楊 磊

（大同煤礦集團(tuán)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(jī)驅(qū)動裝置的重要部件，從當(dāng)前的實(shí)踐情況來看，帶式輸送機(jī)驅(qū)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(dāng)齒輪減速器內(nèi)部的齒輪、軸承、軸等處于劣化過垂的時(shí)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(yùn)行狀態(tài)[1-2]。

1 帶式輸送機(jī)減速器故障診斷方案的設(shè)計(jì)

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(shù)，但是這兩種方法對檢測人員的工作經(jīng)驗(yàn)要求較高，后者需要煤礦具備相應(yīng)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(jī)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(yàn)在大同煤礦集團(tuán)挖金灣虎龍溝煤業(yè)公司進(jìn)行開采，主要是針對其應(yīng)用于81505、N1201、81511 以及81502 工作面DSJ1200 帶式輸送機(jī)上的SSX200-18A 行星減速器。該設(shè)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(jié)構(gòu)圖。

對虎龍溝煤業(yè)公司使用的山西煤礦機(jī)械制造生產(chǎn)的1.2 m 帶式輸送機(jī)用軸承型號及位置，通過查詢相應(yīng)的標(biāo)準(zhǔn)，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(yīng)的技術(shù)參數(shù)，運(yùn)用頻率計(jì)算公式計(jì)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(zhuǎn)的齒輪，齒效為33，主動輪與傘齒同軸轉(zhuǎn)動轉(zhuǎn)速為450 r/min，其旋轉(zhuǎn)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(jié)構(gòu)圖

1.2 試驗(yàn)設(shè)備的選取

因試驗(yàn)環(huán)境的特殊性質(zhì)，要求選用的監(jiān)測設(shè)備必須具有防爆、防潮、安全可靠等功能。本次試驗(yàn)選用中國礦業(yè)大學(xué)機(jī)電與信息工程學(xué)院研制的基于ARM10 和PC/104 總結(jié)技術(shù)的本質(zhì)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(diǎn)，支持四通道振動加速度信號同時(shí)采集，加速度傳感器與被測設(shè)備通過磁力吸座連接，數(shù)據(jù)存儲容量可以達(dá)到4 GB（可擴(kuò)最），單通道采樣頻率可達(dá)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(yàn)方案及數(shù)據(jù)分析

在對齒輪減速器進(jìn)行狀態(tài)監(jiān)測和健康診斷時(shí)，經(jīng)常采用的時(shí)域指標(biāo)有兩大類。一類是有量綱的時(shí)域指標(biāo)，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(guān)，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(shí)域指標(biāo)，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(biāo)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(guān)鍵指標(biāo)。

目前采用的是兩類指標(biāo)相結(jié)合的方法，即應(yīng)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(shí)域指標(biāo)異常，再對相應(yīng)測試數(shù)據(jù)進(jìn)行功率譜、解調(diào)譜分析，以進(jìn)一步判斷該設(shè)備狀態(tài)。對81505 工作面的2 號減速器的2、3測點(diǎn)的時(shí)域指標(biāo)統(tǒng)計(jì)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(dá)到了9.531 0，說明該減速器前一設(shè)備可能存在某種故障問題。其時(shí)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(jī)減速器2 號測點(diǎn)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(diào)制現(xiàn)象。

3 診斷結(jié)果的實(shí)踐驗(yàn)證

圖3 2 號帶式輸送機(jī)減速器2 號測點(diǎn)徑向時(shí)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(shí)域和頻域進(jìn)行分析，發(fā)現(xiàn)該礦81505 工作面2 號帶式輸送機(jī)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(jī)、升井并進(jìn)行設(shè)備檢修。2019年10 月15 日，該齒輪減速器升井后，在維修廠進(jìn)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(shí)進(jìn)行了維修更換操作。

4 結(jié)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(jī)齒輪減速器的故障進(jìn)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(jī)上的SSX200-18A 行星減速器進(jìn)行了試驗(yàn)實(shí)踐，通過驗(yàn)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(jià)值。