机械装备齿轮故障诊断技术研究

摘要：研究齿轮的理化性质的根本目的是为了实现早发现、准诊断齿轮的故障，使各型设备的使用寿命和工艺水准都提高。齿轮振动信号进行故障诊断是目前经常用到的一种诊断方法。加速度传感器采集齿轮振动信号，在利用包括传统时域及频域分析在内的多种分析手段，从而根据情况判断齿轮故障。该方法的主要优点是在不开箱的情况下、反而拥有较低的成本和较强的时实性，缺点是有较高的检出限。利用振动信号的故障诊断办法进行分析，在提到常见时域及频域分析层面上，引出基于特向选择、特向优化且与分类函数结合的先进齿轮故障判别方法。基于稀疏滤波的特向优化技术是目前基于振动信号进行齿轮故障诊断的发展方向。

关键词：机械装备齿轮，故障诊断，速度加速器

前言

在中国近几年的经济快速增长中，其中非常重要的一部分是煤炭资源。然而，煤矿机械的性能问题是我们首先要想到的。由于机械设备启动以后运行时间都很长，而且机械在工作环境一般都很恶劣，这样的情况下对企业在煤矿设备维护与保养方面的考验很严格。齿轮及齿轮箱处于工作状态时， 齿轮箱的振动与噪声、齿轮传动轴的扭振、齿轮齿根应力分布、润滑油温度及油中磨粒的含量及其形态等构成都是影响其运行时候的状态和故障的的主要因素。相关资料显示，机械振动引起的机械设备故障大约占到70%左右，齿轮问题引发的机械振动是主要原因之一。齿轮在机械设备中起着承受和传递载荷的作用，设备的整体性能直接影响因素是它们的运行状况，因此需要不断进一步的优化及运用煤矿机械的故障诊断技术。

一、机械齿轮断裂主要原因

煤矿机械工作导致齿轮断裂的原因主要有以下几个方面：a）在轴承的内部中滚道出现不同程度的损伤，接触面是否平整光滑，从而导致齿轮断裂；b）由于轴承在工作时受力不均匀，导致齿轮断裂；c）齿轮本身存在质量缺陷，使得齿轮抗拉强度低于标准值，导致齿轮的使用寿命大打折扣，导致齿轮断裂d）齿轮承受的静载荷高于可接受范围，直接影响该齿轮的较薄位置，使得齿轮断裂；e）齿轮在超过寿命周期时仍在继续使用，导致因过度使用而使得齿轮断裂；f）齿轮所承受的静载荷超过自身极限，从而因载荷过大而导致断裂。

二、提高机械故障维修技术水平的可行性措施

2.1 运用先进的润滑技术

经过大量的检测数据报告我们不难发现，煤矿机械设备由于不停歇工作从而使摩擦比较严重导致事故发生的概率很大，由于磨损导致齿轮不正常工作，进而使煤矿主要设备发生故障并影响生产各个环节。鉴于此，润滑技术就显得尤为重要，对机械设备的重复使用率有效提高，机械的使用寿命延长都有着重要意义。同时，机械的润滑、定期保养以及检修必须得到足够的重视，这样才能使机械的使用价值充分发挥。需要注意的是，机械的润滑必须定期进行，且必须是高质量的润滑。

2.2 尽可能地使用新型材料

现代科技发展速度越来越快，各种新型材料逐渐崭露头角，机械设备本身强度不足、疲劳磨损、超负荷运转等问题也逐渐减少。在这种趋势下，可以从齿轮的涉及到制造过程中充分利用先进的技术和材料对其进行升级换代，可以在设备后期维护上更加得心应手，再通过合理的淬火处理，这样得到齿轮就是物品们需要的符合标准的齿轮，只有齿轮符合我们的要求，有才能使机械设备能够正常运行

2.3 提高技术人员的专业水平

由于现在的煤矿企业分工非常细，使得工种分类变得越来越精细，企业内部工作人员职责越来越明细。这样虽然对企业的工作效率有很大的提高，如果在突然情况下发生事故，就要求现场技术人员拥有较高的专业技术水平进行问题解决，否则工作人员很容易慌乱，这样不仅仅会浪费最佳抢救时间，还会对维修工作加大难度。比如：在煤矿企业中，负责皮带运输的操作工，不熟悉其他岗位工种的操作技能，基本专业知识不是很了解，这时候如果其他机械设备出现问题，皮带司机根本没有办法去进行补救，导致生产环节受到影响；而如果这名皮带司机还掌握其他机械设备的相关工作原理和简单的维护保养知识，当其他机械设备出现问题时，就可以在其他技术人员不在场的情况下自行解决问题，这样不仅提升了企业的工作效率，还可以更好地维护与保养设备，避免事故进一步扩大。

三、机械故障诊断技术的实际应用

3.1 油液磨屑分析检测诊断技术

目前，煤矿企业对机械设备进行故障诊断时经常用到的是油液磨屑分析。油液磨屑分析检测诊断技术的原理为：从一定的油液中随机提取样本，通过光谱分析仪，对所提取的样本进行详细的分析，并将其与铁谱进行对比，最后再根据对比结果，对机械的运行状况进行全面的分析，了解机械的磨损状况和设备的损坏程度。

3.2 红外测温诊断技术

煤矿企业除了使用油液磨屑分析检测进行诊断外，红外测温诊断技术也是煤矿企业常用检测方法。红外测温诊断技术的原理为：检测机械不同部位的温度参数是不相同的，如果在我们实时机械的设备材料温度升高，则有可能是机械某个地方烧坏或者出现磨损，并且机械的工作能力会丧失，导致机械运转无法正常进行，进而使工作进度受到影响。若煤矿企业机械发生故障，及时有针对性的对生产设备进行红外测温诊断技术诊断，可以提高问题检出速度早发现早维护，确保机械保持正常的运行，从而延长其使用寿命。

3.3 无损检测技术

在检修过程中，应用无损检测技术对设备进行探伤实验，比如渗透、磁粉、射线等，在不损伤零件的情况下，对机械的运行状况进行检测，确保齿轮零件没有损伤。

3.4 振动检测诊断技术

振动检测诊断技术的原理为：当振动或者异响出现在机械在运行的时候，可可以大致判断为机械出现故障缺陷，详细的诊断和分析振动或异响进行详细，可以判断机械运行状态及故障信息。因此，技术人员可以利用振动检测诊断技术更好、更快捷地发现问题。

广泛性和多维性是煤矿机械设备的振动参数具有的特点。设备在不停机的情况下利用振动检测诊断技术可以提高效率，减少不必要的损失。而且该检测可行性尤其的高，诊断更加直观。若故障出现在机械设备在运行时候，完全可以对其内部和外部应用该技术进行故障检测。煤矿企业在机械诊断中优先考虑这种检测技术，企业通常在不同的情况下选择不同的方式来进行检测。通常包含磁粉、声全息、超声波等不同检测形式。

结论

随着机械在工业中的作用越来越重要，行业不断涌现出各种技术先进的机械设备，对这类设备齿轮传动故障诊断技术要求也是逐渐提高。现如今诊断齿轮裂纹的的技术经已基本成熟，各种故障诊断方法都能够有效诊断非线性、非平稳的齿轮故障振动信号在齿轮裂纹故障变化，诊断效率和准确性上根据不同方法略有差别。在这一方面，对齿轮故障信号分别运用各种检测方式进行检测具有较大优势，因此如何利用各种检测方法对设备进行检测，提高效率和准确性，将成为齿轮裂纹故障诊断研究的未来科研重点和发展方向。

齿轮裂纹故障诊断技术的理论研究和实验验证大多基于实验室或实验平台， 应用于工程实际时有可能会存在较大出入，因此紧密结合实际工程背景提出有效的齿轮裂纹故障诊断技术，能极大提高故障诊断技术的工程实用性。

参考文献

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