神華準能煤礦吊斗鏟故障診斷分析

郝曉東，周曉明

（艾默生過程控制有限公司，上海 201206）

0 引言

吊斗鏟是露天采礦作業的主要挖掘工具，也是目前使用的最大型挖掘設備。內蒙古鄂爾多斯神華準能煤礦礦坑中運行的吊斗鏟（圖1）工作環境惡劣，吊斗鏟工作時的重載電機和齒輪箱時刻處于較大變載荷工況下運行，復雜苛刻的工況使得吊斗鏟拖拉滾筒和提升滾筒軸承、齒輪箱齒輪和軸承、電機軸承等部件易發生突發性損壞，加速部件損壞，造成非計劃性停機，給煤礦生產造成了不必要的經濟損失。

圖1 吊斗鏟作業現場

為了避免吊斗鏟出現非計劃性停機，更好把握吊斗鏟的健康狀態，實現吊斗鏟全生命周期的管理，準能煤礦于2019 年利用AMS（CSI）2140 振動分析儀對吊斗鏟進行振動信號的數據采集和設備狀態分析，準確檢測出吊斗鏟拖拉滾筒振動異常，判斷拖拉滾筒滾動軸承存在故障，經檢修驗證了振動分析結果的準確性。

1 吊斗鏟拖拉滾筒振動故障分析

1.1 設備概況

吊斗鏟作業過程中，拖拉滾筒負載較大，轉速較低，無穩定轉速。拖拉滾筒軸承為圓柱滾子軸承FAG 809482，使用加速度傳感器測量拖拉滾筒驅動端（電機側）和拖拉滾筒非驅動端（滾筒側）水平方向瞬態PeakVueTM振動數據。

圖2 拖拉滾筒測點布置

1.2 CSI 專利技術峰值檢測（PeakVueTM 技術）

PeakVueTM技術是一種應力波技術。金屬之間的磨碰和沖擊會產生應力波，比如因軸承外圈損傷導致軸承油膜失效引起的滾動體與外圈碰撞產生的應力波。應力波頻率成分高，易衰減，能量較低，一般隱藏在背景噪聲能量中，使用常規的振動采集方法很難捕捉。PeakVueTM技術專門用于捕捉應力波，其擁有102 400 Hz的高頻采樣技術和快速的數據處理能力，將采集的數據進行峰值提取，獲得PeakVue（峰值）時域波形，然后通過FFT（Fast Fourier Transform,快速傅里葉變換）得到PeakVue 頻譜，因此PeakVueTM技術能夠更準確地顯示損壞根源和故障的嚴重程度。

PeakVue 采用固定的102 400 Hz 采樣頻率采集沖擊信號，因此不受采樣定律的限制，高速和低速設備均可使用。

1.3 高級瞬態功能模塊

使用先進的瞬態分析功能，可以長時間記錄原始振動信號，供后處理和分析使用，對于渦輪機組、設備啟停機或短周期工作循環機械等的診斷相當必要。AMS（CSI）2140 是將瞬時波形數據作為一個連續的數據塊采集下來，而不是采集成多個較短的數據塊再用軟件拼接起來。這種連續的數據可確保在采集或診斷過程中不遺漏任何數據。所有的數據可直接在AMS（CSI）2140 中查看，同時可以用AMS 設備健康管理系統實況回放。

針對低速重載吊斗鏟設備，AMS（CSI）2140 高級瞬態功能模塊可以同步采集長時間的連續時域波形數據和PeakVue 數據，用于分析低速重載設備的軸承狀態非常有效。神華準能煤礦吊斗鏟的振動檢測，就是使用高級瞬態功能模塊進行數據采集。

2 振動分析

2.1 拖拉滾筒驅動側（電機側）軸承

圖3 為吊斗鏟拖拉滾筒驅動側軸承2019 年4 月17 日采集的瞬態數據，PeakVue 波形中存在顯著的周期性沖擊特點，沖擊幅值約為1.9 G’s，沖擊周期約為0.168 s（5.95 Hz）。因此可以得出結論：拖拉滾筒驅動側軸承處于中晚期損傷。

圖3 拖拉滾筒驅動側軸承PeakVue 瞬態時域波形

2019 年12 月檢修吊斗鏟滾筒，拆下軸承后發現軸承滾道存在顯著剝落并有較深的劃痕（圖4）。

圖4 拖拉滾筒驅動端檢修結果

2.2 拖拉滾筒非驅動側軸承

圖5為吊斗鏟拖拉滾筒非驅動端2019 年4 月采集的PeakVue 瞬態數據。PeakVue 波形中存在周期性沖擊信號，但高沖擊部分的周期較長，約6 s，應該不屬于軸承問題，初步判定是滾筒啟停時產生的沖擊，與該軸承間隙過大有關。因此得出結論：軸承早期故障。

圖5 拖拉滾筒非驅動側軸承PeakVue 瞬態時域波形

2019 年12 月對吊斗鏟滾筒檢修，拆下軸承后發現軸承滾道存在輕微銹蝕和壓痕（圖6），相較驅動側軸承，該軸承整體狀態良好，未見明顯損傷。

圖6 拖拉滾筒非驅動側檢修結果

3 結論

（1）較低轉速、高負載，短期內變速循環作業的吊斗鏟設備，使用PeakVue 瞬態數據采集方式，可以得到軸承故障的沖擊特征，并能區別工況沖擊引起的沖擊特征。

（2）使用AMS（CSI）2140 振動分析儀的PeakVueTM技術，結合PeakVue 瞬態數據采集模塊，可以準確把握類似吊斗鏟低轉速設備的軸承故障特點，準確把握軸承損傷的嚴重程度，以提高設備運行的可靠性。