梁曉宇

CST齒輪箱是機(jī)電液一體的驅(qū)動(dòng)裝置，主要由齒輪、反饋控制系統(tǒng)以及離合器組成。 通過研究箱體的振動(dòng)特性可避免由于共振引起的動(dòng)力失效。本次主要對空載工況和額定工況條件下的齒輪箱箱體加速度進(jìn)行測試，在試驗(yàn)前先構(gòu)建相應(yīng)測試所需的實(shí)驗(yàn)臺，得到合理的測試手段和方案，進(jìn)而對齒輪箱箱體進(jìn)行振動(dòng)測量，從而得到在實(shí)際工作條件下齒輪箱的振動(dòng)特征，為該類型齒輪箱的現(xiàn)場應(yīng)用提供基礎(chǔ)。

1 測試系統(tǒng)

從前人研究和經(jīng)驗(yàn)中可知，齒輪咬合形成的嚙合力是導(dǎo)致齒輪箱振動(dòng)的主要因素，當(dāng)箱體輸入端的轉(zhuǎn)速不同時(shí)，齒輪的嚙合頻率以及軸轉(zhuǎn)頻等就各異，從而引起齒輪箱不同頻率的振動(dòng)，故此需要對箱體輸入端不同轉(zhuǎn)速下的減速箱振動(dòng)特征進(jìn)行分析。圖1為空載條件下齒輪箱振動(dòng)測試系統(tǒng)，輸入端為液壓控制，輸出端布置有齒輪傳動(dòng)系統(tǒng)，通過液黏傳動(dòng)來進(jìn)行壓力的控制，在圖中齒輪箱的輸出端和中部位置均布置有4個(gè)測點(diǎn)。

在進(jìn)行空載條件下齒輪箱振動(dòng)特征的測試時(shí)，設(shè)置電機(jī)不同的轉(zhuǎn)速，對各個(gè)測點(diǎn)采集到的加速度峰進(jìn)行記錄和統(tǒng)計(jì)。為了全方面綜合獲得齒輪箱的振動(dòng)特征，研究激振頻率對振動(dòng)的影響特征，還需要對額定工況條件下齒輪箱的振動(dòng)特征進(jìn)行分析，額定工況條件下振動(dòng)測試的測點(diǎn)布置情況如圖2所示，在齒輪箱箱體的輸出端和中部位置均布置9個(gè)測點(diǎn)，分別為測點(diǎn)1～測點(diǎn)9和測點(diǎn)10～測點(diǎn)18。

2 振動(dòng)測試結(jié)果研究

2.1空載工況條件

當(dāng)齒輪箱處于空載工況條件下時(shí)，箱體輸入端轉(zhuǎn)速逐漸增大，對每個(gè)轉(zhuǎn)速點(diǎn)下的最大加速度峰進(jìn)行記錄，由此得到的最大加速度峰和輸入端轉(zhuǎn)速的關(guān)系如圖3所示。

從圖3中可以發(fā)現(xiàn)，在輸入端轉(zhuǎn)速逐漸增大的過程中，最大加速度峰先逐漸增大而后減小。在輸入端轉(zhuǎn)速從150r/min增加到1250r/min的過程中，最大加速度峰從3m/s2增加到了30m/s2，當(dāng)輸入端轉(zhuǎn)速從1250r/min增加到1480r/min的過程中最大加速度峰從30m/s2線性減小到了20m/s2。轉(zhuǎn)速為1250r/min位置為峰值點(diǎn)位置，說明該轉(zhuǎn)速下齒輪箱形成了共振，故1250r/min轉(zhuǎn)速為臨界轉(zhuǎn)速位置。

2.2額定工況條件

在額定工況條件下，不同測點(diǎn)監(jiān)測到了最大加速度峰如圖4所示，從圖中可以發(fā)現(xiàn)，測點(diǎn)3的振動(dòng)峰值最小，為16m/s2，測點(diǎn)4的振動(dòng)峰值最大，為43m/s2。

在齒輪箱內(nèi)部，軸承所處位置為主要受載位置，而受載大小會(huì)直接影響到箱體的振動(dòng)，在圖2中，測點(diǎn)15在軸承附近，為了全面分析該工況下箱體的振動(dòng)特點(diǎn)，對測點(diǎn)4、測點(diǎn)10、測點(diǎn)15以及測點(diǎn)17的振動(dòng)的時(shí)域和頻域特征進(jìn)行研究。時(shí)域圖體現(xiàn)箱體振動(dòng)的周期以及振幅等特征，反應(yīng)振動(dòng)能量大小，而頻域圖可以反饋齒輪箱振動(dòng)的主要頻率，進(jìn)而判斷在該工況條件下齒輪箱是否會(huì)形成共振。

從圖5中可以發(fā)現(xiàn)，各個(gè)測點(diǎn)監(jiān)測到的加速度隨時(shí)間呈現(xiàn)為周期性的改變，但不同測點(diǎn)同一時(shí)刻的加速度值也不同，這是因?yàn)榫帻X輪箱軸承距離不同。當(dāng)激振源激勵(lì)箱體時(shí)，振動(dòng)信號會(huì)在箱體上形成疊加，從而使得結(jié)構(gòu)產(chǎn)生較為顯著的振動(dòng)，當(dāng)疊加頻率與齒輪箱的固有頻率較為接近時(shí)，則箱體會(huì)形成共振，從而對齒輪箱內(nèi)部的薄弱結(jié)構(gòu)形成較大的影響，降低齒輪箱的服務(wù)年限。

從圖6中可以看出，齒輪箱振動(dòng)的主要頻率為244Hz、296Hz、487Hz、583Hz、592Hz以及888Hz。其中，296Hz為一級齒輪的嚙合頻率，583Hz為其二倍頻率，888Hz為其三倍頻率;583Hz為二級齒輪的嚙合頻率;244Hz為三級齒輪的嚙合頻率，487Hz為其二倍頻率。將這些主要頻率與齒輪箱的固有頻率相比較，發(fā)現(xiàn)在額定工況條件下齒輪箱并不會(huì)發(fā)生共振現(xiàn)象。

綜合圖4～圖6可得，在額定工況條件下，測點(diǎn)4所處位置的振動(dòng)峰值最為顯著，但在加速度頻域特征圖中測點(diǎn)17的振動(dòng)幅值最為明顯，可達(dá)5.3m/s2。另一方面，測點(diǎn)17距齒輪箱軸承的距離相對較近，故測點(diǎn)17所處位置箱體的振動(dòng)能量最高。由此可見，距離載荷作用位置越近，振動(dòng)能量越大。

3結(jié)論

本次在先構(gòu)建測試實(shí)驗(yàn)臺的基礎(chǔ)上對不同工況條件下齒輪箱的振動(dòng)特征進(jìn)行了試驗(yàn)分析，得到主要結(jié)論為：

在空載工況條件下，轉(zhuǎn)速為1250r/min位置為峰值點(diǎn)位置，說明該轉(zhuǎn)速下齒輪箱形成了共振，故1250r/min轉(zhuǎn)速為臨界轉(zhuǎn)速位置。

額定工況條件下，齒輪箱振動(dòng)的主要頻率成分較多，以一級、二級和三級齒輪的嚙合頻率及其高倍頻率為主，但與齒輪箱的固有頻率相比較，認(rèn)為齒輪箱并不會(huì)發(fā)生共振現(xiàn)象。

測點(diǎn)17的振動(dòng)幅值最為明顯，其所處位置箱體的振動(dòng)能量最高。說明距離載荷作用位置越近，振動(dòng)能量越大。

【參考文獻(xiàn)】

[1]劉強(qiáng).大型礦用齒輪箱運(yùn)行模態(tài)識別與結(jié)構(gòu)動(dòng)力模型修正研究[D].阜新：遼寧工程技術(shù)大學(xué)，2013.

[2]周久華.采煤機(jī)搖臂齒輪箱故障診斷技術(shù)研究[D].重慶：重慶理工大學(xué)，2013.

[3]王欣.煤礦減速機(jī)齒輪箱零部件的失效形式及機(jī)理探析[J].科技視界，2012（30）：263-264.

[4]朱靈云.煤礦減速機(jī)健康狀態(tài)評價(jià)的系統(tǒng)研究[D].鄭州：鄭州大學(xué)，2011.

[5]李占芳.礦井提升系統(tǒng)振動(dòng)特性及典型故障診斷研究[D].徐州：中國礦業(yè)大學(xué)，2008.

[6]仵自連，栗成杰.礦井提升機(jī)的監(jiān)測與診斷探討[J].礦山機(jī)械，2006，34（9）：76-78.