礦井提升機減速器故障診斷與應用探討
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摘 要：考慮到減速器對礦井提升機的重要性，文章對減速器常見故障展開了分析。通過分析發現，減速器故障診斷具有一定的復雜性，需要利用儀器儀表加強檢測的同時，采用小波分析法加強故障分析與判斷，實現故障科學診斷。結合實例，文章對減速器故障診斷應用問題進行了探討，為相關工作的開展提供參考。
關鍵詞：礦井提升機;減速器;故障診斷
中圖分類號：TD534 文獻標志碼：A 文章編號：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 礦井提升機減速器常見故障
就目前來看，減速器常見故障包含齒輪損傷與失效、軸承損傷與失效、箱體變形和潤滑油泄露等。其中，齒輪損傷與失效為減速器主要故障之一，表現為齒輪開裂、斷齒、齒面疲勞、齒面損耗、變形等。齒輪開裂可能與鑄造缺陷有關，也可能與齒輪使用中外部應力大于內部抗拉能力有關。斷齒與機械設備長時間高強度運行有關，以至于齒輪與齒輪間不斷摩擦，導致齒輪強度降低，最終造成齒輪出現局部斷裂的情況[2]。而齒面疲勞和損耗問題的發生，都與齒輪間不斷進行滑動摩擦有關，需要判斷生產工藝是否存在缺陷，并確認齒輪間的潤滑情況。在齒輪承受應力遠超材料極限的情況下，齒輪將發生變形。軸承損傷與失效難以通過肉眼判定，需要根據軸承運行情況進行確認，如齒輪不規則運行、軸承產生振動等，需要利用專業儀器儀表進行檢測。箱體變形與減速器位置移動有關，受惡劣工作環境影響，減速器箱體吊裝過程中可能發生變形。此外，減速箱內多裝有大量潤滑油，如果密封不嚴導致潤滑油泄露，將造成齒輪磨損增加，引起設備溫度升高和噪聲增加。
2 礦井提升機減速器故障的診斷分析
2.1 故障診斷問題
結合上述分析可以發現，礦井提升機減速器容易受外界因素干擾，在惡劣工作環境容易發生故障。而減速器結構復雜，僅憑借表面觀察難以實現故障類型和部位的準確判斷，無法實現故障及時處理。實際在設備發生故障后，會產生非平穩的振動信號。采用傳統時域分析法等方法，難以實現故障信號準確提取和分析，無法為故障原因判斷提供足夠技術支持。針對這一情況，還要采用有效的診斷方法實現減速器振動信號處理，然后進一步實現設備故障的精確診斷，從而采取有效措施進行故障處理，使減速器運行性能和可靠性得到提高的同時，減少礦井生產中的不安全因素。
2.2 故障診斷方法
針對礦井提升機減速器故障診斷難題，可以采用小波分析法。應用該方法，能夠從基函數角度對信號進行分析，在吸取傅里葉變換中三角基特點的同時，對短時傅里葉變換中的時移窗函數進行了運用，能夠利用振蕩、衰減基函數實現小波分析[3]。如式（1）所示，？漬a，b（t）為小波基函數，t指的是時間，a則是尺度因子，b是時移參數。在a增大的情況下，小波函數將得到延展，頻譜帶隨之縮窄，同時向低頻方向移動。在a減小的情況下，小波函數將有所收縮，促使頻譜帶隨之伸展，向高頻的方向移動。采用小波分析方法，能夠對減速器故障信號局部細節的多尺度特性進行分析，從而實現時頻局部化，因此能夠為故障精確診斷提供支持。
3 礦井提升機減速器故障診斷應用
3.1 故障情況
某礦井在生產作業中采用型號為2JK3.0×1.5的提升機，配備型號為ZSY630減速器，開展礦井物料和煤炭運送等工作。減速器由主軸裝置、聯軸器、中間軸、輸入軸和電動機等部分構成，由電動機通過聯軸器帶動輸入軸運動，主軸裝置則經由聯軸器在輸出軸帶動下運轉。在減速器運行過程中，輸入軸轉速達990r/min，轉頻達16.5Hz，嚙合頻率為379.5Hz;中間軸有兩個，轉速分別為429.6r/min和121.8r/min，轉頻分別為7.16Hz和2.03Hz，嚙合頻率分別為379.5Hz、136Hz、38.6Hz;輸出軸轉速達34.54r/min，轉頻達0.58Hz，嚙合頻率為38.6Hz。在實踐生產中發現，減速器振動噪聲較大，存在明顯不安全因素，因此需要對設備故障進行診斷分析。
3.2 故障診斷
3.2.1 故障確認
在對設備振動信號進程采集時，需要完成儀器檢測位置的合理布置，以便實現真實振動信號的采集，完成設備故障的準確判斷。結合設備工作實際情況，可以在電動機軸承座和齒輪傳動等振動明顯位置進行振動信號檢測。在此基礎上，需要在與軸承座連接剛度較高位置進行信號檢測。針對齒輪傳動位置，需要采用相同測量方法進行參數測量，保證每次測量時的工況條件和儀器狀態一致，從而獲得準確的檢測結果。實踐操作時，可以采用型號為BZ-8710A的便攜式測振儀，對振動速度均方根值進行檢測，獲得設備不同方向振動烈度。從檢測結果來看，如表1所示，在垂直方向上有四個檢測點振動烈度超出了10mm/s，水平方向有三個點振動烈度超出了10mm/s，軸向有五個點振動烈度超出了10mm/s。從總體上來看，除了檢測點5和6以外，其他各檢測點在三個方向上都存在振動烈度較大的問題，由此可見減速器存在故障，需要對故障類型、位置等進行診斷分析，確保不安全因素得到及時消除。 3.2.2 故障診斷
實際進行減速器故障診斷時，采用傳統方法對減速器的時域和頻域進行分析，難以實現診斷烈度大位置的精確診斷。根據檢測點振動加速器時域波形信號，經過傅里葉變換可以獲得頻域波形信號。而在實際分析過程中可以發現，時域波形和頻域波形相對雜亂，難以從中獲得故障頻率、幅值等信息。采用小波分析法進行信號同態解調譜分析，能夠使各種調制成分的分析，繼而完成關鍵信息的提取。采用小波分解方法，能夠實現振動信號三層分解，首先將信號分解為0和1頻段，然后將0頻段進一步分解成00和01頻段，針對00頻段最終將分解得到000頻段和001頻段。相比較而言，01、001和000的頻段幅值譜成分突出，經過處理可以得到頻域波形信號，實現故障特征信號的提取。
3.3 原因分析
為分解得到的001頻段頻域波形信號。結合減速器參數可知，主要頻率為一級嚙合頻率379.5Hz，同時振動信號中含有2倍和3倍的高次倍頻。在2倍高次倍頻附近，存在7.16Hz和0.58Hz的調制邊帶成分，由此可知減速器對應齒輪位置存在故障。采用小波分析法對采集到的減速器振動信號進行分析，可以發現減速器一級齒輪副的齒輪存在故障。對減速器進行拆卸后發現，齒輪存在嚴重磨損問題，齒面位置出現了疲勞現象。進一步分析故障原因可以發現，提升機長期處于超負荷運行狀態，導致原本齒輪強度和承載能力下降，最終引發了設備故障。由此可見，采用上述方法對減速器出現的異常噪聲和振動現象展開分析，能夠實現對振動烈度大的檢測點信號的同態解調分析，通過頻域分析實現設備故障的精確診斷。
3.4 優化策略
結合故障原因，需要對減速器故障進行處理，實現設備優化改進，以免故障再次發生。在實踐工作中，針對出現齒面疲勞的齒輪，短時間可以通過打磨圓滑點蝕坑邊緣的方法進行齒輪性能的改進，同時進行極壓潤滑油的更換，減少齒輪間的磨損。在齒輪出現裂紋的情況下，應當將裂紋處的金屬打磨干凈，以免齒輪因周圍過于圓滑出現裂紋擴大的問題。但為防止故障再次發生，還應采用硬齒面齒輪對齒輪承載能力進行提高，確保齒輪強度能夠適應設備高負荷運行要求。實際進行齒輪設計時，需要聯系設備廠商對齒輪性能改進問題進行分析，需要結合現場情況對齒輪承載能力進行計算，確定設備每天工作時間、工況系數等，完成齒輪使用系數的合理選用，確保設計強度安全可靠。在齒輪材料選擇方面，需要采用強度高、力學性能佳、韌性好的材料，并通過適宜熱處理工藝保證齒輪處于良好組織狀態，繼而使齒輪綜合力學性能保持優良狀態[4]。采取這些措施進行設備性能優化，能夠保證減速器正常運行。
4 結束語
在礦井提升機管理方面，除了需要做好減速器的選用，還要加強減速器故障診斷與分析。加強對減速器常見故障的把握，可以在故障檢測中實現故障原因的合理分析。采用小波原理進行設備振動信號分析，能夠實現設備故障類型、部位的準確判斷，從而提出優化策略實現故障有效處理和預防，為礦井作業的開展提供保障。
參考文獻：
[1]王筱冬.煤礦提升機減速器故障及技術改進研究[J].時代農機，2018，45（08）：186.
[2]郭振華.礦井提升機減速器常見故障研究與故障樹分析[J].機械管理開發，2018，33（04）：69-70+98.
[3]孟一雯，丁聰珂，馬冀恒，等.礦井提升機減速器故障診斷與應用[J].礦山機械，2018，46（01）：20-23.
[4]郭佳佳.礦井提升機減速器的常見故障與優化策略[J].機械管理開發，2017，32（02）：194-195.
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