矿用带式输送机减速器故障诊断的研究

杨 磊

（大同煤矿集团挖金湾虎龙沟煤业有限公司， 山西 大同 037003）

引言

齿轮减速器是带式输送机驱动装置的重要部件，从当前的实践情况来看，带式输送机驱动装置常见故障主要发生在齿轮减速器上，其故障原因主要是过载、胶带跑偏引起的受力不均等，在齿轮减速器工作过程中，齿轮、轴承等都会产生振动动号。当齿轮减速器内部的齿轮、轴承、轴等处于劣化过垂的时侯，往往会产生大量的诊断信息，齿轮减速器的故障诊断便是分析这些信息，从而判断齿轮减速器的运行状态[1-2]。

1 带式输送机减速器故障诊断方案的设计

目前，对于减速器的故障诊断主要是以“温度监测对比法”和以铁谱为核心的“油- 磨销”分析技术，但是这两种方法对检测人员的工作经验要求较高，后者需要煤矿具备相应的大型分析仪器且诊断周期长[3]。本文提出了一种矿用便携式测振记录仪，以开展煤矿井下带式输送机减速器故障诊断研究。

1.1 测试对象的分析

本次工业性试验在大同煤矿集团挖金湾虎龙沟煤业公司进行开采，主要是针对其应用于81505、N1201、81511 以及81502 工作面DSJ1200 带式输送机上的SSX200-18A 行星减速器。该设备在井下分布图如图1 示。

图2 所示为SSX200-18A 齿轮减速器的结构图。

对虎龙沟煤业公司使用的山西煤矿机械制造生产的1.2 m 带式输送机用轴承型号及位置，通过查询相应的标准，可以得到轴承32321、轴承6208、轴承22213C、轴承22313C、轴承22314C、轴承NJ1040、轴承32228、轴承23040C 的各参数资料。根据相应的技术参数，运用频率计算公式计算得到该减速箱齿轮和轴承的特征频率。另外，减速器齿轮液压泵为一对反向旋转的齿轮，齿效为33，主动轮与伞齿同轴转动转速为450 r/min，其旋转频率为7.5 Hz，啮合频率为247.5 Hz。

图1 输送巷齿轮减速器的分布图

图2 齿轮减速器的结构图

1.2 试验设备的选取

因试验环境的特殊性质，要求选用的监测设备必须具有防爆、防潮、安全可靠等功能。本次试验选用中国矿业大学机电与信息工程学院研制的基于ARM10 和PC/104 总结技术的本质安全型矿用便携式测振记录仪，该记录仪具有防爆、防潮、防尘等特点，支持四通道振动加速度信号同时采集，加速度传感器与被测设备通过磁力吸座连接，数据存储容量可以达到4 GB（可扩最），单通道采样频率可达到40 kHz，测振仪通过外加防水模的不锈钢防水键盘操作，并采用3.5 英寸的TFT 液晶屏显示。

2 试验方案及数据分析

在对齿轮减速器进行状态监测和健康诊断时，经常采用的时域指标有两大类。一类是有量纲的时域指标，如均值、最大值、最小值、峰峰值、均方值等，这些指际不仅与减速器自身工况的变化有关，还会随着减速器工作环境的变化而变化。另一类是无量纲的时域指标，如峭度、峰值因子、裕度因子、波形因子、脉冲因子，斜度等，这些指标对减速器工作环境的变化不敏感，对减速器自身的工况变化敏感，故常被用来作为判断减速器的工作状态是否正常的关键指标。

目前采用的是两类指标相结合的方法，即应用均方根值、峰值、峭度和峰值因子等来判断减速器工作状态是否正常。在发现上述时域指标异常，再对相应测试数据进行功率谱、解调谱分析，以进一步判断该设备状态。对81505 工作面的2 号减速器的2、3测点的时域指标统计数据分析可知，无论振动方向是轴向还是径向，81505 工作面2 号减速器振动信号的峭度因子普遍较高，甚至达到了9.531 0，说明该减速器前一设备可能存在某种故障问题。其时域频域分析如图3 所示。从图3 可以看出，81505 工作面2 号带式输送机减速器2 号测点的径向振动信号波形都具有明显的冲击现象，其轴向振动信号也均呈现出明显的调制现象。

3 诊断结果的实践验证

图3 2 号带式输送机减速器2 号测点径向时域波形图

通过矿用便携式测振记录仪的监测数据，并对时域和频域进行分析，发现该矿81505 工作面2 号带式输送机齿轮减速器的输入轴端的伞齿与锥齿有故障特征出现，因此可以判定该齿轮减速器此处已经产生放障，必须停机、升井并进行设备检修。2019年10 月15 日，该齿轮减速器升井后，在维修厂进行了解体检修工作。在检修工作中发现该减速器输入轴端齿轮（伞齿）发生17 处蹦齿现象，并及时进行了维修更换操作。

4 结论

采用矿用便携式测振记录仪，基于振动数据监测对煤矿井下带式输送机齿轮减速器的故障进行诊断，将该方法在虎龙沟煤业有限公司81505 工作面DSJ1200 带式输送机上的SSX200-18A 行星减速器进行了试验实践，通过验证表明该速器的故障诊断方法是可行有效的，具有较好的市场推广价值。