程輝 CHENG Hui；楊帆 YANG Fan

（①專利審查協(xié)作北京中心，北京 100190；②煤炭科學(xué)研究總院，北京 100013）

（①Patent Examination Cooperation Center in Beijing，Beijing 100190，China；②China Coal Research Institute，Beijing 100013，China）

1 實(shí)驗(yàn)裝置

在本實(shí)驗(yàn)中，選擇加速度壓電傳感器、NI數(shù)據(jù)采集卡等硬件對(duì)刮板輸送機(jī)減速器進(jìn)行振動(dòng)信號(hào)的采集，數(shù)據(jù)采集程序使用VB編寫，將數(shù)據(jù)以TXT的格式保存到本地電腦，以便于在matlab環(huán)境下進(jìn)行數(shù)據(jù)的分析和處理。實(shí)驗(yàn)裝置測(cè)試的簡(jiǎn)圖如圖1所示。

圖1 實(shí)驗(yàn)裝置測(cè)試簡(jiǎn)圖

實(shí)驗(yàn)中所選用的刮板輸送機(jī)減速器為二級(jí)傳動(dòng)減速器，為斜齒圓錐齒輪，第一級(jí)嚙合齒輪的齒數(shù)為13、53，第二級(jí)嚙合齒輪的齒數(shù)為12、50，減速器的減速比為16.987。根據(jù)齒輪嚙合頻率計(jì)算公式得到該減速器的兩級(jí)嚙合頻率分別為314.17Hz和71.13Hz。在該減速器中，輸出軸軸承的型號(hào)為N210EM，為圓柱滾子軸承，其外徑為90mm，內(nèi)徑為50mm，寬度20mm，滾子直徑11mm，滾子長(zhǎng)度12mm，滾子數(shù)目16個(gè)。

2 軸承故障振動(dòng)信號(hào)分析

對(duì)于減速器的輸出軸圓柱滾子軸承存在故障的情況下采集到的數(shù)據(jù)，在實(shí)驗(yàn)中傳感器被放置于軸承座12點(diǎn)鐘位置和軸承座上方箱體位置，通過對(duì)采集的振動(dòng)信號(hào)的時(shí)域參數(shù)的計(jì)算以及振動(dòng)信號(hào)傳遞路徑的分析，在實(shí)驗(yàn)中的消噪和頻域分析中選擇了軸承座上12點(diǎn)鐘位置測(cè)得的振動(dòng)數(shù)據(jù)作為分析對(duì)象。圖2為采集到振動(dòng)數(shù)據(jù)的時(shí)域信號(hào)和經(jīng)過小波分層閾值消噪的信號(hào)以及振動(dòng)信號(hào)的幅值譜和功率譜圖。

圖2 減速器輸出軸軸承座12點(diǎn)鐘位置測(cè)得數(shù)據(jù)分析圖

從圖2中可以看出，對(duì)比消噪前后的時(shí)域圖像，小波分層閾值消噪能夠消除信號(hào)中的大部分噪聲。圖中的另外兩幅圖像為幅值譜和功率譜，可以看出振動(dòng)信號(hào)在頻域中主要集中在低頻部分，圖3為幅值譜和功率譜的細(xì)化譜圖，通過細(xì)化譜圖可以分析采集到的振動(dòng)信號(hào)的頻率組成。

圖3 幅值譜和功率譜的細(xì)化譜圖

在細(xì)化譜圖中，在0-200Hz之間主要有24.41Hz和73.24Hz兩個(gè)頻率成分，由于已知該實(shí)驗(yàn)中的圓柱滾子軸承的滾動(dòng)體故障頻率為11.47Hz，輸出軸的轉(zhuǎn)頻為1.4Hz，因此這兩個(gè)頻率成分中24.41Hz（2*11.47Hz+1.4Hz）為滾動(dòng)體故障頻率經(jīng)過輸出軸轉(zhuǎn)頻調(diào)制而得，73.24Hz頻率成分為第二級(jí)嚙合齒輪嚙合頻率71.13Hz經(jīng)過轉(zhuǎn)頻調(diào)制得到，由此可以判斷圓柱滾子軸承的滾動(dòng)體出現(xiàn)了故障，與人為預(yù)置的故障相同；在頻譜圖中的200-500Hz頻率之間，主要存在249Hz、327Hz和351Hz的頻率成分，其中249Hz（71.13Hz*3+5.928Hz*3）頻率成分為第二級(jí)齒輪嚙合頻率經(jīng)過減速器中間軸轉(zhuǎn)頻5.928Hz調(diào)制得到的，327Hz（314.17Hz+5.93Hz*2）和 351Hz頻率成分為第一級(jí)齒輪嚙合頻率314.17Hz經(jīng)過減速箱中間軸的轉(zhuǎn)頻5.93Hz以及輸出軸轉(zhuǎn)頻1.4Hz調(diào)制所形成的；在500Hz-1000Hz之間主要存在600.6Hz、625Hz和576.2Hz頻率成分，這些頻率也是經(jīng)過齒輪箱第二級(jí)齒輪嚙合頻率、圓柱滾子軸承故障頻率和輸出軸轉(zhuǎn)頻調(diào)制所形成的。在本實(shí)驗(yàn)測(cè)得振動(dòng)數(shù)據(jù)中，雖然對(duì)圓柱滾子軸承進(jìn)行了人為的故障破壞，但是由于是減速器輸出軸軸承，因此測(cè)取的振動(dòng)信號(hào)中的頻率成分組成比較復(fù)雜，減速器為是兩級(jí)傳動(dòng)，其中必然會(huì)包含減速器各級(jí)傳動(dòng)齒輪的嚙合頻率、軸承故障頻率以及各級(jí)軸的轉(zhuǎn)頻相互調(diào)制的現(xiàn)象，對(duì)于分析軸承故障頻率會(huì)存在干擾。

3 結(jié)語

為了更好的判斷軸承的故障是否存在，在實(shí)驗(yàn)中還對(duì)正常的軸承振動(dòng)信號(hào)進(jìn)行了采集，采集的位置和參數(shù)設(shè)置均和軸承滾動(dòng)體存在故障時(shí)是相同的，并且對(duì)采集到的振動(dòng)信號(hào)進(jìn)行了小波分層閾值消噪，繪出了振動(dòng)信號(hào)的幅值譜和功率譜圖像，以此來對(duì)比軸承正常和存在故障時(shí)的信號(hào)時(shí)域和頻域圖形了參數(shù)的區(qū)別。從其細(xì)化譜圖中可以看出，主要的頻率成分都是兩級(jí)齒輪副和轉(zhuǎn)軸轉(zhuǎn)頻調(diào)制形成的，在頻域圖中沒有出現(xiàn)軸承故障頻率成分，對(duì)之前的軸承故障信號(hào)中的頻域成分形成了較為明顯的區(qū)別。

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