杨宏伟 王庆磊
内蒙古包钢钢联股份有限公司巴润矿业分公司 内蒙古包头市014080
摘要：提升机减速器结构复杂，传统的故障诊断方法是用时域与频域分析法来判断故障，只能大致判定故障类型与位置，诊断效果不佳。基于此，本文采用小波分析法对提升机减速器故障进行诊断，便于提升机的及时维护，从而更好地保障提升机的安全运行。
关键词：提升机；减速箱；故障；诊断技术
矿井提升机是矿井的关键设备，齿轮减速器的运行直接影响提升机的工作。齿轮故障约占齿轮箱故障的60%，因此，齿轮的制造、装配和维护质量是保证提升机正常运行的关键。在提升或下放提升机的过程中，减速箱承受的载荷也在不断变化。
一、提升机减速器故障诊断的重要性
在提升机中，减速器是一个重要的零部件。由于提升机的工作环境恶劣，周边有许多污染物，因而提升机在工作中强度大，若提升机减速器产生故障，很可能会对其安全性产生影响，提升机减速器极易受外界因素的干扰及结构相对较为复杂，减速器传递的振动信号都是非平稳信号，造成釆集信号的过程中具有一定的难度。在监测诊断减速器的过程中，若能有效读取信号，可降低不安全因素，让维护成本大幅降低，能有效为企业减少损失，传统的频域分析法、时域分析法较为直观简单，在减速器故障信号初步分析的过程中非常适合，但无法对故障产生的类型和故障部位进行精确判断。
二、提升机减速器常见故障
1、齿轮损伤与失效。齿轮损伤与失效是最为多见的问题，主要是减速器相关部件出现的问题，在实际工作中，故障表现为齿轮呈现了不规则的开裂和断齿、齿面产生长期作业的疲劳，形成齿面损耗变形等问题。这些问题的产生有着多种成因，有一些齿轮开裂有可能与铸造出厂的缺陷有关，材料使用不当，工艺流程不规范，极易在使用中出现问题，同时，也与人为操作不当有直接关系，齿轮使用中来自外部应力大于内部抗拉能力，所以也会出现开裂情况。设备使用中，断齿与机械设备长时间高强度运行，齿轮与齿轮间就会产生连续不断的摩擦力，时间一长，齿轮强度就会相应降低，最后致使齿轮局部断裂。齿面疲劳和损耗也与齿轮间不断滑动摩擦有直接关系，除生厂商问题外，还存在轮间润滑不够，导致齿轮承受应力过多，从而出现变形问题。
2、轴承的损伤与失效。运转中无法直接观察轴承，只能通过对噪声、振动、温度、润滑剂等状况的监测，来分析轴承异常，从而对检修人员的个人经验提出了很高要求。为了判断拆下的轴承能否继续使用，应重新检查尺寸精度、旋转精度、内部游隙，并检查各零件的表面是否有损伤。通过分析轴承损伤原因，及时采取相应对策，改善轴承使用条件，并补充轴承备件。
3、箱体变形。提升机的箱体使用期限、刚度、强度是工作能力的重要影响因素。通常保证刚度满足要求，便可满足强度规定。若存在特殊情况，便需采用有限元分析方式了解箱体结构，以此来提高箱体设计稳定性，期间还可节约材料，控制成本。安装前，运输起吊会使箱体变形，技术人员需在安装期间将这一问题解决。
4、润滑油泄漏。润滑油主要是保证各部件间的有效运行，减速箱内装有大量润滑油，在运行中会产生振动，若箱体密封不严，就会出现润滑油泄露现象，长期运行，齿轮磨损就会越发严重，随着运行速度的增加，设备温度就会不断升高，从而产生噪声。
三、提升机减速箱的信号分析
XKT2×3.5×1.7-20型提升机中,ZHLR-170型减速箱为两级圆柱齿轮减速箱,各轴均采用滑动轴承。
为提升机匀速提升阶段的振动信号时域图,采样频率为4000 Hz,分析频率为2000 Hz,采样点数为8192,频率分辨率为0.4883Hz。
在对振动信号频率结构分析的基础上,通过对各种小波特性的分析对比研究,选用具有较好时频局部化特性的Db14正交小波包对提升机齿轮箱进行故障诊断研究。将振动信号进行4层小波包分解,在分析频率(0～2000Hz)范围内可得到24=16个等带宽的信号,每个频带带宽为125Hz。
根据各级齿轮传动啮合频率所在的频带,对提升机减速箱振动信号相应的六个频带的信号进行分析。振动信号经小波包分解得到的第4层第1频带信号频率范围是0～125Hz,其时域信号及其功率频谱,63.9648Hz对应于第二级齿轮啮合频率,对应的幅值为0.162597。
原始信号经小波包分解得到第4层第2频带信号的时域信号及其功率频谱图,其频率范围是125～250Hz,图中128.063Hz(0.022223)、192.871Hz(0.103704)和228.752Hz(0.274074)分别对应于齿轮传动二级啮合频率的二次、三次谐波和三次谐波的边带成分(3fg2+3f1)的频率和相应幅值(m/s2),由于其幅值较小,说明二级传动不是引起减速箱振动的主要原因。
小波包分解第3层第2～4频带和第1层第2频带的时域波形图及其相应的功率谱图,频率范围分别是250～500Hz、500～750Hz、750～1000Hz和1000～2000Hz。271.229Hz(0.453524)、543.645Hz(1.26136)、815.038Hz(5.78947)和1085.940Hz(3.41951)分别为第一级齿轮传动的啮合频率、二次谐波、三次谐波和四次谐波的频率和相应幅值(m/s2),幅值依次增大。
从以上小波包分解六个频带振动信号的频谱图可看出,齿轮一级传动的振幅远大于二级传动的振幅,是引起提升机齿轮箱振动的主要原因。一级传动的啮合频率的二次谐波、三次谐波和四次谐波均远大于其啮合频率,说明一级传动存在严重磨损。由于一级传动齿轮磨损,一级啮合频率及其高次谐波为齿轮箱高速轴、中间轴频率所调制,表现为一级啮合频率及其高次谐波出现丰富的边频带成分。其中fg1+3f1(307.129Hz)和2fg1+6f1(615.520Hz)对应的幅值较大,尤其是fg1+3f1对应的幅值远大于一级啮合频率的幅值,可判断一级传动的故障发生在一轴所在齿数为22的齿轮上。
四、提升机减速器故障排除
1、齿轮。采用硬齿面齿轮提高齿轮强度与承载能力。硬齿面齿轮设计采用我国渐开线圆柱齿轮承载能力计算方法，通过结合现场使用情况，以及实际制造水平，确定合理的使用系数，可保证齿轮强度设计安全可靠。齿轮用钢，要求钢材具有强度高、韧性好、综合力学性能优良、加工性能好的特点。热处理是材料获得预期性能的关键，优良的材料只有通过适宜的热处理工艺过程才能获得相应的优良组织状态和性能。在计算齿轮强度时，正确计算设备的每天工作时间、正确确定工况系数、减少富余量，可优化齿轮设计。
2、轴承。滑动轴承在提升机减速器中有着广泛应用，流体动压轴承在实际应用期间，因两摩擦副间有油膜存在，因此，能减少摩擦力，保证滑动轴承在运行中平稳运行，避免轴承出现故障，降低维修时间与成本，以及各种事故的发生机率。
3、箱体。通过对现场减速器运行的实际情况分析，提升机减速器箱体故障的排除，需从刚度、强度、可靠性三点入手。首先，箱体刚度。针对提升机减速器的运行环境、强度等展开深入分析，采集箱体刚度的有效数据，再由技术人员对这些数据进行分析，提炼出有价值的对策，使箱体刚度达到最佳；其次，箱体最大冲击载荷优化计算，按计算所得数据提高强度；最后，通过有限元分析法分析减速器的箱体结构，并利用设计的方式加强其可靠性。
五、结论
小波包分析法可将振动信号分解到不同频带上,实现信噪分离和微弱信号的提取,是进行故障诊断的有效手段。利用Labview实现小波包分解和功率谱分析相结合的方法,对XKT2×3.5×1.7-20型提升机减速箱进行故障诊断,分析结果表明本方法准确、可靠,能满足实际工程需要。
参考文献：
[1]张永强.小波包分析在提升机减速器故障诊断中的应用[J].煤炭技术，2015(07).
[2]赵廷钊.提升机减速箱故障诊断技术研究[J].煤矿机电，2015(02).