刘 敬伯
唐山开滦林西矿业有限公司 063103
【摘要】采煤机是综采工作面的关键设备之一。现代采煤机的发展方向是大功率、高强度、高可靠性。然而，作为采煤机可靠性最薄弱的环节，摇臂齿轮箱机械失效频繁，严重制约了采煤机起动速度的提高，影响了综采工作面的均衡生产。传统的摇臂齿轮箱状态监测有铁谱分析和振动检测方法。
关键词：摇臂齿轮箱；失效诊断；振动
采煤机截割部摇臂齿轮箱作为采煤机的关键部件，直接承担着综采工作面采煤机截割煤壁动力传递的重任，也是采煤机失效的高发区。根据近年来采煤机摇臂齿轮箱失效率的统计，采煤机的平均失效率达到34.2%，且有逐年上升的趋势。
1.国内外齿轮箱状态监测与失效诊断的现状
目前，国内外对齿轮箱失效振动诊断的研究主要集中在两个方面，一是铁谱分析技术的研究，二是齿轮箱振动状态监测与失效诊断的研究。
1.1铁谱分析技术：
铁谱分析技术的研究主要是针对特定设备建立基于计算机图像处理的铁谱分析库，提出铁谱分析判断的新理论，如中国矿业大学研制的旋转铁谱分析仪和近几年提出的岩屑群特征分析理论。
1.2齿轮箱失效振动分析：
从齿轮的机理、轴承和箱体振动失效、振动信号处理、人工智能技术的应用以及齿轮箱状态监测系统和仪器的开发四个方面进行了分析。
2.国内外齿轮箱振动监测与诊断现状
目前，国内外科研机构和企业在设备状态监测和失效诊断方面重点发展振动技术，并在实践中取得了良好的效果，在商业推广上取得了成功。
2.1齿轮箱振动失效机理分析
失效机理是以现代数学、线性和非线性动力学理论、动力学、材料力学、摩擦学、振动与噪声、物理学、计算机技术等多个学科为基础。根据研究对象的失效特性，结合数字仿真和实验研究，建立相应的设备失效数学物理模型，模拟失效的动态特性，最后通过实验验证和了解断裂的形成和发展过程，从而掌握失效的成因和特征的复杂关系。
2.2振动信号处理
信号处理和典型失效特征提取技术是通过对振动信号的有效分析和处理，提取出能够敏感反映设备运行状态的典型失效特征信息。齿轮箱振动信号的处理是齿轮箱失效诊断的关键。国内外学者在这一领域取得了重要成就。现代信号处理技术经历了一个从时域到频域的发展过程。
传统的时域分析包括时域波形分析、时域参数统计分析，包括最大值、峰值、平均值、均方值和方差，以及无量纲特征值指数，包括平方根振幅、平均振幅、均方振幅、峰度、波形指数、峰值。指标、脉冲指标、裕度指标等传统的基于傅立叶变换的频谱信号分析方法，如频谱分析、倒谱分析、细化分析、希尔伯特包络解调分析等。在指导齿轮箱等机电设备失效诊断的实际应用方面取得了很大的成果。
2.3齿轮箱失效诊断方法的分析
目前，齿轮箱失效诊断主要有振动信号处理诊断、油液物化诊断和铁谱分析技术诊断两种。由于齿轮传动特性的内部激励，齿轮箱中的齿轮、轴和轴承会产生正常的振动。如果齿轮箱发生失效，振动信号的幅值和频率分量将发生明显变化。根据齿轮箱的幅频变化特性和典型的振动特性，对齿轮箱失效进行诊断。
振动诊断方法可分为三种：简单、精确和自动智能诊断。简单诊断主要是对齿轮箱的振动信号值（一般速度值，俗称振动列车度）进行简单的周期性检测，并参照相关振动标准从趋势上观察齿轮箱运行状态的发展趋势。由于齿轮箱振动频率的复杂性，齿轮箱在出现失效时往往需要对失效进行定位和诊断，因此在工程实践中，需要进行精确的诊断。目前，齿轮箱失效诊断正从传统的振动信号时域分析、频域分析、时频分析发展到基于知识的人工智能诊断。近十年来，随着信号处理技术、人工智能技术的发展和相关理论的结合，变速箱失效诊断方法应运而生，并引起了国内外专家学者的广泛研究，如基于专家系统的失效诊断方法、基于专家系统的失效诊断方法、基于专家系统的失效诊断方法、基于神经网络的失效诊断方法、基于神经网络的失效诊断方法等，基于人工神经网络的失效诊断方法（如三层BP网络）、基于模糊理论的失效诊断方法和基于支持向量机的失效诊断方法等，在齿轮箱失效诊断的实际工程案例中也取得了良好的效果。
2.4齿轮箱状态监测系统和失效诊断仪器研制
目前，国内外对设备振动失效诊断系统和仪器进行了大量的研究和开发，国内外已有相当成功的成熟产品应用于工程实践，如瑞典SPM公司便捷的leonova集成设备状态检测系统、美国罗克韦尔公司的dp1500数据采集器、中国最早的北京振通检测技术研究所的904号振通采集器、em3000设备远程监控系统等郑州大学振动工程研究所运行管理系统和近十年来流行的基于PC机的虚拟仪器振动监测系统，如北京一迈特公司的emt690系统，在教学和工程实践中得到了广泛的应用，取得了较好的效益。
3.总结，齿轮箱失效诊断的发展是深入研究齿轮箱失效机理，综合多种诊断方法，优化数学力学模型，构建专家知识库，探索人工智能、神经网络和新的信号处理方法的研究与应用。基于虚拟仪器的设备状态检测与失效诊断系统与理论与实践的紧密结合将是目前齿轮箱失效诊断的发展方向。
参考文献
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作者简介：刘敬伯（1981-），性别：男河北省唐山市古冶区人，工程师，毕业于中国矿大（函授），主要从事矿井机电方面的管理工作。