采煤機搖臂齒輪箱故障診斷探析

李曉曦

（大同煤礦集團忻州窯礦機電科， 山西 大同 037021）

引言

采煤機作為煤礦生產的關鍵機械，在煤礦現代化發展過程中，發揮著非常關鍵的作用。由于采煤機工作環境相對惡劣，處于生產的一線，搖臂齒輪箱在具體工作過程中，經常出現各種類型的問題，因此，對采煤機搖臂齒輪箱故障診斷進行分析有著較為重要的意義。

1 采煤機搖臂齒輪箱結構分析

在采煤機工作過程中，搖臂齒輪箱屬于動力傳遞裝置，其主要是將采煤機電動機所產生的動力全部傳遞到采煤機的滾筒，滾筒在搖臂齒輪箱的作用下實現割煤作業。一般情況下，采煤機搖臂齒輪箱包含有兩級直齒圓柱齒輪與兩級行星齒輪。圖1是電牽引采煤機搖臂齒輪箱典型結構。從圖1可知，在減速運動過程中，有14個齒輪參與到其中，具體為A—N，其中，A、B齒輪屬于一級直齒圓柱齒輪減速，而C—H屬于二級直齒圓柱齒輪減速。I—K屬于一級行星齒輪減速，L—N屬于二級行星齒輪減速。整體構建成為了四級減速系統。

圖1 電牽引采煤機搖臂齒輪箱典型結構

2 采煤機搖臂齒輪箱故障常用的診斷方法

從當前搖臂齒輪箱故障診斷情況來看，其主要使用的方法有：信息分析法、資料分析法、振動分析法及觀察法。

第一是信息分析法。從當前搖臂齒輪箱故障診斷來看，選擇使用信息分析法，這種方法較為簡潔，主要是通過采煤機上的故障顯示器將相關的信息顯示出來，維修技術人員根據顯示的信息對搖臂齒輪箱可能存在的故障進行診斷。通常情況下，這種方法單獨使用的情況較少，會與其他方法合并使用[1]。

第二是資料分析法。這里的資料是根據以前的搖臂齒輪箱維修記錄和維修技術人員先前的維修記錄及個人經驗，對搖臂齒輪箱是否存在故障、存在何種類型的故障進行判斷，得到搖臂齒輪箱出現故障的原因，在一定程度上這種方法與維修技術人員的個人經驗有著非常直接的關系。

第三是振動分析法。振動分析主要是對搖臂齒輪箱工作過程中出現的振動情況進行分析，主要包含有振平診斷法、噪聲診斷法及沖擊脈沖法等，從當前這種方法的實際應用情況來看，可取得較好的診斷效果。

第四是觀察法。主要是對搖臂齒輪箱使用過程中表現出的各種表象，例如搖臂齒輪箱是否完好無損、是否存在尺寸變化等，通過對比分析的方法，找出前后之間的差距，找出出現問題的癥狀，并結合搖臂齒輪箱實際運營情況，制定出相關的維修措施。

3 采煤機搖臂齒輪箱故障診斷及處理措施

采煤機搖臂齒輪箱是采煤機設備的所有零件中最易出現故障的一個零件，機械振動是如今經常使用到的設備故障中的診斷技術，同樣也適用于對采煤機搖臂齒輪箱故障原因的研究工作，能夠使得診斷結果更加符合實際情況與理論知識方面的標準。齒輪箱內傳動系統包括軸、軸承、齒輪、箱體與其附屬的聯軸器、原動機等，從而形成了非線性的振動系統[2]。因此在研究采煤機搖臂齒輪箱發生故障的原因時，可以充分利用設備的這一特點來使用振動動態分析的方法來深入分析齒輪系統、信號調制與故障失效等問題的原因，再把研究結果與具體的工作情況相結合進行全面的考慮，從而得出切實有效的解決方法。

3.1 滾動軸承振動故障診斷

滾動軸承故障是機器發生故障的常見類型，滾動軸承振動故障是搖臂齒輪箱故障的主要原因之一，其故障機理如圖2所示。齒輪箱的滾動軸承振動故障包括損傷性故障與磨損性故障。損傷性故障主要聚集在軸承原件的外層，有較高的危險性，其為突發的故障，前期的判斷通常無法正確識別故障，也就做不到及時制止，所以損傷性故障也是工作人員在工作時應重點關注的一種故障。磨損性故障與損傷性故障的區別是磨損性故障是緩慢的，而非一蹴而就的，其是在日積月累中而形成的，所以在診斷故障時也應使用正確的診斷方法來分析出故障的發展趨勢，從而使用合理的方法進行遏制。

圖2 滾動軸承振動故障機理分析圖

3.2 振動故障信號頻率特征分析

采煤機搖臂齒輪箱在出現故障時，齒輪工作會發生異常狀態，從而發出不斷增強的非規律性振動信號，故障情況也蘊含在其形成的信號頻譜內，因此研究頻率具體的變化情況就可以對故障進行正確的分析。在研究時，可以分析設備的工作環境、材料與熱處理情況、形式等方面的差異，對故障進行分類，并識別齒輪磨損、斷齒故障、齒輪誤差、軸承疲勞等問題的信號頻譜，分析采煤機搖臂齒輪箱是否發生故障與出現故障的具體原因，提高采煤機搖臂齒輪箱故障分析的準確率與工作的效率。例如圖3所示，是軸承發生損傷部位在運行過程中與接觸部件發生撞擊而產生的故障振動頻率。通過軸承的振動頻譜可以看出其分為低頻段、中頻段和高頻段三個階段，其中低頻段即為軸承振動的故障特征頻率。

在低頻段區域的信號極易受到振動的干擾，且在軸承故障初始時間段該區域所反應的局部損傷特征頻率信號的能量相對較弱，因此在軸承發生故障的初始時期無法對具體故障原因做出準確判斷，但可以診斷得知軸承的安裝存在不合理情況，以及保持架發生形變等故障。在中高頻段的頻率相對較大，通過分析后可以診斷出軸承的早期故障原因。

圖3 滾動軸承故障特征頻率示意圖

4 降低采煤機搖臂齒輪箱故障的相關措施

4.1 合理選擇材料

采煤機搖臂齒輪箱有著大量的組成材料，與人體類似，只有擁有強壯的身體才可以減少疾病，采煤機搖臂齒輪箱也需有高質量的材料，才可以降低故障的發生概率。在選擇材料時，應以高質量且兼顧經濟為原則，與采煤機搖臂齒輪箱的實際工作環境相結合，來選擇合適的組成材料。不但要保證選用材料在韌性與剛性上達到采煤機的工作標準，還應兼顧采煤機搖臂齒輪箱工作時的機油與密閉性。

4.2 提高齒輪箱設計水平

采煤機搖臂齒輪箱出現故障不但是工作強度過高、工作環境惡劣等方面，還與采煤機搖臂齒輪箱的制作材料相關，使用高質量的材料，擁有高水平的技術，可以令采煤機搖臂齒輪箱有先天的抗故障能力。所以，在降低采煤機搖臂齒輪箱故障的方法上，首先要提升采煤機搖臂齒輪箱生產的設計水平，認真研究搖臂齒輪箱發生故障的原因，重視齒輪箱內的齒輪咬合的情況，將設備自身反應與采集機器最佳工作的物理形態信息相結合，來分析出設備易出現故障的具體位置，具有一定針對性地提高使用材料的質量與設計水平，以此來提高采煤機搖臂齒輪箱工作的穩定性[3]。

4.3 科學使用與保養

應在制作中使用一定的方式來降低采煤機搖臂齒輪箱故障發生率，也應在使用中正確使用、維護科學，從而延長采煤機搖臂齒輪箱設備的使用時間，降低設備的故障發生率。可以通過管控采煤機搖臂齒輪箱的工作強度與時間，來使機器內齒輪的負荷水平降低，從而延長使用時間。并且還應重視采煤機搖臂齒輪箱的維護工作，提高設備的維護頻率，使用高水平的維修技術，對設備進行高水準的維修與保養，減少齒輪發生磨損故障的概率，并選取正確的診斷方法，前瞻性地減少故障的發生，從而延長設備的使用壽命。

4.4 全面加強對搖臂齒輪箱故障診斷人員的培訓

針對當前搖臂齒輪箱故障較多的實際，全面做好診斷工作對人員的綜合素質水平有著較高的要求，這就需要煤礦全面重視搖臂齒輪箱故障診斷人員的培訓，通過采取復合型培訓的方式，提升其理論水平及實踐能力，較好增強人員整體工作效能，這可以更好地降低搖臂齒輪箱出現故障的概率，增強搖臂齒輪箱診斷效果。

5 結語

全面做好采煤機搖臂齒輪箱故障診斷對于提升搖臂齒輪箱工作效能有著非常重要的意義，但是從當前搖臂齒輪箱故障診斷情況來看，在很多方面還有著較大的提升空間，因此，這就需要煤礦企業在生產過程中，切實認識到做好搖臂齒輪箱故障診斷的重要性，從企業生產實際出發，采取針對性的措施，全面提升搖臂齒輪箱故障診斷效果，全面提升采煤機的運行效率。