為進(jìn)一步提升采煤機(jī)在綜采工作面的開(kāi)機(jī)率，針對(duì)采煤機(jī)搖臂齒輪箱為薄弱的環(huán)節(jié)之一，在對(duì)采煤機(jī)搖臂齒輪箱結(jié)構(gòu)進(jìn)行分析的基礎(chǔ)上，對(duì)搖臂齒輪箱的故障類(lèi)型進(jìn)行分析，對(duì)搖臂齒輪箱不同故障對(duì)應(yīng)的振動(dòng)信號(hào)特征進(jìn)行分析，并結(jié)合有效的診斷策略精準(zhǔn)完成搖臂齒輪箱故障的診斷。實(shí)際應(yīng)用表明，該齒輪箱故障診斷技術(shù)應(yīng)用效果較好。

　　采煤機(jī)為綜采工作面的關(guān)鍵設(shè)備，承擔(dān)著工作面煤層的截割和落煤任務(wù)。在當(dāng)前高效率、高安全生產(chǎn)發(fā)展方向的大背景下，結(jié)合工作面高強(qiáng)度、大功率的生產(chǎn)需求，對(duì)采煤機(jī)的性能提出了更高的要求。經(jīng)實(shí)踐表明，采煤機(jī)搖臂齒輪箱為其相對(duì)薄弱的環(huán)節(jié)，在實(shí)際生產(chǎn)中頻繁地出現(xiàn)事故。據(jù)統(tǒng)計(jì)可知，由于搖臂齒輪箱故障導(dǎo)致采煤機(jī)故障的比例高達(dá) 34.2%，該項(xiàng)指標(biāo)已經(jīng)影響到采煤機(jī)的開(kāi)機(jī)率，進(jìn)而影響工作面高效率的生產(chǎn)。本文重點(diǎn)針對(duì)采煤機(jī)薄弱環(huán)節(jié)齒輪箱的故障診斷技術(shù)進(jìn)行研究。

　　一、采煤機(jī)搖臂齒輪箱結(jié)構(gòu)及其故障分析

　　采煤機(jī)搖臂齒輪箱結(jié)構(gòu)： 普通電牽引采煤機(jī)由截割部、牽引部、電氣控制箱等組成。采煤機(jī)搖臂齒輪箱為其截割部的重要組成部分，其作為動(dòng)力傳遞的關(guān)鍵部件，將截割部電機(jī)動(dòng)力傳遞至截割滾筒，進(jìn)而完成落煤和裝煤的任務(wù)。采煤機(jī)搖臂齒輪箱的三維結(jié)構(gòu)如圖 1 所示。

圖 1 采煤機(jī)搖臂齒輪箱三維結(jié)構(gòu)

　　如圖 1 所示，采煤機(jī)搖臂齒輪箱內(nèi)部為截割部的動(dòng)力傳動(dòng)系統(tǒng)，主要包括有兩級(jí)直齒圓柱齒輪和兩級(jí)行星齒輪。上述齒輪輪系組成了采煤機(jī)截割部搖臂的減速系統(tǒng)，共包括有兩個(gè)直齒輪組成的一級(jí)直齒輪減速輪系、6 個(gè)直齒輪組成的二級(jí)直齒輪減速輪系、3 個(gè)行星齒輪組成的一級(jí)行星齒輪減速輪系、3 個(gè)行星齒輪組成的二級(jí)行星齒輪減速輪系。其中，在二級(jí)直齒輪減速輪系的中間 4 個(gè)齒輪不發(fā)揮減速的作用，僅發(fā)揮傳遞動(dòng)力的作用，主要目的是增加搖臂的長(zhǎng)度，以適應(yīng)綜采工作面采高的要求。同時(shí)，整個(gè)搖臂齒輪采用飛濺的方式進(jìn)行潤(rùn)滑。

　　搖臂齒輪箱故障：通過(guò)對(duì)實(shí)踐生產(chǎn)中采煤機(jī)截割部搖臂齒輪箱故障類(lèi)型進(jìn)行統(tǒng)計(jì)，其頻發(fā)的故障主要表現(xiàn)為高速區(qū)一級(jí)減速直齒輪及軸承的故障、低速區(qū)二級(jí)行星減速輪系的故障以及浮動(dòng)油封。其中，高速區(qū)一級(jí)減速直齒輪及軸承的故障占齒輪箱所有故障的 42%;低速區(qū)二級(jí)行星減速輪系的故障占齒輪箱所有故障的 30%;浮動(dòng)油封故障的占比為 29%。具體介紹如下：

　　1.高速區(qū)一級(jí)減速直齒輪系

　　高速區(qū)一級(jí)減速直齒輪及軸承的故障主要表現(xiàn)為齒輪齒面出現(xiàn)不同程度的磨損、點(diǎn)蝕、擦傷或者膠合等。在實(shí)際生產(chǎn)中的直接表現(xiàn)為高速區(qū)齒輪出現(xiàn)較強(qiáng)烈的振動(dòng)并發(fā)出較大的噪聲，從而引發(fā)軸承故障，最終需要通過(guò)更換齒輪或者軸承消除故障。

　　2.低速區(qū)二級(jí)行星減速輪系

　　低速區(qū)二級(jí)行星減速輪系的故障主要表現(xiàn)為行星齒輪、內(nèi)齒圈斷裂。導(dǎo)致上述故障的主要原因?yàn)樾行禽喯凳艿搅溯^大的沖擊或在長(zhǎng)時(shí)間內(nèi)承受過(guò)大載荷。

　　3.浮動(dòng)油封

　　浮動(dòng)油封故障主要表現(xiàn)為浮動(dòng)密封遭到損壞。導(dǎo)致上述故障的主要原因?yàn)橐簤河陀唾|(zhì)變差或疲勞損傷導(dǎo)致密封損壞，從而造成搖臂齒輪箱出現(xiàn)液壓油泄露的問(wèn)題，繼而誘發(fā)齒輪箱齒輪或者軸承其他故障的發(fā)生。

　　本文重點(diǎn)對(duì)搖臂齒輪箱高速區(qū)一級(jí)減速直齒輪系和低速區(qū)二級(jí)行星減速輪系的故障進(jìn)行相應(yīng)診斷研究。

　　二、搖臂齒輪箱故障診斷技術(shù)

　　基于對(duì)搖臂齒輪箱不同故障反應(yīng)的信號(hào)頻譜特征不同，確定搖臂齒輪箱的故障類(lèi)型。

　　搖臂齒輪箱故障信號(hào)特征分析： 搖臂齒輪箱的故障可以細(xì)分為齒輪的故障、滾筒軸承的故障。不同部件的故障類(lèi)型所反映的信號(hào)特征不同。

　　齒輪的故障失效形式主要表現(xiàn)為齒面磨損、齒面膠合和擦傷、齒面接觸疲勞、斷齒和彎曲疲勞等。不同的故障形式所反映的振動(dòng)信號(hào)中的嚙合頻率不同，為了更加準(zhǔn)確地定位齒輪的故障類(lèi)型，還需對(duì)不同故障類(lèi)型所反映的振動(dòng)信號(hào)中的附加脈沖、隱含譜線(xiàn)以及軸承振動(dòng)等進(jìn)行分析。

　　對(duì)于滾筒軸承而言，除了由于其自身結(jié)構(gòu)引起的振動(dòng)外，故障也是引起其振動(dòng)的主要原因。當(dāng)滾動(dòng)軸承潤(rùn)滑不好、長(zhǎng)期承受過(guò)載或者載荷突變時(shí)，造成其外圈出現(xiàn)剝落、裂紋等缺陷或者局部損傷。因此，滾動(dòng)軸承故障的振動(dòng)信號(hào)包含有其自身故障的振動(dòng)頻率，還包括有部件自身的振動(dòng)頻率。不同頻率對(duì)應(yīng)的滾筒軸承故障如表 1 所示。

表 1 滾筒軸承故障頻率表

　　搖臂齒輪箱故障診斷策略： 在上述不同故障對(duì)應(yīng)不同振動(dòng)信號(hào)作為支撐的基礎(chǔ)上，采用有效的診斷策略也可精準(zhǔn)確定采煤機(jī)搖臂齒輪箱故障類(lèi)型及位置。因此，在實(shí)際診斷過(guò)程中應(yīng)根據(jù)不同故障的頻率采取不同的診斷策略，具體介紹如下：

　　1)針對(duì)轉(zhuǎn)動(dòng)頻率及其高次諧波、齒輪嚙合頻率及其高次諧波，采用頻譜分析方法對(duì)其進(jìn)行診斷;

　　2)針對(duì)嚙合頻率的調(diào)制，通過(guò)頻譜與解調(diào)相結(jié)合的方法對(duì)其進(jìn)行診斷;

　　3)針對(duì)齒輪固有頻率的調(diào)制，通過(guò)解調(diào)譜、細(xì)化譜與頻譜相結(jié)合的方式對(duì)其進(jìn)行診斷;

　　4)針對(duì)采煤機(jī)搖臂齒輪箱固有頻率的調(diào)制，采用解調(diào)分析、能量分析、時(shí)域與頻域相結(jié)合的方式對(duì)其進(jìn)行診斷。

　　三、采煤機(jī)搖臂齒輪箱故障診斷測(cè)試

　　在上述對(duì)采煤機(jī)搖臂齒輪箱故障診斷技術(shù)研究的基礎(chǔ)上，以 7LS06 搖臂齒輪箱為例，在其關(guān)鍵齒輪和軸承部位設(shè)置傳感器，通過(guò)采集其振動(dòng)信號(hào)分析其是否存在故障，并判斷故障類(lèi)型。采煤機(jī)搖臂齒輪箱的高速區(qū)一級(jí)直齒輪系并未發(fā)現(xiàn)明顯的故障;采煤機(jī)搖臂齒輪箱低速區(qū)行星輪系出現(xiàn)了明顯的故障頻率(193 Hz)及其對(duì)應(yīng)的兩次諧波頻率。通過(guò)與行星輪系對(duì)應(yīng)固有頻率進(jìn)行比對(duì)，可以初步判斷行星輪頭部發(fā)生較為嚴(yán)重的故障。而且，通過(guò)實(shí)踐檢測(cè)可知，行星輪頭部表面溫度高達(dá) 98℃ 后且對(duì)行星輪系拆解可知，一級(jí)行星輪系發(fā)生較為嚴(yán)重的損傷。

　　四、結(jié)語(yǔ)

　　采煤機(jī)為綜采工作面的關(guān)鍵設(shè)備，設(shè)備的穩(wěn)定性和性能直接決定綜采工作面的生產(chǎn)效率和安全性。采煤機(jī)截割部搖臂齒輪箱作為其最為薄弱的環(huán)節(jié)，提前對(duì)其故障類(lèi)型進(jìn)行獲取并精確定位后快速、精準(zhǔn)維修，最終提升采煤機(jī)開(kāi)機(jī)率具有重要意義。本文具體開(kāi)展了采煤機(jī)搖臂齒輪箱的故障振動(dòng)技術(shù)，并通過(guò)實(shí)際案例驗(yàn)證了故障診斷技術(shù)的效率。通過(guò)驗(yàn)證可知，該項(xiàng)故障診斷技術(shù)可精準(zhǔn)、快速地完成搖臂齒輪箱的故障診斷，可在實(shí)際生產(chǎn)中推廣應(yīng)用。