礦山提升機變速箱機械故障特征提取與診斷分析

邵竹苗

（ 銅陵有色金屬集團銅冠礦山建設股份有限公司,安徽 銅陵 244000）

1 故障與工作原理

1.1 變速箱機械故障描述

礦山提升機就是在礦山井下和地表工作的提升運輸機械，主要應用于煤礦和金屬礦石的開采，主要的工作過程包括啟動、加速、勻速、減速和停止。變速箱是礦山提升機最為重要的機械部件之一，在礦山提升機運行過程中使用頻率較高、負載率較重，所以齒輪出現故障的概率比較高。這就要求技術人員能夠隨時監測提升機變速箱的運行狀態，及時了解內部情況并處理。造成變速箱出現故障的原因很多，主要分為人為因素和自身質量因素。

1.2 變速箱的工作原理

礦山中提升機變速箱大多應用兩級齒輪變速箱，工作原理就是電動機通過聯軸器帶動變速箱的主動軸，變速箱的從動軸經另外一個聯軸器帶動工作，實現功率傳輸和速度的轉換，簡單說就是A輪傳給B輪，C輪傳給D輪，B和C在同軸上。兩級齒輪的變速箱在礦山中應用中十分廣泛，可以說是礦山提升機的核心部件，主要就是依靠變速器內齒輪之間的相互傳動，實現提升機的各種工作狀態，變速器內部的齒輪比較容易出現故障，所以對齒輪的質量和工作環境的要求非常高。

2 振動信號定位和分析

2.1 提升機勻速提升振動信號的主要特征

在變速箱出現故障的早期，由于異常振動的信號持續時間較短，檢測員沒有認真查看，大多數情況下都被淹沒在噪聲之中，沒有及時發現。首先為了避免對于變速器故障的錯誤判斷，應該先對運行正常的區域勻速提升的信號采集，再采集故障區域的震動信號，將采集到的信息交給分析員進行準確分析。提升機在工作時候不停的改變自身的工作狀態，或加速、減速、勻速，勻速運行的階段工作過程最為簡單，受到外界信號的干擾最弱，所以通過分析提升機在勻速階段最可能找到變速箱故障所在。

2.2 振動信號定位

采集提升機變速箱的振動信號時，應該在變速箱的不同位置設置振動信號采集裝置，而且還應該在不同時段內分別采集，這樣就能夠通過不同位置設置的采集裝置得到的振動信號準確分析變速箱的實際運轉情況。在不同時段內采集到的振動信號可以清晰地看見變速箱振動信號的變化。通過采集到振動信息做積分處理，初步診斷振動速度的有效值和信號的長度、振動的速度和時間的關系。30天以后再次此采集提升機變速箱的振動信號，對所有采集到的振動信號進行分析計算，將兩次的結果進行比較，就能找到振動變化最大的位置，對這些位置重點檢測。

2.3 分析重點檢測位置的信號

如表1所示，畫出兩次重點檢測位置的振動信號，找到檢測位置5的振動變化嚴重不符合正常值的，出現這種情況最有可能就是提升機的這個位置發生了故障。對位置5進行重點采集，運用傅里葉變換，得到位置5的頻域特性繪制成圖表進行分析，通過分析發現不存在任何的故障信息。出現這樣的結果可能是由于該方法沒有對時間分辨的能力，或者是檢測時出現了問題。

3 諧波小波分析法

3.1 諧波小波內容

諧波小波轉換是一個以小波為基底的線性轉換，將信號變換至時頻域上，結合了短時距傅立葉變換和連續小波轉換兩者之優點的訊號分析工具。原來無法在頻譜圖上顯示的微弱振動信號，經過分解，能夠在頻譜圖上清楚顯現出來。

3.2 諧波小波解算方法

Newland快速算法是一種諧波小波的分解算法，信號快速諧波小波分解主要包括兩個步驟：一是快速傅里葉變換FFT；二是快速傅里葉逆變換IFFT。利用Newland快速算法快速諧波小波分解，假設諧波小波共同構成L2(R)空間正交基，只要在給定檢測點采集的振動信號滿足x(t)是L2(R)的子集，即可以表示成諧波小波的線性組合。

3.3 分析結果

齒輪在正常運轉過程中會出現齒面磨損、接觸疲勞和斷齒等故障，變速器的齒輪出現相應的故障通過諧波小波分析法就會出現相應諧波的變化，能夠為分析者提供準確的頻率信息。分析員能夠依照諧波小波的分析法對變速器的各個檢測位置進行有效的分析，找到故障的位置和原因。

4 結語

礦山提升機變速器的工作原理相對來說較為復雜，內部的結構也是十分精細，當變速器正常工作時產生的振動信號的位置非常多，應用普通的分析方法不能準確地分析振動信號并且找到故障的具體位置，利用諧波小波的方法解決了這一難題，該方法計算操作十分簡單，尋找故障的效率事半功倍。

[1]邵堃.礦山提升機變速箱機械故障特征提取與診斷[J].現代制造工程,2016(09):146-150.

[2]肖慧儒,楊清柏,何方金等.礦山提升機技術改造與更新換代綜述[J].礦山機械,2015(03):1-6.