礦用裝運減速器滿載頻域分析*

康鵬

(中國煤炭科工集團 太原研究院有限公司，山西 太原 030006)

0 引言

礦用裝運減速器結構復雜，具有承載力大、可靠性高等特點，在采掘工作面的復雜工況下承擔著裝載和輸送的任務，是保證煤炭開采效率的關鍵部件[1-2]。

礦用裝運減速器的布置空間在有限使用環境中，當大快煤炭憋卡時,必須依靠履帶所產生的驅動力作為進給力來破碎煤巖，導致裝運減速器履帶所承受的載荷十分復雜，非常容易發生輸出軸斷裂、輪齒損壞、結構變形等故障。井下條件有限，不利于維修更換，從而影響采掘工作面的工作效率，嚴重制約煤礦生產。為提高安全生產效率，對礦用裝運減速器進行測試有著重要意義。

1 礦用裝運減速器結構與測點布置

測試應用加速度振動傳感器來反映設備在工作過程中受到的各種沖擊力后的振動幅值變化情況，對設備狀態進行分析研究，對裝運減速器的振動特性進行分析[3-5]。

1.1 基本結構

礦用裝運減速器共5級減速，如圖1所示。第一級由小錐齒輪軸1和大錐齒輪軸2組成；第二級為行星級，由太陽輪3、行星輪4和內齒圈5構成；第三級由直齒輪6和直齒輪7嚙合；第四級由小直齒錐齒輪8和大直齒錐齒輪9組成，輸出軸連接耙爪，負責煤炭的裝載；第五級輸出由小直齒錐齒輪10帶動刮板輸送機鏈輪。

1.2 測點布置

根據減速器結構特點及動態特性，為更好地測量裝運減速器運行性能，確定布置測點的原則：

1) 基于減速器每一級都有測點。

2) 為得到較大的振動信號，測點選在齒輪嚙合處或軸承外殼處。

圖1 礦用裝運減速器結構圖

根據礦用裝運減速器的結構，設置了8個測點：測點1布置在高速箱輸入端軸承徑向；測點2布置在一級小弧齒錐齒輪軸承徑向；測點3布置在一大級弧齒錐齒輪軸承徑向；測點4布置在二級行星組件軸承徑向；測點5布置在三級圓柱齒輪軸承徑向；測點6布置在四級圓柱齒輪軸承徑向；測點7布置在五級錐齒輪軸承徑向；測點8布置在鏈輪輸出端軸承徑向。8個測點全部采用單向傳感器。

2 試驗系統搭建

試驗采用模擬實際工作狀態的固定方式。對頻率分析來說，實際工作狀態的固定方式是最優邊界模擬。在現場振動試驗中，實際安裝中的結構原型具有實際工作狀態的固定方式，無需做任何變動，盡量模擬現場的安裝條件。

2.1 礦用裝運減速器振動系統

礦用裝運減速器振動系統由3部分組成：同步加載電動機系統、數據采集系統和測試減速器。同步加載電動機系統運用直接轉矩控制技術對電力測功機實行轉矩控制，一臺電動機用于拖動，另一臺用于加載；數據采集系統由數據采集系統包括LMS公司48通道數據分析儀、壓電式單向加速度傳感器、筆記本電腦、信號線和電源等；測試減速器采用兩臺減速器對拖方式，其中一臺為被試機，另一臺為加載機。礦用裝運減速器測試結構模型見圖2。

針對高校非計算機專業培養目標的差異性和目前Access數據庫教學中存在的問題，本文建議從以下幾個方面展開教學方法的改革。

圖2 礦用裝運減速器測試結構模型圖

2.2 試驗系統

試驗系統組成包括：被試減速器、單向加速度傳感器、LMS 信號采集儀。采集儀參數設置，除傳感器固有的靈敏度設置外，設置采樣頻率4 096 Hz，頻率分辨率4 Hz，試驗工況為滿載。測試現場如圖3所示。

3 測試結果與分析

3.1 測試結果

振動數據的后處理，除邊緣值外，使用hamming窗函數，它比rectangle窗函數辨識精度更高，且取2分段時精度最高，數據段邊緣的畸變對精度影響更小。測試采用hamming窗函數對數據處理，精度誤差小。

布置在高速箱輸入端軸承徑向測點1振動頻譜如圖4所示。

圖4 高速箱輸入端軸承徑向測點1振動頻譜圖

布置在一級小弧齒錐齒輪軸承徑向測點2振動頻譜如圖5所示。

圖5 一級小弧齒錐齒輪軸承徑向測點2振動頻譜圖

布置在在一級大弧齒錐齒輪軸承徑向測點3振動頻譜如圖6所示。

圖6 一級大弧齒錐齒輪軸承徑向測點3振動頻譜圖

布置在二級行星組件軸承徑向測點4振動頻譜如圖7所示。

圖7 二級行星組件軸承徑向測點4振動頻譜圖

布置在三級圓柱齒輪軸承徑向測點5振動頻譜如圖8所示。

布置在四級圓柱齒輪軸承徑向測點6振動頻譜如圖9所示。

布置在五級錐齒輪軸承徑向測點8振動頻譜如圖11所示。

圖8 三級圓柱齒輪軸承徑向測點5振動頻譜圖

圖9 四級圓柱齒輪軸承徑向測點6振動頻譜圖

圖10 五級錐齒輪軸承徑向測點7振動頻譜圖

圖11 五級錐齒輪軸承徑向測點8振動頻譜圖

3.2 測試分析

1) 測點1、2、3、4主要頻率成分包括：23.5 Hz、47.5 Hz、105.5 Hz、211.5 Hz、379.5 Hz、759.5 Hz。

由裝運減速器設計參數得知，輸入軸轉頻為23.75 Hz，因此23.5 Hz、47.5 Hz、105.5 Hz、211.5 Hz這些頻率成分為輸入軸轉頻及其倍頻成分，一級弧齒錐齒輪嚙合頻率為380 Hz，因此可知，379.5 Hz、759.5 Hz為一級弧齒錐齒輪嚙合頻率及其倍頻成分。

2) 測點5主要頻率成分包括：379.5 Hz、759.5 Hz，由減速器設計參數得知，測點5主要頻率成分為一級弧齒錐齒輪嚙合頻率及其倍頻。

3) 測點6、7、8主要頻率成分包括：211.5 Hz、379.5 Hz、759.5 Hz。由減速器設計參數得知，測點6、7、8主要頻率成分為輸入軸轉頻及其倍頻、一級弧齒錐齒輪嚙合頻率及其倍頻。

4) 減速器各個測點邊頻成分具備一致性，均為23.5 Hz及其倍頻成分，故得知各個測點邊頻成分為輸入軸轉頻及其倍頻。

4 結論

通過以上分析結果得知，礦用裝運減速器低頻段(0 Hz～300 Hz)載波頻率為輸入軸轉頻及其倍頻，高頻段(300～1 000 Hz)載波頻率為一級弧齒錐齒輪嚙合頻率及其倍頻，調制頻率為輸入軸轉頻及其倍頻。

由測試試驗及信號分析得到礦用裝運減速器典型的振動幅值頻率，并清晰地看到減速器各傳動級的基本振動趨勢。礦用裝運減速器加載后主要的振動典型頻率發生在379.5 Hz及其倍頻上，其幅值強度把其他的典型振動頻率壓得很低，并且影響到減速器的每一級。