矿山提升机变速箱机械故障特征提取与诊断分析

2018-11-30邵竹苗

山东工业技术 2018年3期

邵竹苗

（铜陵有色金属集团铜冠矿山建设股份有限公司,安徽铜陵 244000）

1 故障与工作原理

1.1 变速箱机械故障描述

矿山提升机就是在矿山井下和地表工作的提升运输机械，主要应用于煤矿和金属矿石的开采，主要的工作过程包括启动、加速、匀速、减速和停止。变速箱是矿山提升机最为重要的机械部件之一，在矿山提升机运行过程中使用频率较高、负载率较重，所以齿轮出现故障的概率比较高。这就要求技术人员能够随时监测提升机变速箱的运行状态，及时了解内部情况并处理。造成变速箱出现故障的原因很多，主要分为人为因素和自身质量因素。

1.2 变速箱的工作原理

矿山中提升机变速箱大多应用两级齿轮变速箱，工作原理就是电动机通过联轴器带动变速箱的主动轴，变速箱的从动轴经另外一个联轴器带动工作，实现功率传输和速度的转换，简单说就是A轮传给B轮，C轮传给D轮，B和C在同轴上。两级齿轮的变速箱在矿山中应用中十分广泛，可以说是矿山提升机的核心部件，主要就是依靠变速器内齿轮之间的相互传动，实现提升机的各种工作状态，变速器内部的齿轮比较容易出现故障，所以对齿轮的质量和工作环境的要求非常高。

2 振动信号定位和分析

2.1 提升机匀速提升振动信号的主要特征

在变速箱出现故障的早期，由于异常振动的信号持续时间较短，检测员没有认真查看，大多数情况下都被淹没在噪声之中，没有及时发现。首先为了避免对于变速器故障的错误判断，应该先对运行正常的区域匀速提升的信号采集，再采集故障区域的震动信号，将采集到的信息交给分析员进行准确分析。提升机在工作时候不停的改变自身的工作状态，或加速、减速、匀速，匀速运行的阶段工作过程最为简单，受到外界信号的干扰最弱，所以通过分析提升机在匀速阶段最可能找到变速箱故障所在。

2.2 振动信号定位

采集提升机变速箱的振动信号时，应该在变速箱的不同位置设置振动信号采集装置，而且还应该在不同时段内分别采集，这样就能够通过不同位置设置的采集装置得到的振动信号准确分析变速箱的实际运转情况。在不同时段内采集到的振动信号可以清晰地看见变速箱振动信号的变化。通过采集到振动信息做积分处理，初步诊断振动速度的有效值和信号的长度、振动的速度和时间的关系。30天以后再次此采集提升机变速箱的振动信号，对所有采集到的振动信号进行分析计算，将两次的结果进行比较，就能找到振动变化最大的位置，对这些位置重点检测。

2.3 分析重点检测位置的信号

如表1所示，画出两次重点检测位置的振动信号，找到检测位置5的振动变化严重不符合正常值的，出现这种情况最有可能就是提升机的这个位置发生了故障。对位置5进行重点采集，运用傅里叶变换，得到位置5的频域特性绘制成图表进行分析，通过分析发现不存在任何的故障信息。出现这样的结果可能是由于该方法没有对时间分辨的能力，或者是检测时出现了问题。

3 谐波小波分析法

3.1 谐波小波内容

谐波小波转换是一个以小波为基底的线性转换，将信号变换至时频域上，结合了短时距傅立叶变换和连续小波转换两者之优点的讯号分析工具。原来无法在频谱图上显示的微弱振动信号，经过分解，能够在频谱图上清楚显现出来。

3.2 谐波小波解算方法

Newland快速算法是一种谐波小波的分解算法，信号快速谐波小波分解主要包括两个步骤：一是快速傅里叶变换FFT；二是快速傅里叶逆变换IFFT。利用Newland快速算法快速谐波小波分解，假设谐波小波共同构成L2(R)空间正交基，只要在给定检测点采集的振动信号满足x(t)是L2(R)的子集，即可以表示成谐波小波的线性组合。