采煤機(jī)搖臂齒輪箱故障診斷分析
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摘要：搖臂齒輪箱作為采煤機(jī)的重要組成構(gòu)件，由于受到多方因素的影響，極易出現(xiàn)各種類型的故障，嚴(yán)重制約了采煤機(jī)的正常使用?；诖?，主要從采煤機(jī)搖臂齒輪箱結(jié)構(gòu)分析入手，探究采煤機(jī)搖臂齒輪箱故障常用的診斷方法，利用振動(dòng)分析法對(duì)齒輪箱的異常振動(dòng)故障原因進(jìn)行分析，并針對(duì)性地提出了降低采煤機(jī)搖臂齒輪箱故障的相關(guān)措施，以供借鑒。
關(guān)鍵詞：采煤機(jī)；搖臂齒輪箱；故障診斷；探析
引言
采煤機(jī)作為煤礦生產(chǎn)的關(guān)鍵機(jī)械，在煤礦現(xiàn)代化發(fā)展過(guò)程中，發(fā)揮著非常關(guān)鍵的作用。由于采煤機(jī)工作環(huán)境相對(duì)惡劣，處于生產(chǎn)的一線，搖臂齒輪箱在具體工作過(guò)程中，經(jīng)常出現(xiàn)各種類型的問(wèn)題，因此，對(duì)采煤機(jī)搖臂齒輪箱故障診斷進(jìn)行分析有著較為重要的意義。
1采煤機(jī)搖臂齒輪箱結(jié)構(gòu)分析
在采煤機(jī)工作過(guò)程中，搖臂齒輪箱屬于動(dòng)力傳遞裝置，其主要是將采煤機(jī)電動(dòng)機(jī)所產(chǎn)生的動(dòng)力全部傳遞到采煤機(jī)的滾筒，滾筒在搖臂齒輪箱的作用下實(shí)現(xiàn)割煤作業(yè)。一般情況下，采煤機(jī)搖臂齒輪箱包含有兩級(jí)直齒圓柱齒輪與兩級(jí)行星齒輪。圖1是電牽引采煤機(jī)搖臂齒輪箱典型結(jié)構(gòu)。從圖1可知，在減速運(yùn)動(dòng)過(guò)程中，有14個(gè)齒輪參與到其中，具體為A—N，其中，A、B齒輪屬于一級(jí)直齒圓柱齒輪減速，而C—H屬于二級(jí)直齒圓柱齒輪減速。I—K屬于一級(jí)行星齒輪減速，L—N屬于二級(jí)行星齒輪減速。整體構(gòu)建成為了四級(jí)減速系統(tǒng)。
2采煤機(jī)搖臂齒輪箱故障常用的診斷方法
從當(dāng)前搖臂齒輪箱故障診斷情況來(lái)看，其主要使用的方法有：信息分析法、資料分析法、振動(dòng)分析法及觀察法。第一是信息分析法。從當(dāng)前搖臂齒輪箱故障診斷來(lái)看，選擇使用信息分析法，這種方法較為簡(jiǎn)潔，主要是通過(guò)采煤機(jī)上的故障顯示器將相關(guān)的信息顯示出來(lái)，維修技術(shù)人員根據(jù)顯示的信息對(duì)搖臂齒輪箱可能存在的故障進(jìn)行診斷。通常情況下，這種方法單獨(dú)使用的情況較少，會(huì)與其他方法合并使用[1]。第二是資料分析法。這里的資料是根據(jù)以前的搖臂齒輪箱維修記錄和維修技術(shù)人員先前的維修記錄及個(gè)人經(jīng)驗(yàn)，對(duì)搖臂齒輪箱是否存在故障、存在何種類型的故障進(jìn)行判斷，得到搖臂齒輪箱出現(xiàn)故障的原因，在一定程度上這種方法與維修技術(shù)人員的個(gè)人經(jīng)驗(yàn)有著非常直接的關(guān)系。第三是振動(dòng)分析法。振動(dòng)分析主要是對(duì)搖臂齒輪箱工作過(guò)程中出現(xiàn)的振動(dòng)情況進(jìn)行分析，主要包含有振平診斷法、噪聲診斷法及沖擊脈沖法等，從當(dāng)前這種方法的實(shí)際應(yīng)用情況來(lái)看，可取得較好的診斷效果。第四是觀察法。主要是對(duì)搖臂齒輪箱使用過(guò)程中表現(xiàn)出的各種表象，例如搖臂齒輪箱是否完好無(wú)損、是否存在尺寸變化等，通過(guò)對(duì)比分析的方法，找出前后之間的差距，找出出現(xiàn)問(wèn)題的癥狀，并結(jié)合搖臂齒輪箱實(shí)際運(yùn)營(yíng)情況，制定出相關(guān)的維修措施。
3采煤機(jī)搖臂齒輪箱故障診斷及處理措施
采煤機(jī)搖臂齒輪箱是采煤機(jī)設(shè)備的所有零件中最易出現(xiàn)故障的一個(gè)零件，機(jī)械振動(dòng)是如今經(jīng)常使用到的設(shè)備故障中的診斷技術(shù)，同樣也適用于對(duì)采煤機(jī)搖臂齒輪箱故障原因的研究工作，能夠使得診斷結(jié)果更加符合實(shí)際情況與理論知識(shí)方面的標(biāo)準(zhǔn)。齒輪箱內(nèi)傳動(dòng)系統(tǒng)包括軸、軸承、齒輪、箱體與其附屬的聯(lián)軸器、原動(dòng)機(jī)等，從而形成了非線性的振動(dòng)系統(tǒng)[2]。因此在研究采煤機(jī)搖臂齒輪箱發(fā)生故障的原因時(shí)，可以充分利用設(shè)備的這一特點(diǎn)來(lái)使用振動(dòng)動(dòng)態(tài)分析的方法來(lái)深入分析齒輪系統(tǒng)、信號(hào)調(diào)制與故障失效等問(wèn)題的原因，再把研究結(jié)果與具體的工作情況相結(jié)合進(jìn)行全面的考慮，從而得出切實(shí)有效的解決方法。
3.1滾動(dòng)軸承振動(dòng)故障診斷
滾動(dòng)軸承故障是機(jī)器發(fā)生故障的常見(jiàn)類型，滾動(dòng)軸承振動(dòng)故障是搖臂齒輪箱故障的主要原因之一，其故障機(jī)理如圖2所示。齒輪箱的滾動(dòng)軸承振動(dòng)故障包括損傷性故障與磨損性故障。損傷性故障主要聚集在軸承原件的外層，有較高的危險(xiǎn)性，其為突發(fā)的故障，前期的判斷通常無(wú)法正確識(shí)別故障，也就做不到及時(shí)制止，所以損傷性故障也是工作人員在工作時(shí)應(yīng)重點(diǎn)關(guān)注的一種故障。磨損性故障與損傷性故障的區(qū)別是磨損性故障是緩慢的，而非一蹴而就的，其是在日積月累中而形成的，所以在診斷故障時(shí)也應(yīng)使用正確的診斷方法來(lái)分析出故障的發(fā)展趨勢(shì)，從而使用合理的方法進(jìn)行遏制。
3.2振動(dòng)故障信號(hào)頻率特征分析
采煤機(jī)搖臂齒輪箱在出現(xiàn)故障時(shí)，齒輪工作會(huì)發(fā)生異常狀態(tài)，從而發(fā)出不斷增強(qiáng)的非規(guī)律性振動(dòng)信號(hào)，故障情況也蘊(yùn)含在其形成的信號(hào)頻譜內(nèi)，因此研究頻率具體的變化情況就可以對(duì)故障進(jìn)行正確的分析。在研究時(shí)，可以分析設(shè)備的工作環(huán)境、材料與熱處理情況、形式等方面的差異，對(duì)故障進(jìn)行分類，并識(shí)別齒輪磨損、斷齒故障、齒輪誤差、軸承疲勞等問(wèn)題的信號(hào)頻譜，分析采煤機(jī)搖臂齒輪箱是否發(fā)生故障與出現(xiàn)故障的具體原因，提高采煤機(jī)搖臂齒輪箱故障分析的準(zhǔn)確率與工作的效率。例如圖3所示，是軸承發(fā)生損傷部位在運(yùn)行過(guò)程中與接觸部件發(fā)生撞擊而產(chǎn)生的故障振動(dòng)頻率。通過(guò)軸承的振動(dòng)頻譜可以看出其分為低頻段、中頻段和高頻段三個(gè)階段，其中低頻段即為軸承振動(dòng)的故障特征頻率。在低頻段區(qū)域的信號(hào)極易受到振動(dòng)的干擾，且在軸承故障初始時(shí)間段該區(qū)域所反應(yīng)的局部損傷特征頻率信號(hào)的能量相對(duì)較弱，因此在軸承發(fā)生故障的初始時(shí)期無(wú)法對(duì)具體故障原因做出準(zhǔn)確判斷，但可以診斷得知軸承的安裝存在不合理情況，以及保持架發(fā)生形變等故障。在中高頻段的頻率相對(duì)較大，通過(guò)分析后可以診斷出軸承的早期故障原因。
4降低采煤機(jī)搖臂齒輪箱故障的相關(guān)措施
4.1合理選擇材料
采煤機(jī)搖臂齒輪箱有著大量的組成材料，與人體類似，只有擁有強(qiáng)壯的身體才可以減少疾病，采煤機(jī)搖臂齒輪箱也需有高質(zhì)量的材料，才可以降低故障的發(fā)生概率。在選擇材料時(shí)，應(yīng)以高質(zhì)量且兼顧經(jīng)濟(jì)為原則，與采煤機(jī)搖臂齒輪箱的實(shí)際工作環(huán)境相結(jié)合，來(lái)選擇合適的組成材料。不但要保證選用材料在韌性與剛性上達(dá)到采煤機(jī)的工作標(biāo)準(zhǔn)，還應(yīng)兼顧采煤機(jī)搖臂齒輪箱工作時(shí)的機(jī)油與密閉性。
4.2提高齒輪箱設(shè)計(jì)水平
采煤機(jī)搖臂齒輪箱出現(xiàn)故障不但是工作強(qiáng)度過(guò)高、工作環(huán)境惡劣等方面，還與采煤機(jī)搖臂齒輪箱的制作材料相關(guān)，使用高質(zhì)量的材料，擁有高水平的技術(shù)，可以令采煤機(jī)搖臂齒輪箱有先天的抗故障能力。所以，在降低采煤機(jī)搖臂齒輪箱故障的方法上，首先要提升采煤機(jī)搖臂齒輪箱生產(chǎn)的設(shè)計(jì)水平，認(rèn)真研究搖臂齒輪箱發(fā)生故障的原因，重視齒輪箱內(nèi)的齒輪咬合的情況，將設(shè)備自身反應(yīng)與采集機(jī)器最佳工作的物理形態(tài)信息相結(jié)合，來(lái)分析出設(shè)備易出現(xiàn)故障的具體位置，具有一定針對(duì)性地提高使用材料的質(zhì)量與設(shè)計(jì)水平，以此來(lái)提高采煤機(jī)搖臂齒輪箱工作的穩(wěn)定性[3]。
4.3科學(xué)使用與保養(yǎng)
應(yīng)在制作中使用一定的方式來(lái)降低采煤機(jī)搖臂齒輪箱故障發(fā)生率，也應(yīng)在使用中正確使用、維護(hù)科學(xué)，從而延長(zhǎng)采煤機(jī)搖臂齒輪箱設(shè)備的使用時(shí)間，降低設(shè)備的故障發(fā)生率。可以通過(guò)管控采煤機(jī)搖臂齒輪箱的工作強(qiáng)度與時(shí)間，來(lái)使機(jī)器內(nèi)齒輪的負(fù)荷水平降低，從而延長(zhǎng)使用時(shí)間。并且還應(yīng)重視采煤機(jī)搖臂齒輪箱的維護(hù)工作，提高設(shè)備的維護(hù)頻率，使用高水平的維修技術(shù)，對(duì)設(shè)備進(jìn)行高水準(zhǔn)的維修與保養(yǎng)，減少齒輪發(fā)生磨損故障的概率，并選取正確的診斷方法，前瞻性地減少故障的發(fā)生，從而延長(zhǎng)設(shè)備的使用壽命。
4.4全面加強(qiáng)對(duì)搖臂齒輪箱故障診斷人員的培訓(xùn)
針對(duì)當(dāng)前搖臂齒輪箱故障較多的實(shí)際，全面做好診斷工作對(duì)人員的綜合素質(zhì)水平有著較高的要求，這就需要煤礦全面重視搖臂齒輪箱故障診斷人員的培訓(xùn)，通過(guò)采取復(fù)合型培訓(xùn)的方式，提升其理論水平及實(shí)踐能力，較好增強(qiáng)人員整體工作效能，這可以更好地降低搖臂齒輪箱出現(xiàn)故障的概率，增強(qiáng)搖臂齒輪箱診斷效果。
5結(jié)語(yǔ)
全面做好采煤機(jī)搖臂齒輪箱故障診斷對(duì)于提升搖臂齒輪箱工作效能有著非常重要的意義，但是從當(dāng)前搖臂齒輪箱故障診斷情況來(lái)看，在很多方面還有著較大的提升空間，因此，這就需要煤礦企業(yè)在生產(chǎn)過(guò)程中，切實(shí)認(rèn)識(shí)到做好搖臂齒輪箱故障診斷的重要性，從企業(yè)生產(chǎn)實(shí)際出發(fā)，采取針對(duì)性的措施，全面提升搖臂齒輪箱故障診斷效果，全面提升采煤機(jī)的運(yùn)行效率。
參考文獻(xiàn)
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[3]曹大海.采煤機(jī)搖臂齒輪箱齒輪與軸承故障分析[J].煤炭與化工，2015，38（2）：124-126.
作者：李曉曦 單位：大同煤礦集團(tuán)忻州窯礦機(jī)電科