基于振动信号分析的提升机齿轮箱故障诊断研究2文档格式.doc
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提升机；
齿轮箱；
故障诊断；
振动信号分析
I
Abstract
ABSTRACT
Thispaper,atfirst,hasdiscussedstructureprincipleofmineelevatoranditsgearcase,andhaspointedoutthattoensurereliableoperationofgearcaseisimportanttoensuresafeoperationofmineelevatorandproductionsafetyofmine.Fortheaboveproblem,thispaperhasreviewedvibrationandfaultmechanicsofmineelevatorgearcase.Combinedwithtraditionalvibrationalsignalprocessingmethodintimeandfrequencydomainwhicharetimedomainvibrationanalysis,FFT,ZoominganalysisandandSidebandanalysisofgearcaseandsoonon.Atthesametime,basedonMATLAB70,homomorphicfilteringareusedinfaultdiagnosisofelevatorgearcase.Faultsofelevatorgearcaseareextracted.Onthiscondition,thestronganalysisfunctionofwaveletinfrequency-timeisappliedtoanalysevariationsignalofgearcase.thefaultcharacteristicsofgearcaseisshowinbetweentimedomainandfrequencydomainatthesametime,whichtheirparallelismisemphasized.andthedisadvantageofFFTandhomomorphicfilteringfaultdiagnosisismadeup.Ultimately,thispapersuccessfullyhasmonitoredtheconditionofmineelevatorgearcaseanddiagnoseditsfault,andachievedafastandtheprospectiveeffectoftheapplication,whichprovidesatheoreticalbasisthatminingenterprisesmaintainmineelevatorreasonablyandensuresafeoperationofmineelevator,andthesetheoreticachievementswereappliedtoengineeringpractice,andtranslatedintoproductivity.
Keywords:
mineelevator;
gearcase;
faultdiagnosis;
vibrationalvignalanalysis
目录
摘要 I
ABSTRACT III
目录 V
1引言 1
1.1提升机故障诊断国内外研究的现状 1
1.1.1提升机故障诊断理论与诊断方法的研究 1
1.1.2故障诊断技术在提升机上的应用 2
1.1.3提升机故障诊断存在的问题 2
1.2齿轮箱振动故障诊断的研究现状及发展趋势 3
1.2.1齿轮箱振动故障诊断的研究现状 3
1.2.2齿轮箱振动故障诊断的发展趋势 4
1.3本课题研究的目的和意义 5
1.4本课题的主要研究内容及创新点 5
2矿井提升机齿轮箱振动故障诊断研究 7
2.1矿井提升机原理结构及减速机原理结构分析 7
2.1.1矿井提升机原理与结构分析 7
2.1.2矿井提升机齿轮箱结构分析 10
2.2矿井提升机齿轮箱振动故障机理分析 11
2.2.1矿井提升机齿轮箱振动信号的调制原理探讨 12
2.2.2矿井提升机齿轮箱典型故障机理研究 14
2.3矿井提升机齿轮箱典型故障的振动频率特性分析 22
2.3.1正常状态 23
2.3.2齿面磨损故障 23
2.3.3齿形误差故障 24
2.3.4断齿故障 24
2.3.5点蚀故障 24
2.3.6轴类故障 24
2.3.7箱体共振故障 25
2.4本章小结 25
3齿轮箱振动信号分析方法研究 27
3.1时域分析方法的分析研究 27
3.1.1统计分析方法 27
3.1.2时域波形分析法 30
3.2频域分析法的分析研究 31
3.2.1频域分析（FFT）法 31
3.2.2倒频谱分析 35
3.2.3细化分析法 36
3.2.4齿轮箱的边频带分析法 36
3.3齿轮箱振动信号同态解调原理的探讨 37
3.3.1齿轮箱调幅信号同态解调分析 37
3.3.2同态解调系统中数字滤波器分析 38
3.3.3基于MATLAB平台的同态解调原理的实现 39
3.4本章小结 41
4基于小波理论的齿轮箱振动信号处理研究 43
4.1小波理论分析 43
4.1.1连续小波变换 43
4.1.2离散小波变换 44
4.1.3小波级数 44
4.2小波包理论分析 45
4.2.1小波包分解原理 45
4.2.2离散小波包算法 46
4.3基于MATLAB平台的小波理论分析的实现 47
4.4本章小结 49
5平煤五矿提升机齿轮箱振动故障诊断研究 51
5.1提升机齿轮箱传动示意图及主要技术参数 51
5.1.1提升机传动方式分析 51
5.1.2提升机传动机构主要参数分析：
51
5.2提升机齿轮箱振动测试与诊断方案的制定 53
5.2.1正确选择测试方式和测定参数 53
5.2.2振动测试测点的合理布置 53
5.2.3测试仪器的配置 54
5.2.4齿轮箱诊断方案确定 55
5.3提升机齿轮箱故障诊断与分析研究 55
5.3.1齿轮箱简易诊断 55
5.3.2齿轮箱精密诊断 56
5.4矿井提升机齿轮箱精密诊断结果 71
5.5本章小结 71
6结论 73
6.1论文完成的主要工作 73
6.2论文的主要结论 73
6.3今后工作展望 74
参考文献 75
5
第1章引言
1引言
1.1提升机故障诊断国内外研究的现状
随着工业的进步以及人类对人身价值的重视，矿井主要设备的安全运行已经成为考核煤矿企业落实煤矿安全规程的一项重要指标。
我国对矿井主要设备的安全问题极为重视，《煤矿安全规程》和《煤矿机电设备完好标准》对其安全都作了明确的规定。
为了达到这些要求和确保设备的安全运行，国内外科技工作者进行了大量的研究工作，其中工况监测、故障诊断是一个重要方面。
工况监测和故障诊断技术在企业的成功应用和因此而带来的巨大经济效益促使人们不断研究和开发新的理论和技术，对煤矿的安全生产起到积极的作用[1-3]。
矿井提升机是井下采矿提升运输重要设备，是联系井下与地面的重要生产设备，是煤矿生产的咽喉。
在煤矿生产过程中，提升机运行状态及其监测水平如何将直接关系到矿工人身安全、原煤生产任务完成、煤矿生产效率和经济效益。
对此国内外部分高校和研究所开发了很多矿井提升机状态监测与故障诊断系统，减少了重大事故发生的可能性。
1.1.1提升机故障诊断理论与诊断方法的研究
在提升机故障诊断理论与诊断方法方面，国内外学者主要做了以下研究工作：
通过对提升机电控系统的速度环、电流环、励磁环中的给定环和反馈环中的电量监测及曲线分析、液压系统的油压、电液比例阀的控制电流、储能器氮气压力参数、主轴振动信号及电控系统的故障机理的分析，来判断提升机的工作状态，并预测其历史变化趋势；
对提升机盘式制动器故障机理进行了详细研究和受力分析，提出了用状态参数诊断制动器故障的方法；
利用小波对模拟量进行去噪，并探讨了小波对特征参数中制动正压力智能判别问题；
利用小波包在矿井提升机主减速箱故障诊断中提取微弱故障特征，并对产生振动故障的原因进行了频谱分析及动态受力分析；
通过对提升机减速箱噪声的测试与分析，得到减速箱正常情况下噪声标准频图和齿轮出现磨损故障的特征，提出用噪声进行齿轮磨损等故障诊断的判断标准；
以振动强度和振动频谱分析为依据，对提升机减速箱多次损坏的原因进行了分析诊断；
在分析提升罐道典型故障的基础上，通过对振动信号采用频域和小波的信号奇异性分析，建立了典型故障和信号特征的关系；
提出了用加速度的速率变化作为判别罐笼是否安全运行的基本标准；
运用小波提取提升机钢丝绳断丝故障特征信号，判断钢丝绳断丝的位置；
利用模糊数学的原理和方法，对不同的故障，提取相应的开关量、模拟量信号和脉冲量信号，采用不同的处理方法，并开发了TKD矿井提升机故障诊断专家系统；
对直流提升机的电控部分故障诊断专家系统的知识表示及推理方法进行了研究[4]。
可见，人们对提升机故障特征参数的提取方法进行了大量的研究，取得了许多成果，为进一步研究提升机的智能故障诊断系统奠定了基础。
1.1.2故障诊断技术在提升机上的应用
旋转机械常见故障也不同程度地存在并引起其工作过程中振动。
提升机属于大型旋转机械，其工作状况从启动、加速、匀速、减速到停车，各工作阶段的运动速度变化，振动是非平稳信号，给故障诊断带来困难。
为此，中国矿业大学提出用小波分析方法提取微弱信息，分析非平稳信号，进行正交小波变换，将信号分解到不同的频带内。
从而实现信嗓分离，提取处于不同频带的设备特征信息，为故障诊断提供依据。
矿井提升机制动系统运行状态的好坏关系提升机安全运行，为了确保制动系统处于安全可靠运行状态，除了在设计计算时合理选择运行
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