神华准能煤矿吊斗铲故障诊断分析

郝晓东，周晓明

（艾默生过程控制有限公司，上海 201206）

0 引言

吊斗铲是露天采矿作业的主要挖掘工具，也是目前使用的最大型挖掘设备。内蒙古鄂尔多斯神华准能煤矿矿坑中运行的吊斗铲（图1）工作环境恶劣，吊斗铲工作时的重载电机和齿轮箱时刻处于较大变载荷工况下运行，复杂苛刻的工况使得吊斗铲拖拉滚筒和提升滚筒轴承、齿轮箱齿轮和轴承、电机轴承等部件易发生突发性损坏，加速部件损坏，造成非计划性停机，给煤矿生产造成了不必要的经济损失。

图1 吊斗铲作业现场

为了避免吊斗铲出现非计划性停机，更好把握吊斗铲的健康状态，实现吊斗铲全生命周期的管理，准能煤矿于2019 年利用AMS（CSI）2140 振动分析仪对吊斗铲进行振动信号的数据采集和设备状态分析，准确检测出吊斗铲拖拉滚筒振动异常，判断拖拉滚筒滚动轴承存在故障，经检修验证了振动分析结果的准确性。

1 吊斗铲拖拉滚筒振动故障分析

1.1 设备概况

吊斗铲作业过程中，拖拉滚筒负载较大，转速较低，无稳定转速。拖拉滚筒轴承为圆柱滚子轴承FAG 809482，使用加速度传感器测量拖拉滚筒驱动端（电机侧）和拖拉滚筒非驱动端（滚筒侧）水平方向瞬态PeakVueTM振动数据。

图2 拖拉滚筒测点布置

1.2 CSI 专利技术峰值检测（PeakVueTM 技术）

PeakVueTM技术是一种应力波技术。金属之间的磨碰和冲击会产生应力波，比如因轴承外圈损伤导致轴承油膜失效引起的滚动体与外圈碰撞产生的应力波。应力波频率成分高，易衰减，能量较低，一般隐藏在背景噪声能量中，使用常规的振动采集方法很难捕捉。PeakVueTM技术专门用于捕捉应力波，其拥有102 400 Hz的高频采样技术和快速的数据处理能力，将采集的数据进行峰值提取，获得PeakVue（峰值）时域波形，然后通过FFT（Fast Fourier Transform,快速傅里叶变换）得到PeakVue 频谱，因此PeakVueTM技术能够更准确地显示损坏根源和故障的严重程度。

PeakVue 采用固定的102 400 Hz 采样频率采集冲击信号，因此不受采样定律的限制，高速和低速设备均可使用。

1.3 高级瞬态功能模块

使用先进的瞬态分析功能，可以长时间记录原始振动信号，供后处理和分析使用，对于涡轮机组、设备启停机或短周期工作循环机械等的诊断相当必要。AMS（CSI）2140 是将瞬时波形数据作为一个连续的数据块采集下来，而不是采集成多个较短的数据块再用软件拼接起来。这种连续的数据可确保在采集或诊断过程中不遗漏任何数据。所有的数据可直接在AMS（CSI）2140 中查看，同时可以用AMS 设备健康管理系统实况回放。

针对低速重载吊斗铲设备，AMS（CSI）2140 高级瞬态功能模块可以同步采集长时间的连续时域波形数据和PeakVue 数据，用于分析低速重载设备的轴承状态非常有效。神华准能煤矿吊斗铲的振动检测，就是使用高级瞬态功能模块进行数据采集。

2 振动分析

2.1 拖拉滚筒驱动侧（电机侧）轴承

图3 为吊斗铲拖拉滚筒驱动侧轴承2019 年4 月17 日采集的瞬态数据，PeakVue 波形中存在显著的周期性冲击特点，冲击幅值约为1.9 G’s，冲击周期约为0.168 s（5.95 Hz）。因此可以得出结论：拖拉滚筒驱动侧轴承处于中晚期损伤。

图3 拖拉滚筒驱动侧轴承PeakVue 瞬态时域波形

2019 年12 月检修吊斗铲滚筒，拆下轴承后发现轴承滚道存在显著剥落并有较深的划痕（图4）。

图4 拖拉滚筒驱动端检修结果

2.2 拖拉滚筒非驱动侧轴承

图5为吊斗铲拖拉滚筒非驱动端2019 年4 月采集的PeakVue 瞬态数据。PeakVue 波形中存在周期性冲击信号，但高冲击部分的周期较长，约6 s，应该不属于轴承问题，初步判定是滚筒启停时产生的冲击，与该轴承间隙过大有关。因此得出结论：轴承早期故障。

图5 拖拉滚筒非驱动侧轴承PeakVue 瞬态时域波形

2019 年12 月对吊斗铲滚筒检修，拆下轴承后发现轴承滚道存在轻微锈蚀和压痕（图6），相较驱动侧轴承，该轴承整体状态良好，未见明显损伤。

图6 拖拉滚筒非驱动侧检修结果

3 结论

（1）较低转速、高负载，短期内变速循环作业的吊斗铲设备，使用PeakVue 瞬态数据采集方式，可以得到轴承故障的冲击特征，并能区别工况冲击引起的冲击特征。

（2）使用AMS（CSI）2140 振动分析仪的PeakVueTM技术，结合PeakVue 瞬态数据采集模块，可以准确把握类似吊斗铲低转速设备的轴承故障特点，准确把握轴承损伤的严重程度，以提高设备运行的可靠性。