)錐齒輪軸承徑向測(cè)點(diǎn)8振動(dòng)頻譜圖

3.2 測(cè)試分析

1) 測(cè)點(diǎn)1、2、3、4主要頻率成分包括：23.5 Hz、47.5 Hz、105.5 Hz、211.5 Hz、379.5 Hz、759.5 Hz。

由裝運(yùn)減速器設(shè)計(jì)參數(shù)得知，輸入軸轉(zhuǎn)頻為23.75 Hz，因此23.5 Hz、47.5 Hz、105.5 Hz、211.5 Hz這些頻率成分為輸入軸轉(zhuǎn)頻及其倍頻成分，一級(jí)弧齒錐齒輪嚙合頻率為380 Hz，因此可知，379.5 Hz、759.5 Hz為一級(jí)弧齒錐齒輪嚙合頻率及其倍頻成分。

2) 測(cè)點(diǎn)5主要頻率成分包括：379.5 Hz、759.5 Hz，由減速器設(shè)計(jì)參數(shù)得知，測(cè)點(diǎn)5主要頻率成分為一級(jí)弧齒錐齒輪嚙合頻率及其倍頻。

3) 測(cè)點(diǎn)6、7、8主要頻率成分包括：211.5 Hz、379.5 Hz、759.5 Hz。由減速器設(shè)計(jì)參數(shù)得知，測(cè)點(diǎn)6、7、8主要頻率成分為輸入軸轉(zhuǎn)頻及其倍頻、一級(jí)弧齒錐齒輪嚙合頻率及其倍頻。

4) 減速器各個(gè)測(cè)點(diǎn)邊頻成分具備一致性，均為23.5 Hz及其倍頻成分，故得知各個(gè)測(cè)點(diǎn)邊頻成分為輸入軸轉(zhuǎn)頻及其倍頻。

4 結(jié)論

通過(guò)以上分析結(jié)果得知，礦用裝運(yùn)減速器低頻段(0 Hz～300 Hz)載波頻率為輸入軸轉(zhuǎn)頻及其倍頻，高頻段(300～1 000 Hz)載波頻率為一級(jí)弧齒錐齒輪嚙合頻率及其倍頻，調(diào)制頻率為輸入軸轉(zhuǎn)頻及其倍頻。

由測(cè)試試驗(yàn)及信號(hào)分析得到礦用裝運(yùn)減速器典型的振動(dòng)幅值頻率，并清晰地看到減速器各傳動(dòng)級(jí)的基本振動(dòng)趨勢(shì)。礦用裝運(yùn)減速器加載后主要的振動(dòng)典型頻率發(fā)生在379.5 Hz及其倍頻上，其幅值強(qiáng)度把其他的典型振動(dòng)頻率壓得很低，并且影響到減速器的每一級(jí)。