礦用帶式輸送機減速器故障診斷的研究

楊 磊

（大同煤礦集團挖金灣虎龍溝煤業有限公司， 山西 大同 037003）

引言

齒輪減速器是帶式輸送機驅動裝置的重要部件，從當前的實踐情況來看，帶式輸送機驅動裝置常見故障主要發生在齒輪減速器上，其故障原因主要是過載、膠帶跑偏引起的受力不均等，在齒輪減速器工作過程中，齒輪、軸承等都會產生振動動號。當齒輪減速器內部的齒輪、軸承、軸等處于劣化過垂的時侯，往往會產生大量的診斷信息，齒輪減速器的故障診斷便是分析這些信息，從而判斷齒輪減速器的運行狀態[1-2]。

1 帶式輸送機減速器故障診斷方案的設計

目前，對于減速器的故障診斷主要是以“溫度監測對比法”和以鐵譜為核心的“油- 磨銷”分析技術，但是這兩種方法對檢測人員的工作經驗要求較高，后者需要煤礦具備相應的大型分析儀器且診斷周期長[3]。本文提出了一種礦用便攜式測振記錄儀，以開展煤礦井下帶式輸送機減速器故障診斷研究。

1.1 測試對象的分析

本次工業性試驗在大同煤礦集團挖金灣虎龍溝煤業公司進行開采，主要是針對其應用于81505、N1201、81511 以及81502 工作面DSJ1200 帶式輸送機上的SSX200-18A 行星減速器。該設備在井下分布圖如圖1 示。

圖2 所示為SSX200-18A 齒輪減速器的結構圖。

對虎龍溝煤業公司使用的山西煤礦機械制造生產的1.2 m 帶式輸送機用軸承型號及位置，通過查詢相應的標準，可以得到軸承32321、軸承6208、軸承22213C、軸承22313C、軸承22314C、軸承NJ1040、軸承32228、軸承23040C 的各參數資料。根據相應的技術參數，運用頻率計算公式計算得到該減速箱齒輪和軸承的特征頻率。另外，減速器齒輪液壓泵為一對反向旋轉的齒輪，齒效為33，主動輪與傘齒同軸轉動轉速為450 r/min，其旋轉頻率為7.5 Hz，嚙合頻率為247.5 Hz。

圖1 輸送巷齒輪減速器的分布圖

圖2 齒輪減速器的結構圖

1.2 試驗設備的選取

因試驗環境的特殊性質，要求選用的監測設備必須具有防爆、防潮、安全可靠等功能。本次試驗選用中國礦業大學機電與信息工程學院研制的基于ARM10 和PC/104 總結技術的本質安全型礦用便攜式測振記錄儀，該記錄儀具有防爆、防潮、防塵等特點，支持四通道振動加速度信號同時采集，加速度傳感器與被測設備通過磁力吸座連接，數據存儲容量可以達到4 GB（可擴最），單通道采樣頻率可達到40 kHz，測振儀通過外加防水模的不銹鋼防水鍵盤操作，并采用3.5 英寸的TFT 液晶屏顯示。

2 試驗方案及數據分析

在對齒輪減速器進行狀態監測和健康診斷時，經常采用的時域指標有兩大類。一類是有量綱的時域指標，如均值、最大值、最小值、峰峰值、均方值等，這些指際不僅與減速器自身工況的變化有關，還會隨著減速器工作環境的變化而變化。另一類是無量綱的時域指標，如峭度、峰值因子、裕度因子、波形因子、脈沖因子，斜度等，這些指標對減速器工作環境的變化不敏感，對減速器自身的工況變化敏感，故常被用來作為判斷減速器的工作狀態是否正常的關鍵指標。

目前采用的是兩類指標相結合的方法，即應用均方根值、峰值、峭度和峰值因子等來判斷減速器工作狀態是否正常。在發現上述時域指標異常，再對相應測試數據進行功率譜、解調譜分析，以進一步判斷該設備狀態。對81505 工作面的2 號減速器的2、3測點的時域指標統計數據分析可知，無論振動方向是軸向還是徑向，81505 工作面2 號減速器振動信號的峭度因子普遍較高，甚至達到了9.531 0，說明該減速器前一設備可能存在某種故障問題。其時域頻域分析如圖3 所示。從圖3 可以看出，81505 工作面2 號帶式輸送機減速器2 號測點的徑向振動信號波形都具有明顯的沖擊現象，其軸向振動信號也均呈現出明顯的調制現象。

3 診斷結果的實踐驗證

圖3 2 號帶式輸送機減速器2 號測點徑向時域波形圖

通過礦用便攜式測振記錄儀的監測數據，并對時域和頻域進行分析，發現該礦81505 工作面2 號帶式輸送機齒輪減速器的輸入軸端的傘齒與錐齒有故障特征出現，因此可以判定該齒輪減速器此處已經產生放障，必須停機、升井并進行設備檢修。2019年10 月15 日，該齒輪減速器升井后，在維修廠進行了解體檢修工作。在檢修工作中發現該減速器輸入軸端齒輪（傘齒）發生17 處蹦齒現象，并及時進行了維修更換操作。

4 結論

采用礦用便攜式測振記錄儀，基于振動數據監測對煤礦井下帶式輸送機齒輪減速器的故障進行診斷，將該方法在虎龍溝煤業有限公司81505 工作面DSJ1200 帶式輸送機上的SSX200-18A 行星減速器進行了試驗實踐，通過驗證表明該速器的故障診斷方法是可行有效的，具有較好的市場推廣價值。