振动信号分析技术在皮带机齿轮箱故障诊断中的应用.pdf

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1、煤矿现代化2013年第1期总第112期振动信号分析技术在皮带机齿轮箱故障诊断中的应用吕兵(山西晋煤集团晋圣公司，山西晋城048001)摘要齿轮减速箱是带式输送机驱动装置的重要部件之一，其性能直接影响到皮带机工作的可靠性与整体性能。本文论述了齿轮减速箱一般的故障特征及提出了一种在不停机状态下对矿用皮带机齿轮箱进行故障诊断的方法。关键词皮带机；减速箱故障；成庄矿；振动特征中图分类号：TD407文献标志码：B文章编号：1009—0797(2013)01—0042—03皮带机驱动装置一般是由电动机、齿轮减速器、时齿轮箱箱体振动信号的主要特征为：液力偶合器和滚筒组成。其中，齿轮减速箱是带

2、式输(1)以齿轮啮合频率及其谐波为载波频率，齿轮送机驱动装置的重要部件之一，其性能直接影响到所在轴转频及其倍频为调制频率的啮合频率调制，皮带机工作的可靠性与整体性能。齿轮箱中的轴、齿调制边频带宽而高，解调谱出现所在轴的转频和多轮和轴承在工作时会产生振动，若发生故障，其振动次高阶谐波。噪声信号的能量分布和频率成分将会发生变化，其(2)以齿轮各阶固有频率为载波频率，齿轮所在状况进行分析，可实现不停机操作状态下的故障诊轴转频及其倍频为调制频率的齿轮共振频率调制，断，大大减少了由于停机所造成的经济损失，而且基调制边频带宽而高，解调谱出现所在轴的转频和多于振动噪声分析的故障诊断系统性能可

3、靠，操作简次高阶谐波。单方便，所以，振动噪声诊断是一种行之有效的为故(3)振动能量和包络能量(包括有效值和峭度指障诊断方法。标)有较大幅度的增加。1齿轮箱常见失效形式3齿轮箱故障诊断策略与步骤带式输送机用齿轮箱系统是包含齿轮、传动轴、一般情况下，齿轮箱故障诊断一般分为四个步轴承和箱体结构等的复杂系统。在齿轮箱中，故障主骤进行：信号检测、特征提取(信号处理)、状态识别要发生在齿轮、传动轴和轴承中。统计表明，齿轮箱和诊断决策。的主要零部件齿轮、滚动轴承和轴的失效比重合计3．1确定频率特征参数占总齿轮箱失效的89％，其中，齿轮本身的失效占总齿轮箱频率特征参数的计算一般分为以下几个失效

4、的60％。步骤：根据振动信号的特点，一般常见的典型故障形(1)确定齿轮箱在被测每个档位下各轴的转速式有：齿形误差、齿轮均匀磨损、轴不对中、断齿、箱和啮合齿轮的齿数。被测档位下各轴的转速和啮合体共振、轴弯曲、轴不平衡、轴向窜动、轴承疲劳剥落齿轮的齿数是齿轮箱中最基本的特征参数，用于计和点蚀。算各轴的转动频率和啮合频率等。(2)由各轴的转速和啮合齿轮的齿数计算齿轮2齿轮箱典型故障的振动信号特征箱各轴的转动频率和啮合频率。根据各轴的转速(设齿轮箱典型的故障有齿轮磨损与断齿两种，下为n)和啮合齿数(设为z)可计算：面介绍两种故障下的振动信号特征。转频为’fn=n／602．1齿轮均匀磨损

5、齿轮的啮合频率为fz=zfn=zn／60发生齿轮均匀磨损时齿轮箱箱体振动信号的主对于已计算的转频和啮合频率也可建立相应的要特征为：档案，以方便后面的使用。(1)齿轮啮合频率及其谐波的幅值明显增大。(3)由各轴的转速和滚动轴承型号查到的结构(2)振动能量(有效值)有较大幅度的增加。参数计算内、外环的通过频率。利用公式和相应的转2．2断齿速和轴承型号参数，计算出相应的内、外环的通过频断齿是齿轮失效的一种严重形式，也是常见的率，并建档。失效形式之一，其中多数断齿为疲劳折断。发生断齿3．2确定测点·42·煤矿现代化2013年第1期总第112期本次试验自2010年4月份开始，共计进行了转

6、频及其谐波信号清楚地出现在谱图上，即24．4Hz，11次试验测试，测试减速器达24台次，获取实验数且其2倍频幅值远大于1倍频，表明输入轴齿轮可据近4GB。试验基本情况统计见表2。能存在严重的磨损现象。表2工业性试验基本情况统计4．4结果验证2010年7月28日，该减速器升井后，在更新厂进行了解体检修时，发现输入轴齿轮(锥齿)磨损严重。同时，发现II轴齿轮(伞齿)的33个齿有17个发生了不同程度的蹦齿现象，如图5所示。4．3实验数据分析一■本试验中，采用两类指标相结合，即均方根值、峰值、峭度和峰值因子等来判断减速器工作状态是图52318工作面1#减速器II轴伞齿出现齿根否正常。在

7、发现上述时域指标异常时，再对相应的测局部断裂达17处之多试数据进行功率谱、解调谱分析，以进一步判断该设2318工作面l#减速器II轴伞齿的大面积蹦齿备状态，甚至故障。也解释了与其啮合的锥齿出现多处压痕和凹坑的形4_3．1时域指标分析成原因。对2318工作面l#减速器的测试数据的时域指5结论标进行了分析统计。图3给出了部分结果。(1)研究了齿轮箱常见的失效形式和常见故障的振动信号特征；(2)讨论了利用振动诊断技术开展齿轮箱故障诊断的策略和步骤；(3)针对成庄矿1．2m皮带机减速器开展了工业性试