采煤机摇臂齿轮箱故障诊断探析

李晓曦

（大同煤矿集团忻州窑矿机电科， 山西 大同 037021）

引言

采煤机作为煤矿生产的关键机械，在煤矿现代化发展过程中，发挥着非常关键的作用。由于采煤机工作环境相对恶劣，处于生产的一线，摇臂齿轮箱在具体工作过程中，经常出现各种类型的问题，因此，对采煤机摇臂齿轮箱故障诊断进行分析有着较为重要的意义。

1 采煤机摇臂齿轮箱结构分析

在采煤机工作过程中，摇臂齿轮箱属于动力传递装置，其主要是将采煤机电动机所产生的动力全部传递到采煤机的滚筒，滚筒在摇臂齿轮箱的作用下实现割煤作业。一般情况下，采煤机摇臂齿轮箱包含有两级直齿圆柱齿轮与两级行星齿轮。图1是电牵引采煤机摇臂齿轮箱典型结构。从图1可知，在减速运动过程中，有14个齿轮参与到其中，具体为A—N，其中，A、B齿轮属于一级直齿圆柱齿轮减速，而C—H属于二级直齿圆柱齿轮减速。I—K属于一级行星齿轮减速，L—N属于二级行星齿轮减速。整体构建成为了四级减速系统。

图1 电牵引采煤机摇臂齿轮箱典型结构

2 采煤机摇臂齿轮箱故障常用的诊断方法

从当前摇臂齿轮箱故障诊断情况来看，其主要使用的方法有：信息分析法、资料分析法、振动分析法及观察法。

第一是信息分析法。从当前摇臂齿轮箱故障诊断来看，选择使用信息分析法，这种方法较为简洁，主要是通过采煤机上的故障显示器将相关的信息显示出来，维修技术人员根据显示的信息对摇臂齿轮箱可能存在的故障进行诊断。通常情况下，这种方法单独使用的情况较少，会与其他方法合并使用[1]。

第二是资料分析法。这里的资料是根据以前的摇臂齿轮箱维修记录和维修技术人员先前的维修记录及个人经验，对摇臂齿轮箱是否存在故障、存在何种类型的故障进行判断，得到摇臂齿轮箱出现故障的原因，在一定程度上这种方法与维修技术人员的个人经验有着非常直接的关系。

第三是振动分析法。振动分析主要是对摇臂齿轮箱工作过程中出现的振动情况进行分析，主要包含有振平诊断法、噪声诊断法及冲击脉冲法等，从当前这种方法的实际应用情况来看，可取得较好的诊断效果。

第四是观察法。主要是对摇臂齿轮箱使用过程中表现出的各种表象，例如摇臂齿轮箱是否完好无损、是否存在尺寸变化等，通过对比分析的方法，找出前后之间的差距，找出出现问题的症状，并结合摇臂齿轮箱实际运营情况，制定出相关的维修措施。

3 采煤机摇臂齿轮箱故障诊断及处理措施

采煤机摇臂齿轮箱是采煤机设备的所有零件中最易出现故障的一个零件，机械振动是如今经常使用到的设备故障中的诊断技术，同样也适用于对采煤机摇臂齿轮箱故障原因的研究工作，能够使得诊断结果更加符合实际情况与理论知识方面的标准。齿轮箱内传动系统包括轴、轴承、齿轮、箱体与其附属的联轴器、原动机等，从而形成了非线性的振动系统[2]。因此在研究采煤机摇臂齿轮箱发生故障的原因时，可以充分利用设备的这一特点来使用振动动态分析的方法来深入分析齿轮系统、信号调制与故障失效等问题的原因，再把研究结果与具体的工作情况相结合进行全面的考虑，从而得出切实有效的解决方法。

3.1 滚动轴承振动故障诊断

滚动轴承故障是机器发生故障的常见类型，滚动轴承振动故障是摇臂齿轮箱故障的主要原因之一，其故障机理如图2所示。齿轮箱的滚动轴承振动故障包括损伤性故障与磨损性故障。损伤性故障主要聚集在轴承原件的外层，有较高的危险性，其为突发的故障，前期的判断通常无法正确识别故障，也就做不到及时制止，所以损伤性故障也是工作人员在工作时应重点关注的一种故障。磨损性故障与损伤性故障的区别是磨损性故障是缓慢的，而非一蹴而就的，其是在日积月累中而形成的，所以在诊断故障时也应使用正确的诊断方法来分析出故障的发展趋势，从而使用合理的方法进行遏制。

图2 滚动轴承振动故障机理分析图

3.2 振动故障信号频率特征分析

采煤机摇臂齿轮箱在出现故障时，齿轮工作会发生异常状态，从而发出不断增强的非规律性振动信号，故障情况也蕴含在其形成的信号频谱内，因此研究频率具体的变化情况就可以对故障进行正确的分析。在研究时，可以分析设备的工作环境、材料与热处理情况、形式等方面的差异，对故障进行分类，并识别齿轮磨损、断齿故障、齿轮误差、轴承疲劳等问题的信号频谱，分析采煤机摇臂齿轮箱是否发生故障与出现故障的具体原因，提高采煤机摇臂齿轮箱故障分析的准确率与工作的效率。例如图3所示，是轴承发生损伤部位在运行过程中与接触部件发生撞击而产生的故障振动频率。通过轴承的振动频谱可以看出其分为低频段、中频段和高频段三个阶段，其中低频段即为轴承振动的故障特征频率。

在低频段区域的信号极易受到振动的干扰，且在轴承故障初始时间段该区域所反应的局部损伤特征频率信号的能量相对较弱，因此在轴承发生故障的初始时期无法对具体故障原因做出准确判断，但可以诊断得知轴承的安装存在不合理情况，以及保持架发生形变等故障。在中高频段的频率相对较大，通过分析后可以诊断出轴承的早期故障原因。

图3 滚动轴承故障特征频率示意图

4 降低采煤机摇臂齿轮箱故障的相关措施

4.1 合理选择材料

采煤机摇臂齿轮箱有着大量的组成材料，与人体类似，只有拥有强壮的身体才可以减少疾病，采煤机摇臂齿轮箱也需有高质量的材料，才可以降低故障的发生概率。在选择材料时，应以高质量且兼顾经济为原则，与采煤机摇臂齿轮箱的实际工作环境相结合，来选择合适的组成材料。不但要保证选用材料在韧性与刚性上达到采煤机的工作标准，还应兼顾采煤机摇臂齿轮箱工作时的机油与密闭性。

4.2 提高齿轮箱设计水平

采煤机摇臂齿轮箱出现故障不但是工作强度过高、工作环境恶劣等方面，还与采煤机摇臂齿轮箱的制作材料相关，使用高质量的材料，拥有高水平的技术，可以令采煤机摇臂齿轮箱有先天的抗故障能力。所以，在降低采煤机摇臂齿轮箱故障的方法上，首先要提升采煤机摇臂齿轮箱生产的设计水平，认真研究摇臂齿轮箱发生故障的原因，重视齿轮箱内的齿轮咬合的情况，将设备自身反应与采集机器最佳工作的物理形态信息相结合，来分析出设备易出现故障的具体位置，具有一定针对性地提高使用材料的质量与设计水平，以此来提高采煤机摇臂齿轮箱工作的稳定性[3]。

4.3 科学使用与保养

应在制作中使用一定的方式来降低采煤机摇臂齿轮箱故障发生率，也应在使用中正确使用、维护科学，从而延长采煤机摇臂齿轮箱设备的使用时间，降低设备的故障发生率。可以通过管控采煤机摇臂齿轮箱的工作强度与时间，来使机器内齿轮的负荷水平降低，从而延长使用时间。并且还应重视采煤机摇臂齿轮箱的维护工作，提高设备的维护频率，使用高水平的维修技术，对设备进行高水准的维修与保养，减少齿轮发生磨损故障的概率，并选取正确的诊断方法，前瞻性地减少故障的发生，从而延长设备的使用寿命。

4.4 全面加强对摇臂齿轮箱故障诊断人员的培训

针对当前摇臂齿轮箱故障较多的实际，全面做好诊断工作对人员的综合素质水平有着较高的要求，这就需要煤矿全面重视摇臂齿轮箱故障诊断人员的培训，通过采取复合型培训的方式，提升其理论水平及实践能力，较好增强人员整体工作效能，这可以更好地降低摇臂齿轮箱出现故障的概率，增强摇臂齿轮箱诊断效果。

5 结语

全面做好采煤机摇臂齿轮箱故障诊断对于提升摇臂齿轮箱工作效能有着非常重要的意义，但是从当前摇臂齿轮箱故障诊断情况来看，在很多方面还有着较大的提升空间，因此，这就需要煤矿企业在生产过程中，切实认识到做好摇臂齿轮箱故障诊断的重要性，从企业生产实际出发，采取针对性的措施，全面提升摇臂齿轮箱故障诊断效果，全面提升采煤机的运行效率。