用噪声对提升机减速箱进行故障诊断.pdf

1 9 9 ．4年第 3期 煤矿饥械 2 7 ．用噪 声对提升机减 速 箱进行故 障诊断 一， 。 7 ／ 7 』 ， ／ 焦 作 矿 业 学 院荆 双 喜赳 玉 王 建 生 T 、9 j q - 摘 要 通 过 矿 井 提 升 机 减 速 箱 的 分 析 ， 得 到 减 速 箱 正 常 情 观 下 噪 ／ 声 标 准 谱 图 和 齿 轮 出现 磨 搦 故 障 的特 征 ， 提 出 用 噪 声 进 行 齿轮 磨 捐 故 障诊 断 的 判 断 准 则。 实践 证 明 ， 利 用噪 声 频谱 分析 的 方 法 ． 对 提 升 机 减 速 箱进 行 故 障 诊 断 简单 方 便 ， 切 实 可行 ， 能 有 效诊 断 出减 速 箱 齿 轮 的磨 损 收 障 。 ． ． 关 键 词型 减 速 箱 cf1 札 山 区 1 引言 自功率谱密度表示信号的功苹密度沿频 煤矿主井提升机担 负着井 下煤 炭挺 升的 重要任务 ， 是煤 矿生产中 关键设 备 ， 其 工作 状况的好坏 ， 直接影 响矿井的生产 。 目前 l牒 矿机械 的维护管理 水平 还 比较落后 ， 仍然 采 用传统的 定期维 修方 式 ， 习惯 于琵 经验主 观 判断设备存在 的问题 ， 缺乏有效 的监 删手 段 ， 很难 了解 设备 的运行 状 况 ， 远远满 足不 了生 产的要求 。因此 ， 为掌握设 备工作情况 ， 及时 发现故障 ， 防止事故 的安然发生 ， 提高设 备运 行的安 全性 ， 必 须对大型关 键 没备进行 状 态 监测与故障诊断。 减速箱是 提升 机 的主要 传动部 件 ， 事敞 率高 ， 缺乏先进的监测手段 。 提升机减速箱运 行过程中产生的噪声l反映了．本 身的工作状 况 - 当出现故障时 ， 产生的噪声 与正常情况下 会有所不同 。 固此 ， 本文主要探讨 以噪声作 为 监测参量 ， 对提升机减速箱进 行故障诊断的 方法 ， 研究 减速箱正常 状 态的 噪声谱 图和 故 障状态 下的谱 图特征 ， 确 定减速 箱故 障的诊 断准则。 2 故障诊断的方法 机械 故 障诊 断 的方 法较 多 ， 这 里采 用 噪 声频 谱分析 的方 法 ， 利 用 陕速 傅里 叶变换 幅 值谱、 功率谱、 倒频谱对噪声信号进行分析。 2 ． 1 F F T 幅 值谱 与功 率谱 幅值谱 是对时域 信号进行快速傅里叶变 ‘ 换 F F T ， 从 而对 组成信 号 各分 量的频 率 及 橱值进行分析 的方法 。 率轴的分布 ． 表达式 为 1 r 一 亿 行 ～ d r 式中 R r 一 时域信号 x t 的 自托关函 数 ， 即 1 f r 一I i n l丰l j x t r d t 一．』』J 0 功率谱密度函 数不仅能够反映 出信号的 频 率结构 ， 而且也表 示出各频率成 分所 占的 比重和数值 ， 当设 备发生故障时 ， 功率谱所包 含 的频率成分 及其 能量将发生 明显变化 。 因 此 ， 常用功率谱 来进 行故 障诊 断 。 2 ． 2 倒 频 谱 倒频谱是对功率谱取对数后再进 行傅 里 叶变换 ， 表达式 为 C r I l o g S ， d -厂 实际上 就是对 自功 率谱 的谱分 析 ， 固此 ， 当频 潜围巾有明显周期结构时， 在倒频谱中就只 有 一条或几 条谱 线 ， 根 据倒 频谱的这个特点 ， 常 l玎 ] 来分析具有 复杂结构 的频谱 。 3 噪声测 试与 分析 噪声 洲试时 ， 提升 机 处于重 载匀速 提升 阶 段 ， 提升机减 速箱噪声测 试与分析 系统 见 图 l 。 闰 1 噪 声删 战与分析 系蛇 维普资讯 2 8 煤矿机械 1 9 9 4年第 3期 为研 究提 升机 减速箱 的 噪声 特征 ， 对永 城矿务 局新 庄矿 的 2 J K一 3 5 ／ 1 5 ． 5型主 井提 升机 的主 减速箱 z HI R l 7 0型 进行了噪声 监测 ， 测试噪声时 ， 测点处某频率成分的声能 与 该 点到 声源 距离的 平方成反 比， 为减 小环 境 的干扰 ， 提高 信噪 比， 考虑到 箱盖面积大 且 平 坦 ， 噪声辐射能 力强 ， 通 过大量 实验 ， 测点 选在减速箱 箱盖 中间， 且距 箱盖 5 mm 处 ． 噪 声测试效果较佳 。 提 升机减速箱 正常运 转时 ， 所 测 噪声信 号 经分析 得到幅值谱 见图 2 、 功率谱 见图 3 、 倒频谱 见圈 4 。 J I ． 一．～ ⋯ ． ． I ． L _ ． 』 u 2 止 审 ．吐 噪 声 幅 值 谐 ‘ 4 5 4 i 』 - L 1 、 』 ‘ i 3 正 常 ‰ 过 赫噪 声功 率谱 瑚 4 正 常减过 茹噪 声倒频 谱 减速 箱工作 过程 中 ， 相互 啮合齿轮 齿面 间存在相互滑动， 其滑动方向在节点处改变 ， 而 摩擦力 方向在节点前 后也将 改变 ， 摩擦 力 方 向的改变 将产生冲击 力 ， 这 种冲击力 引起 振 动是产生 噪声 的重要 原 因， 其频谱 成分 是 啮合频率及其谐波 ， 焉 式中， z 齿轮 转速 ． r ／ mi n z 齿轮 的齿 数 i 谱波次数 ， 取 l ， 2 3 ， ⋯ 这从 正常减速 箱 噪声幅值 谱 、 功率谱 中 可以明显看到， 谱图 2 、 3中谱峰对应频率为 减速箱第一级传动齿轮啮合频率 2 2 7 Hz 及其 二趺谐 波 4 5 4 Hz ， 啮合频率处 幅值最大 ， 谐波 幅值很快减小 。 从倒频谱中看到倒频卒 g 4 ． 3 9 4 5 ms ， 对应频率， 一2 2 7 ． 5 6 H z ， 为 第一级传动 的啮台频率 ， 说 明噪声信号 中有 2 2 7 ． 5 6 Hz 的 周期性成 分 。 减速箱 出现异常后所测 噪声 的幅值谱 见 图 5 功率谱 见图 6 、 倒频谱 见图 7 ， 从减速箱 异 常 时噪声幅值谱 功率谱 中看到一级 传动 啮合频率及 2 、 3 4次谐波， 并且二次谐波幅 值 已超过啮合频率幅值。 倒频谱中出现倒频 率 q及其 二次倒谐 波。 ●汕～ ． 一 维普资讯 1 9 9 4年第 3期 煤矿机械 2 9 囤 5 减 迪 箱异 常噪 声幅值 谱 圈 7 赢迪 箱异 常噪 声倒频 谱 从 上 述 分 析看 到 ， 减速 箱 正常 与 异 常 频 率特征 的振动成分就 要 发生变化 ， 齿轮箱 时， 噪声信号幅值谱 功率谱 倒频谱频率结 发出的噪声也随之变化， 因此噪声在一定程 掏 及 幅值 均具有 明显不同 ． 其差 别如 附表 所 示 。 正常 与异 常时 噪声 谱圈 的 比较 幅值谱， 功率谱 倒颇谱 基 摄 谐 渡最大幅疽 倒摄辜昔 波 H z 次 赦颍覃{ H 稼 扭 正 常 2 2 7 2 2 2 7 { 3 9 4 5 l 异常 2 2 7 {4 5 4 4 ． 3 g 4 5 2 正常时， 频谱中仅有基频和二次谐波成 分， 且基频幅值较大 异常时频谱中包含基颍 到 四次谐波成分 ， 且二 次谐 波 幅值 已超过 基 频 ， 相应倒 频谱 中也 出现 二次谐 波 。 减速 箱的噪声 与振 动密 切相 关， 齿轮 的 振动经由轴、 轴承向箱壁传递 ， 这些噪声部分 通 过 齿轮箱壁及 箱壁上 的缝缘传 至箱外 ， 当 齿 轮的轮齿表 面有 了缺 陷 ， 相应 的具 有一 定 度 上反 映 了齿轮 的振 动特 性 ， 根据 减速箱振 动的频谱特征， 齿轮磨损后 ， 啮合频率谐波幅 值增 长较快 ， 由此推知 ， 减速箱第一级齿轮 出 现瞎损故障， 减速箱开盖检查发现第一级齿 轮 确 已严重磨损 。 经分析 ， 减速箱正常状态时 ． 噪声谱 图中 啮 台频率的幅值为最大 ， 各次谐波幅值很快 减小 ， 且谐 波次数低 ； 随着 齿轮的磨 损 ． 啮合 颥 率及其谐波的幅值逐渐增大． 这意味着齿 面 磨损后 渐开线齿廓受到破 坏 ， 使 啮合 时振 动加 剧 ， 噪声声压级升高 ， 齿轮啮合频率的谐 波值增加较快 ， 谱披次 数增加 ， 倒 频率中倒 谐 波次 数也随之 增加 。 齿轮磨损严重 时 ， 二次谐 波 幅值将超过啮 合频谱幅值 ， 因此 ， 可根据频 谱 图中啮台频率和谐渡的幅值、 谐波次数的 变化诊 断齿 轮的磨损故 障。 维普资讯