摘要和目录.doc

提升机故障诊断技术及主轴承磨损的铁谱分析[含CAD图纸和文档全套资料打包]

收藏

压缩包内文档预览:
预览图 预览图 预览图 预览图 预览图
编号:19401014    类型:共享资源    大小:2.86MB    格式:ZIP    上传时间:2019-05-21 上传人:好资料QQ****51605 IP属地:江苏
50
积分
关 键 词:
含CAD图纸和文档全套资料打包 提升机故障诊断技术及主轴承磨损的铁谱分析 提升机主轴承磨损 分析与故障诊断 提升机主轴承
资源描述:

【温馨提示】 购买原稿文件请充值后自助下载。

以下预览截图到的都有源文件,图纸是CAD,文档是WORD,下载后即可获得。


预览截图请勿抄袭,原稿文件完整清晰,无水印,可编辑。

有疑问可以咨询QQ:414951605或1304139763

摘  要


   煤矿提升设备是矿井运输中的咽喉设备,是沟通矿井上下的纽带。它的运行状态好坏对煤矿安全生产起着重要的作用。实践表明,因提升设备故障造成生产损失的情况时有发生。因此,对其开展故障诊断和状态监测维修工作是十分必要的。

   本文能过对机械故障诊断方法的介绍,找到了适用于矿井提升机各个部位的故障诊断方法。电磁检测法、振动检测法、以及铁谱分析法,而对于提升机来说,并不是一种方法就够了。有时候需要用多种方法进行综合检测,来预防和诊断故障的产生,从而避免大事故的发生。

   文中分析了提升机的常见故障现象,通过对提升机主轴承进行润滑及磨损状态分析后,发现存在严重磨损现象,认为尤其在加减速阶段,应该对提升机进行故障诊断和状态监测。提出了状态监测维修的必要性,并将状态监测维修与其他监测方法比较,得出状态监测维修的优势所在。本人进行了故障诊断方法的研究,,认为铁谱监测方法为有效的方法。

关键词:矿井提升机;故障诊断; 铁谱技术; 磁化液;


ABSTRACT


   The coal mine hoisting technique is in the mine pit transportation pharynx and larynx equipment, is communicates about the mine pit. Its running status quality produces the vital role to the coal mine safety. The practice indicated the hoisting technique breakdown creates the situation which the production loses to sometimes occur. Therefore, to its development breakdown diagnosis and the condition monitor maintenance work is extremely essential.

   This text can lead the introduction to diagnose the method to mechanical trouble and found out to be applicable to mineral well to promote the diagnosis method of break down of the machine each part. Electromagnetism examination method, vibration examination method, and iron table analysis method, but for promote machine to say, isn't a kind of method enough. Sometimes need to carry on a comprehensive examination with various methods, prevent from with diagnosis breakdown of creation, avoid important event thus past of occurrence.

In the article, the hoisting common breakdown phenomenon has been analyzed, through carries on the lubrication and the attrition state analysis after the hoisting main bearing, discovered the existence serious attrition phenomenon, thought is adding the deboost phase especially, should carry on the breakdown diagnosis and the condition monitor to the hoisting. Proposed the condition monitor service necessity, and compares the condition monitor service with other monitor method, obtains the condition monitor service the superiority to be at. I conducted a method of fault diagnosis, that Ferrography monitoring methodologies for effective method. 

Keywords:Mine hoist;  Fault diagnose; Ferrography;  Magnetic fluid;







目    录

绪论……………………………………………………………………………01

1.矿井提升机的概述…………………………………………………………02

   1.1矿井提升设备的组成和分类…………………………………………02

       1.1.1矿井提升设备的组成…………………………………………02

    1.1.2提升机分类……………………………………………………06

    1.1.3矿井提升设备的特点…………………………………………07

  1.2矿井提升机的工作原理和结构………………………………………07

    1.2.1矿井提升机的工作原理………………………………………07

    1.2.2矿井提升机的主要组成部分和各部分的作用………………08

2.矿井提升机的工况监测与诊断技术………………………………………12

  2.1故障诊断技术和状态监测……………………………………………12

    2.1.1机械故障诊断的内容…………………………………………12

    2.1.2机械故障诊断的发展历程……………………………………13

    2.1.3机械故障产生的原因分析……………………………………14

    2.1.4设备状态监测…………………………………………………14

    2.1.5监测和诊断的主要方法………………………………………15

  2.2矿井提升机故障诊断技术……………………………………………18

    2.2.1概述……………………………………………………………18

    2.2.2矿井提升机常见故障分析……………………………………19

3.钢丝绳的故障诊断…………………………………………………………24

  3.1矿用钢丝绳……………………………………………………………24

    3.1.1矿用钢丝绳的特点……………………………………………24

    3.1.2矿用钢丝绳结构、分类与使用………………………………25

  3.2矿用钢丝绳的故障诊断………………………………………………27

    3.2.1钢丝绳的缺陷…………………………………………………27

    3.2.2钢丝绳无损检测技术的分类…………………………………28

    3.2.3钢丝绳电磁检测技术的现状与发展趋势……………………29

    3.2.4电磁检测原理与方法…………………………………………31

4.减速器与制动器的故障诊断………………………………………………34

  4.1减速器的故障诊断……………………………………………………34

    4.1.1减速器的故障类型及原因……………………………………34

    4.1.2齿轮的故障诊断………………………………………………35

    4.1.3滚动轴承故障诊断……………………………………………40

  4.2提升机制动器故障诊断………………………………………………44

    4.2.1盘式制动器监测………………………………………………44

    4.2.2盘式制动器的故障诊断………………………………………45

5.铁谱技术在主轴滑动轴承的应用…………………………………………47

   5.1主轴承常见故障现象及处理方法……………………………………47

   5.1.1主轴承………………………………………………………………47

  5.2铁谱技术………………………………………………………………48

    5.2.1铁谱技术的基本原理…………………………………………48

    5.2.2铁谱技术方法及仪器…………………………………………48

    5.2.3铁谱技术的优越性……………………………………………49

    5.2.4铁谱技术的局限性……………………………………………50

    5.2.5铁谱技术的发展概况及应用…………………………………50

    5.2.6旋转式铁谱仪…………………………………………………50

  5.3铁谱技术在滑动轴承中的应用………………………………………51

    5.3.1油样采集………………………………………………………52

    5.3.2实验方案的设计………………………………………………53

    5.3.3磨损实验过程…………………………………………………53

  5.4制谱准备………………………………………………………………54

    5.4.1油样处理………………………………………………………54

    5.4.2制谱前的准备…………………………………………………54

    5.4.3谱片制作………………………………………………………54

  5.5正交试验法……………………………………………………………55

    5.5.1正交试验法简介………………………………………………55

    5.5.2正交试验的基本方法…………………………………………56

  5.6正交试验………………………………………………………………57

    5.6.1确定因素水平…………………………………………………57

    5.6.2正交试验及试验结果…………………………………………59

  5.7实验结果分析…………………………………………………………60

    5.7.1直观分析………………………………………………………60

    5.7.2计算分析………………………………………………………60

    5.7.3因素和指标示意图……………………………………………61

  5.8实验结论………………………………………………………………63

    5.8.1磁化液的浓度…………………………………………………63

    5.8.2油样的放置时间………………………………………………63

    5.8.3制谱前的温度…………………………………………………64

6.单绳缠绕提升机主要部件的校核…………………………………………67

   6.1钢丝绳的校核…………………………………………………………67

   6.2轴的校核………………………………………………………………69

   6.3主要零部件的校核……………………………………………………70

参考文献………………………………………………………………………72

结论……………………………………………………………………………74

致谢……………………………………………………………………………75



内容简介:
中国矿业大学2007届本科毕业设计 第77页绪 论煤矿提升设备是煤矿机械的四大组成部分之一。它的运行状态好坏对煤矿安全生产起着重要的作用。实践表明,因提升设备故障造成生产损失的情况时有发生。因此,作为预防措施对其故障进行诊断是十分必要的。矿山提升设备的维护通常采用定期检修的方法,在日常设备维修中,人们常常根据异响或温升变化等外部因素来判断设备的故障。提升设备常见故障有多种类型,如断绳、过卷、滑动、制动失灵及轴承和齿轮磨损等。但按此安排的停机检修,有时却发现其内部零件(如轴、轴承、齿轮等)并没有达到失效的程度,于是如何准确地判断设备的故障并及时维修,就成为有关人员十分关注的问题。本次毕业设计通过对提升机主轴承等进行润滑状态分析后,发现存在严重磨损现象,应该开展故障诊断和状态监测维修工作,本人进行了故障诊断和状态监测方法方面的研究,发现铁谱监测方法是有效的方法。然后选择我校研制的KTP-1型旋转式铁谱仪用于试验。对提升机主轴滑动轴承油样进行铁谱分析,提出铁谱制谱规范,特别是影响铁谱沉积状态的几个主要因素的取值范围和最佳组合,国内外一直没有正式相关规程报道,本人查阅国内外大量资料后,结合经验推荐值,进行铁谱优化组合试验,得出最佳组合值,对现场应该有一定参考意义。1 矿井提升机的概述 矿井提升设备是沿井筒提升煤炭、矸石、升降人员和设备,下放材料的大型机械设备。它是矿山井下生产系统和地面工业广场相联接的枢纽,在工作中一旦发生故障,就会严重影响矿井的正常生产,甚至造成人身事故,为此,根据矿井提升设备的构造、工作原理、性能、设备选择、运转理论等方面的知识,分析提升机制造和维护使用的全过程并加强故障诊断监控管理,使其确保高效率和安全可靠的运转,有着极其重要的意义。早在公元前1100年左右我国就发明和使用了辘轳提水和提升重物,这就是现代提升机的始祖。但由于我国长期处于封建社会,工业技术没有得到发展,直到解放我国还不能生产提升机。解放后,我国建立了自己的提升机制造业,并且不断发展。1953年抚顺重型机器厂制造了第一台单绳缠绕式提升机;1958年洛阳矿山机器厂(现改名为“中信重型机械公司”)制造了第一台多绳摩擦提升机。1986年中信重型机械公司从瑞典ABB公司引进了具有八十年代世界先进水平的矿井提升机全套技术(包括设计、工艺、装配、检查、计算等),并于1987年经ABB公司专家来厂检验认证合格。诞生了JK-E、2JK-E新一代单绳缠绕式提升机,JKM-C型和JKMD-C型多绳摩擦式提升机。九十年代经整顿后的新型多绳摩擦式提升机JKM-E和JKMD-E已生产至今。中信重型机械公司设计制造的矿井提升机占我国矿山提升机拥有量的87%(包括单绳、多绳提升机),总产量已达4600余台。目前我国可以成批生产各种现代化大型矿井提升机以及各种配套设备,无论从设计、制造、自动控制等各方面,我国生产的矿井提升设备都正在跨入世界先进的行列。国外矿井提升机的发展已有170多年历史。其中几个有代表性的时期是:1827年出现第一台蒸汽提升机;1877年制造了第一台单绳摩擦提升机;1905年使用了第一台电动提升机;1938年创造了第一台多绳摩擦提升机;1957年发明了多绳缠绕式提升机(Blair提升机)。此外,提升设备的各项具体技术都有飞速发展。世界上经济发达的一些国家,提升机的运行速度已达2025m/s,一次提升量达到50T,电动机容量已超过10000KW。现在矿井提升设备日新月异,正向大型化,高功率和自动控制方向发展。1.1矿井提升设备的组成和分类1.1.1矿井提升设备的组成:矿井提升设备的主要组成部分是:提升钢丝绳,提升机(包括机械及拖动控制),井架或井塔以及装卸载设备等。这些构成了矿井提升系统。矿井提升系统主要有两大类,即用以提升煤炭、矿石的主井箕斗提升系统和完成其它辅助任务的副井罐笼提升系统。图11 单绳缠绕式箕斗系统示意图1提升机;2天轮;3井架;4箕斗;5卸载曲轨;6地面煤仓;7提升钢丝绳;8翻车机;井底煤仓;10给煤机;11装载设备工作过程:处在井底车场的重矿车,由推车机推人翻车机8(也称翻笼),把矿车内煤炭卸入井底煤仓,再经装载设备11把煤炭装入主井底的箕斗内。与此同时,已提至井口卸载位置的重箕斗,通过井架上的卸载曲轨的作用,箕斗底部的闸门开启,把煤炭卸入地面煤仓6。处在井上、井下的两箕斗分别通过接装置与两根提升钢丝绳7相连接,两根提升钢丝绳7的另一端则绕过安装在井架3上的天轮2,以相反的方向固接在提升机卷筒l上。启动提升机,一根钢丝绳向卷筒上缠绕,使井底重箕斗向上运动;与此同时,另一根钢丝绳自卷筒上松放,使井口轻箕斗向下运动,从而完成了提升煤炭的任务。图12所示是多绳摩擦式罐笼提升系统示意图 结构及工作过程:多绳摩擦轮1安装在提升井塔上,主绳8搭放在摩擦轮l上,其两端通过连接装置分别与处于井口和井底的两个罐笼3,7连接,两罐笼底部通过尾绳环与尾绳 6连接。当启动摩擦轮时,重载罐笼3被提升到井口上车场(图示位置),重矿车4被推车机推出罐笼,经翻车机5卸载后,煤炭由胶带输送机运出。当升降人员或设备时,可在井口下车场进、出罐笼或装卸物料。 图12 多绳摩擦式罐笼提升系统示意图1摩擦轮;2导向轮;3、7罐笼;4矿车; 5翻车机;6尾绳;8主绳;9摇台图1-3 斜井箕斗提升系统示意图1翻笼硐室;2装载仓; 3装载闸门;4箕斗;5井筒;6井架栈桥;7卸载曲轨; 8卸载仓;9天轮;10提升机 结构及工作过程:与竖井单绳缠绕式提升系统相似,在井底车场设有翻车机1和井底煤仓2,地面也设有卸载设备7和地面煤仓8。当年产量和井筒倾角较小时,可采用串车提升。 1.1.2提升机分类根据不同的出发点矿井提升设备有以下几种分类方法:(1)按用途可分:主井提升设备,提升煤炭或矿物;副井提升设备,完成辅助提升任务,主要是提升矸石、升降人员、下放材料和设备;按提升容器可分为:箕斗提升设备,用于主井提升;罐笼提升设备,大型矿井用于副井提升,小型矿井也可兼作主井提升;矿车提升设备,用于斜井提升,有单、双钩提升之分;吊桶提升设备,专用于竖井井筒开凿时的提升。按提升机类型可分为:缠绕式提升设备,分为单绳和双绳(布雷尔)摩擦式提升设备,分为单绳和双绳;二者都可以用于主井或副井提升。按拖动方式可分为:交流提升设备和直流提升设备(又有电动发电机组供电与可控硅供电之分)。按井筒的角度可分为;立井提升设备、斜井提升设备和露天矿斜坡提升设备。常用的分类方法如下: 单卷筒 缠绕提升机 单绳缠绕 可分离单卷筒 双卷筒 多绳缠绕布雷尔式矿井提升机 塔式 单绳摩擦 落地式 摩擦提升机 塔式 多绳摩擦 落地式1.1.3矿井提升设备的特点1. 矿井提升设备是矿山较复杂且庞大的机电设备,它不仅承担物料的提升与下放任务,同时还上下人员,在工作中一旦发生故障,不仅影响到矿井的生产,而且涉及到人员的生命安全。因此,矿井提升设备的安全性是极为重要的。我国在煤矿安全规程中对提升设备作了极严格的要求。2. 矿井提升设备是周期动作式输送设备,需要频繁地起动和停车,工作条件苛刻,其机械电气设备设计必须可靠。3. 矿井提升设备是矿山大型设备,合理的选择,正确的使用和维护具有重要的经济意义。1.2矿井提升机的工作原理和结构矿井提升机是矿井运输中的咽喉设备,是沟通矿井上下的纽带,因此它占有特殊的地位。它与压气,通风和排水设备组成矿山四大固定设备,是一套较复杂的机械电气机组。1.2.1矿井提升机的工作原理 按工作原理不同可分为两大类:即单绳缠绕式和多绳摩擦式 单绳缠绕式提升机是较早出现的一种提升机,单绳缠绕式提升机的工作原理如图1-1所示,简单地说,就是用一根较粗的钢丝绳在卷筒上缠上和缠下来实现容器的提升和下放运动。提升机安装在地面提升机房里,钢丝绳一端固定在卷筒上,另一端绕过天轮后悬挂提升容器。图1-1所示为单绳缠绕式单卷筒提升机,卷筒上固定两根钢丝绳,并应使每根钢丝绳在卷筒上的缠绕方向相反。这样,当电动机经过减速器带动卷筒旋转时,两根钢丝绳便经过天轮在卷筒上缠上和缠下,从而使升容器在井筒里上下运动。不难看出,单绳缠绕式提升机的一个根本特点和缺点是钢丝绳在卷筒上不断的缠上和缠下,这要求卷筒必须具备一定的缠绕表面积,以便能容纳下根据井深或提升高度所确定的钢丝绳悬挂长度。单绳缠绕式双卷筒提升机具有两个卷筒,每个卷筒上固定一根钢丝绳,并应使钢丝绳在两卷筒上的缠绕方向相反,其工作原理和特点与单卷筒提升机完全相同。多绳摩擦式提升机的工作原理与单绳缠绕式提升机不同,钢丝绳不是固定和缠绕在主导轮上,而是搭放在主导轮的摩擦衬垫上,如图1-2所示,提升容器悬挂在钢丝绳的两端,在容器的底部还悬挂有平衡尾绳。提升机工作时,拉紧的钢丝绳必须以一定的正压力紧压在摩擦衬垫上。当主导轮由电动机通过减速器带动向某一个方向转动时,在钢丝绳和摩擦衬垫之间便发生很大的磨擦力,使钢丝绳在这种摩擦力的作用下,跟随主导轮一起运动,从而实现容器的提升和下放。不难看出,多绳摩擦式提升机的一个根本特点和优点是钢丝绳不在主导轮上缠绕,而是搭放在主导轮的的摩擦衬上,靠摩擦力进行工作。多绳摩擦式提升机和单绳缠绕式提升机比较,在规格性能、应用范围、机械结构和经济效果等方面都优越的多,就深井和大产量来说,是竖井提升的发展方向。而单绳提升机适用于提升能力较小的场合。国产单绳缠绕式提升机有JT和JK两个系列:JT系列提升机卷筒直径8001600mm,主要用于井下运输提升工作;JK系列提升机卷筒直径为25m,主要用于地面井口提升工作。中信重型机械公司(原洛阳矿山机器厂)自1958年开始生产矿井提升机,并形成了大批量生产能力。设计、制造了6M和26M系列、KJ系列、XKT系列、JK和2JK、JUE和2JUE系列等单绳缠绕式提升机。1986年中信重型机械公司从瑞典ABB公司引进了具有八十年代世界先进水平的矿井提升机全套技术(包括设计、工艺、装配、检查、计算等),并于1987年经ABB公司专家来厂检验认证合格。诞生了JK-E、2JK-E新一代单绳缠绕式提升机。1.2.2矿井提升机的主要组成部分和各部分的作用矿井提升机作为一个完整的机械一电气机组,它的组成部分如图1.4所示。 工作机构主轴装置和主轴承 制动器 制动系统 减压传动装置 减速器(包括微拖动减速器) 机械传动系统 联轴器 润滑系统润滑油站矿井提升机 斜面操纵台 观测和操纵系统 深度指示器和传动装置 测速发电机装置 主电动机和微拖动电动机 拖动、控制和自动 电气控制系统 保护系统 自动保护系统 司机椅子、机座、机架 辅助部分 护栏、护板、护罩 导向轮装置、车槽装置(多绳摩擦绳提升机) 图1.4 矿井提升机的主要组成部分下面扼要介绍一下各个部分的功能。一、工作机构工作机构主要是指主轴装置和主轴承等,它的作用是:1.缠绕和搭放提升钢丝绳;2.承受各种正常负荷(包括固定静载荷和工作载荷)。并将此载荷经过轴承传给基础;3.承受在各种紧急事故情况下所造成的非常负荷,在非常负荷作用下,主轴承装置的各部分不应有残余变形;4.当更换提升水平时,能调节钢丝绳的长度(仅限于单绳缠绕式双卷筒提升机)。二、制动系统制动系统包括制动器和液压传动装置两部分。制动器的作用是:1.在提升机停止工作时,能可靠的闸住机器。2.在减速阶段及下放重物时,参与提升机的控制。3.紧急事故情况时,能使提升机安全制动,迅速停车,避免事故的扩大。4.双筒提升机在调节钢丝绳长度时,应能闸住提升机的游动卷筒。三、机械传动系统机械传动系统包括减速器和联轴器。1.减速器的作用矿井提升机主轴的转数由于受到提升速度的限制,一般在1060r/min分之间,而拖动提升机的交流电机转速通常在480960r/min的范围内,这样,除采用低速直流电动机拖动之外,一般情况下不能将主轴与电动机直接连接,中间必须经过减速器。因而减速器的作用是减速和传递的动力。 JK型提升机采用圆弧齿轮减速器,其速比为11.5,20,30。型号为ZHLR-130,ZHLR-150,ZHfLR-170等。还有采用共轴减速器的,这种减速器如加工制造精度达到要求,装配得当,则齿轮受力较小,布置较为合理。现在已用了行星齿轮减速器,这种减速器体积小,重量轻,传动效率高。2.联轴器是用来连接提升机的旋转部分,并传递动力。四、润滑系统润滑系统的作用是:在提升机工作的时候,不间断的向主轴、减速器轴承和啮合齿面送润滑油,以保证轴承和齿轮能良好的工作。润滑系统必须与自动保护系统和主电动机联锁:即润滑系统失灵时(如润滑油压力过高或过低、轴承温升过高等),主电动机断电。提升机进行安全制动。启动主电动机之前,必须先开动润滑油泵,以确保机器在充分润滑的条件下工作。五、观测和操纵系统观测和操纵系统包括斜面操纵台、深度指示器和测速发电机装置。1.操纵台是司机用以操纵提升机的装置,是提升设备的控制中枢。2.深度指示器是矿井提升机中的一个主要部件,其主要用途是:1)指示井筒中提升容器的实际位置; 2)容器接近井口时发出减速开始讯号; 3)在全提升过程的各阶段监督提升速度图的完成,起限速保护作用; 4)在制动或半自动化提升中给定加速,减速阶段的速度; 5)在钢丝绳因滑动或蠕动及衬垫磨损等原因而使容器位置与深度指示器位置不一致时,在停车时自动调零。3.测速发电机测速发电机装置主要用于机器的测速和超速保护。它由减速器高速轴上的大皮带轮(其直径由提升机所配的减速器高速轴轴径而更换),通过三角皮带带动测速发电机轴头上的小皮带轮组成(其直径按提升主电机的转速而更换),为便于张紧三角皮带有螺钉可使发电机在导轨上移动,为保证安全免出人身事故还设有护罩。另外测速发电机在提升运转过程中发出的电压还在斜面操纵台的电流电压表上反映钢丝绳实际速度(电压表上刻度单位是米/秒),供司机了解提升容器在井筒上、下的运行速度。六、拖动、控制和自动保护系统拖动和自动保护系统包括主拖动电动机和微拖动电动机、电气控制系统和自动保护系统。从以上所述可知主拖动电动机、机械传动系统、工作机构是矿井提升机的核心工作部件,其余系统为辅助系统。因此,对机械传动系统中的减速器进行监测对保证矿井提升机正常运行具有重要意义。1.3本章小结 本章着重介绍了提升机的发展史,以及提升机的种类、结构和各部分的作用,为进行故障诊断奠定了基础。2 矿井提升机的工况监测与诊断技术2.1故障诊断技术和状态监测2.1.1机械故障诊断的内容故障诊断技术是一门紧密结合生产实际的工程科学,是现代化生产发展的产物,它对设备管理的影响很大。所谓设备故障故障技术,就是在设备运行过程中或基本上不拆卸设备的情况下,了解和掌握设备的运行技术状态,确定其整体或局部正常与否,早期发现故障及其原因,判断故障的部位和程度,预测故障发展的趋势和往后技术状态变化的技术。设备故障诊断技术,与人们熟知的医学诊断技术十分相似,而且一些诊断方法和诊断的症状特征信息也十分类同。机械故障诊断的内容包括状态监测、分析诊断和故障预测3个方面,其具体实施过程可以归纳为信号采集、信号处理、状态识别与诊断决策4个方面 设备允许参数 信号采集 信号处理 故障确定被测设备 获取检测信号 设备特征信息 对比 趋势分析 诊断决策图2.1 机械设备故障诊断技术机械设备在运行过程中必然会有压力、温度、振动等各种参量的变化,由此会产生各种不同的信息。根据不同的诊断需要,选择能表征机械设备工作状态的不同信号,如振动、压力、温度等是十分必要的,这些信号一般是通过使用不同的传感器来获取的。信号处理是将采集到的信号进行分类处理、加工,获得能表征其特征的过程,也称为特征参量提取过程。状态识别是将经过处理后获得的设备特征参数与规定的允许参数或判别参数进行比较,以确定设备所处的状态是否存在故障以及故障的类型和性质等,为此应正确制定相应的判别准则和诊断策略。诊断决策是根据对设备状态的判断,来决定应采取的对策与措施,同时应根据当前的信号,预测设备状态可能变化的趋势,进行趋势分析。2.1.2机械故障诊断的发展历程对设备的故障诊断,实际上自有工业生产以来就已存在。早期人们依据对设备的触摸,对声音、振动等状态特征的感受,凭借工匠的经验,判断某些故障的存在,并提出修复的措施。故障诊断作为一门学科,则是在2O世纪6O年代以后才发展起来的。最早开展故障诊断技术研究的是美国,日本、英国、瑞典、挪威、丹麦等国紧随其后。美国1961年开始执行阿波罗计划以后出现了一系列的设备故障,1967年在美国宇航局(NASA)倡导下,由美国海军研究室(ONR)主持美国机械故障预防小组(MFPG)积极从事故障诊断技术的研究和开发,并成功地运用于航天、航空、军事等行业的机械设备中;英国在6O年代末7O年代初,以R.A.Coilacott为首的英国机械保健中心(UK Mechanical Health Monitoring Center)开始诊断技术的开发研究;日本钢铁、化工、铁路等民用工业部门的诊断技术方面发展很快,并具有较高的水平;丹麦在机械振动监测诊断和声发射检测仪器方面具有较高水平。1971年,Beard在博士论文中提出通过系统的自组织使系统闭环稳定。通过比较观测器的输出得到系统故障信息的新思想,标志着基于解析冗余的故障诊断技术的诞生。几十年的理论研究和实际应用表明,故障诊断技术为提高系统的可靠性和安全性开辟了一条新的途径,并在技术进步和市场拓展的双重驱动下得到了迅速的发展,产生了巨大的经济效益和社会效益,已成为各国研究的一个热点。我国在机械故障诊断技术方面的研究和应用相对较晚,2O世纪8O年代才开始着手组建故障诊断的研究机构,其发展也经历了从简易诊断到精密诊断、从一般诊断到智能诊断、从单机诊断到网络诊断的过程,发展速度越来越快。与发达国家相比,我国虽然在理论上跟踪较紧,但总体而言,在机械设备诊断的可靠性等方面仍有一定差距。经过近4O年的发展,作为新兴的综合性的边缘学科,机械故障诊断技术在理论上已初步形成了比较完整的学科体系,就其技术手段而言,已逐步形成以振动诊断、油样分析、温度监测和无损检测伤为主,一些新技术或方法不断兴起和发展的局面。计算机硬件技术的发展以及软件技术的日新月异,极大地促进了信号分析与处理技术的发展,从而更进一步推动了机械故障诊断和监测技术向着科学化和实用化的方向发展。2.1.3机械故障产生的原因分析机械故障是指设备在运行中,由于不可避免的或意外的原因而使其性能降低,甚至根本不能工作,但就其产生故障的客观原因有以下几个方面:1.先天性的原因:设计不当;材料有先天性缺陷如裂纹、气孔、砂眼等;零件加工、装配质量不符合设计要求等。2.使用方面的原因:工作环境不良。在超载的条件下运行。3.操作方面的原因:操作不当或失误;没有按规定进行保养。4.检修方面的原因:检修措施不当;检修质量不良,没有为有效润滑创造条件。5.意外的原因:如井下顶板冒顶引起设备损坏等。6.暂时还无法完全改变的自然规律如正常的磨损、老化等。设备诊断技术按要求、对象不同,可分成简易诊断和精密诊断两个层次。(1)简易诊断技术 对设备的技术状况简便而迅速地作出概括评价,相当于对人体进行健康检查,普遍有效地用于大量设备的检测。(2)精密诊断技术 对经过简易诊断判定为异常的设备,作为进一步的细致诊断,确定就采取的措施,以解决设备存在的问题,相当于医生对病人的深入诊断。设备的诊断技术不仅被人们应用于设备的使用、维修阶段,而且已按设备一生管理的要求,在每个阶段都应用于设备的诊断技术,以实现设备寿命周期费用达到最经济、最有效的目标。实践证明,设备诊断技术在具体的实施中将会取得十分明显的经济效益,这种经济效益主要表现在可以减少事故,降低维修费用。2.1.4设备状态监测设备状态监测,是用人工或专用的仪器、工具,按照规定的监测点进行间断或连续的监测,掌握设备异常的征兆和劣化程度。状态监测与故障诊断既有联系又有区别,有时往往把状态监测称为简易诊断,因为两者的含义和功能是十分相近的。状态监测通常是通过测定设备的一个或几个单一的特征参数(如振动、温度等),检查其状态是否正常,若参数值将要达到某个限定值时,就应判定安排停机修理。为了达到这个目的,在对设备进行定期或连续监测时,必须及时掌握并记录故障发展的趋势,对使用寿命进行预测、预报,实现状态监测的要求,做好故障趋势分析。设备状态监测按其监测的对象和状态量来划分,可分为两个方面的监测:(1)机器设备的运行状态监测 指监测设备的运行状态。例如:根据设备的振动、温度、油压、油质劣化、泄漏等情况,对泵类、压缩机、机床等设备进行监测。(2)生产过程式的状态监测 指监测由几个工艺参数所构成的生产过程的状态。例如:监测产品质量、流量、成份、温度或工艺参数量的变化等情况。上述两个方面的状态监测是相互关联的。例如:生产过程发生了异常,或会导致设备的故障,或会发现设备的异常。反过来,往往由于设备运行状态发生异常,就会出现生产过程的异常变化。设备状态监测 按监测手段来划分,可分为主观型状态监测和客观型状态监测两类:(1)主观型状态监测 由监测人员利用自身的感受器官去进行监测,其准确程度主要是取决于执行人员的经验和能力。如目前推行较为普及的日常点检工作,就属于此类情况。(2)客观型状态监测 由监测人员采用各种测量工具仪器和精密诊断仪器及专用监测系统等装置进行的一种监测方法。由于当前现代化装备水平的设备在数量上不断增加,促使客观型状态监测的比重将愈来愈大。同时一些具有现代化生产水来的系统装备,借助于电子计算机控制,来达到对生产过程或设备运行状态的自动监测,这对减少故障停机损失,开展状态预知维修,提高设备寿命周期费用效率,达到了较好的效果。2.1.5监测和诊断的主要方法 1.振动监测 在机械设备的监测和诊断中,振动监测是普遍常用的监测方法。振动是一切回转运动和往复运动机械中最普遍的现象。产生机械振动的原因有很多,归纳起来有以下几方面原因:1)零部件加工或装配中的偏心、轴弯曲,旋转体的材质分布不匀,使设备运转时产生惯性力;2)往复杆件,在往复运动时产生惯性力;3)支承零件以及传动机构零件的磨损、损坏,会使机构及机件随之产生振动;4)设备基座以及动力系统的激励。在振动分析中,通常使用传感器把机械能转换成电能,使传感受器产生电信号并与机械振动成函数关系。振动测量的传感器,一般常用的有位移型传感器、速度型传感器和加速度型传感器三种类型,根据测量参数的不同可选用不同的结构型式。2.温度测量温度是表示物体冷热程度的物理量,也是物质分子运动能量大小的反映和标志。物体在生产或运行过程中许多物理现象和化学作用的结果,大多可归结到温度这个状态量上来,所以在设备中的机械机件和电气元器件,常常会引起温度变化而产生“热故障”。因此,通过温度监测来查出早期设备的故障是十分有效和必要的。例如,机件中由于不正确的工作位置、或过载运行、或轴承的磨损运转、或润滑不良等原因,会产生异常热量。又如电气系统中由于机件间摩擦磨损导致绝缘层破坏,负载过大,电阻值变化,电缆接头老化、松动、接触不良等,都会使系统内局部区域产生异常升温。过去对一般设备有时采取手摸测温,其温度范围至多不超过50度左右。随着工业生产的飞跃发展和设备的不断更新换代,有的设备在生产过程中温度高达几千度以上,有的设备要求在运转中迅速而准确地测出温度,因此必须靠科学的检测手段来适应生产的需要。温度监测按测温方式的不同,一般可分为两大类:(1)温度监测 这类监测所用的仪器,大部分要求仪器的测温元件需要与被测体间有良好的热接触,通过热传导和热对流使物体与仪器探头接触区域达到热平衡时,实现温度测量。 属此类仪器有:液体膨胀式温度计、固体膨胀式温度计、压力表式温度计、电阻温度计和热电偶温度计等。 (2)非接触式温度监测 该种监测仪器在测量时,测量元件与被测对象无需接触,是通过接收物体热辐射能量来实现测温的目的。 属于这种原理的测量装置如:光学高温计、辐射高温计、红外没温仪和红外热像仪等。 3.裂纹检测 在机械构件或零部件的材质中,缺陷是难以避免的,但最危险的是出现裂纹缺陷。这种缺陷产生的原因很多,有的是热加工引起的、有的是焊接不良造成的。也有的是经过长期运行后所产生的疲劳裂纹、蠕变裂纹。如果运行的机作上裂纹产生扩展,就会对设备安全和生产安全造成很大威胁甚至严重后果。下面介绍一些裂纹的检测技术和方法(1)表面检测裂纹技术1)渗透染色法 利用渗透液来探测裂纹,是一种常用的简易手段。探测时,先清理机件表面,随后将渗透液均匀喷洒在被检查的表面上,然后再将洗清洗液喷洒在整个表面,再擦去表面的混合液,由于渗透液的渗透能力较强易渗留入空隙和裂纹中而不能被除数擦去,最后用显像液喷洒在整个表面上,残留渗透液的孔隙和裂纹地方因两种液体的作用而明显的颜色,以此查出机件的表面缺陷。2)荧光渗透法 此法是否普通渗透液中加入荧光剂,用同样的方式检查机件的孔隙和裂纹,在紫外线的照射下,在荧光渗透液渗入的裂纹、孔隙处显出强烈的黄绿肥色光辉,就能检出裂纹的所在。3)磁粉法 该法是利用磁粉的细粒,在进入由裂纹而引起的漏磁场时,就会被吸住留下。由于漏磁场比裂纹宽,故积聚的磁粉可用肉眼容易看出,以判断裂纹的存在。4)涡流检测法 此法是利用涡流裂纹探测器,当探测器通上交流电时,同时产生磁通和涡流。当探测器接触裂纹时,迫使涡流绕过裂纹而减弱了探测器线圈绕组内的电感量而取得电压上的变化,即在仪器刻度盘上显示出相应数值或发出报警声。(2)射线探测法 在设备诊断中,常用易于穿透物质的X、射线,来检测物体材料内部的结构或缺陷。它的作用原理类似于人体光健康检查。(3)超声波探测法此法是利用发射的高频超声波(MHz),从探头射入到被检物体中,倘若内部有缺陷,则一部分入射的超声波在缺陷处被反射或衰减,然后经探头接收后再放大,由显示的波形来确定缺陷的部位及大小。(4)声发射检测法当设备的某些部位的缺陷在外力或内应力作用下发生扩展时,由于能量释放会产生声波,并向四周传播,安放在被测表面上的传感器接收到这种信号,经放大和数据处理,来确定声源的位置,并判断缺陷的严重程度。在对锈蚀和裂纹十分敏感的许多设备中,这种方法得到广泛应用。.磨损监测磨损状态是机件故障失效的又一种常见形式。由于机器在正常传动中,需要传递转速、扭矩和功率,这就会在机件间有相对运动的接触部位产生不可避免的磨损。这种磨损造成故障在机械设备中所占比重较大,同时事故带来的经济损失也较严重。由于运动件之间的表面接触和摩擦、磨损的连续进行,使大量的磨损颗粒进入润滑系统,对于不同的磨损阶段不仅会在磨损颗粒数量上存在差异,同时还会产生磨粒的不同特征。对于磨损状态、磨损机理和磨损颗粒形态等监测和研究,目前应用油液分析技术已被认为是一种简便可行的有效方法。油液分析常用的有如下三种方法:(1)油样光谱分析利用油液中所含元素的原子发出辐射能,进行光谱分析来确定其含量。并可采用原子发射光谱测定法或原子吸收光谱测定法,一般能测小于10m磨屑。(2)油样光谱分析法 铁谱技术是国外20世纪70年代以发明的一种新的机械磨损测试方法,主要是研究新的分离油液中机械磨损碎屑和其它微粒材质的测试技术。目前它是磨损监测中应用最为广泛的一种润滑油样分析方法,油样铁谱分析能提供磨损残渣的数量、粒度、形态和成分四种参数。铁谱法一般适宜于检测磨屑粒度介于1050m范围。常用的铁谱分析仪有分析式铁谱分析仪和直读式铁谱分析仪两种型式。(3)磁塞检查法 磁塞检查法的工作原理,是用带磁性的塞头插入润滑系统中的管道内,收集润油中的磨粒残渣,用肉眼直接观察残渣的大水、数量和形状,来判断机器零件的磨损状态。这是一种简便而有效的方法,通常适用于磨粒残渣的尺寸大于50m的情况。5.泄漏检测在设备运行中,泄漏的危害是极大的。泄漏包括气态、液态和粉尘状态的介质,从设备的裂缝、孔眼和空隙中逸出或进入。泄漏造成的危害有工质损失、产品流失、能源浪费、工况恶化、环境污染、设备加速损坏等,是企业中力图防止的现象。特别是对于蒸气系统、空压系统、输油系统和一些压力输送系统,防止泄漏是个重要问题。泄漏检测的方法很多,例如皂液检漏法、声学法、压力-真空衰减测试法和触媒燃烧器等2.2矿井提升机故障诊断技术2.2.1概述由于矿井提升设备的重要性,要求对提升设备进行故障诊断,以保证矿井的正常生产。多年来国内外对提升的安全问题都极为重视,在如何避免事故的发生、减轻事故的影响方面开展了大量的工作,已取得了一些理论成果,但面对的不同的环境条件,还需要进一步的完善。主要涉及以下几方面: (1)制订合理的法规、标准,以使其在设计、使用、维护时加以遵照执行,避免事故发生。(2)通过合理有效的定期维护,以使提升机正常运行,避免事故的发生。(3)研制提升机的运行状态监测装置,通过对提升机运行状态参数的实时监测,及时发现故障并进行维修,而且还能在一些故障出现时起到后备保护作用。上述三方面的内容来说,在第一、第二两方面我国开展的工作较多,与国外的差距也较小,如我国的煤矿安全规程每隔几年就要进行修订,这与煤炭行业的科技发展水平是相适应的。在检修方面,无论是在检修制度的制订,还是在现场检修的执行方面都是比较严格的;但是,在相关技术人员的培训、检测的手段和设备等方面显有欠缺。在提升机运行状态监测监护装置的研制和应用研究方面,我国起步较晚,与国外的差距更大。国外最有代表性的成果是ABB公司、GHH公司和SIMAG公司的提升机监测和控制。国内开发和研制的提升机状态监测或后备保护装置已有十几种,大多数产品都是为煤炭系统所提出的八项后备保护而开发的,所采用的主机多为单片机或单板机,传感信号大部分是取自提升机原系统的继电器或控制接点,目前仅有中国矿业大学、洛阳矿山机械工程设计院的装置采用了工业控制机,北京煤科总院所研制的可编程提升机控制系统也具有部分状态监测功能。尽管国内外在提升机的安全方面已取得了一些成果,对提升机的安全运行也起到了一定的作用,但由于煤矿生产的复杂性和环境的恶劣性以及研究过程中的局限性,有些监护措施或装置未能达以预期的效果,煤炭生产矿井中仍有不少事故发生。当然,事故发生的原因是多方面的,其主要原因有:(1) 司机操作失误且无提示措施;(2) 现有的装置可靠性和系统性护功能差;(3) 对诱发事故的初期状态无有效的预测、预报措施和手段;(4) 对已发生的事帮的过程无记录,无法寻事故产生的基本原因进行科学的分析,因此导致了某些事故重复出现;另外,从提升机发生故障所涉及的控制回路看,大多与速度控制回路和制动系统有关。2.2.2矿井提升机常见故障分析1.提机部常见故障 对于提升机进行安全监护,我们首先了解矿井提升机运行的安全状况以及影响提升机安全运行的因素。为此,通过资料的查询、现场调研和现场测试,以及对多起事故的分析,表2.1给出了较多的事故统计表2.1 矿井提升机常见故障统计结果事故性质缠绕式提升立井箕斗立井罐笼斜井箕斗斜井串车断绳(坠箕斗或缺罐笼)175616过卷墩罐5849制动失效2211注:过卷墩罐只统计了造成设备损坏或人员伤亡的事故。2.故障原因分析(1) 断绳事故原因分析缠绕式提升机断绳坠箕斗事故来自于三个方面:钢丝绳强度低、松绳和过卷。其中,因钢丝绳强度低所引起的断绳坠箕斗事故占的比例小(占箕斗提升断绳的5%左右),而且诱发事的三个基本事件在静态时可以检查,也是使用矿井规定检查的内容,因此可以通过加强管理和检查而避免。而松绳和过卷引起的断绳事故,一方面因为所占比例较大(占箕斗提升断绳事故的90%以上,特别是松绳和过卷引起的断绳事故最多,占箕斗提升断绳的60%)。另一方面,由于它的基本事件大多与动态特性有关,还有一些是事故无法预见的,因此应作为监护的重点。理论分析表明,只要对松绳进行监测,并在松绳量小于一定数值时制动住提升系统,便可以避免因松绳引起的断绳事故。至于过卷引起的断绳事故,多是在容器过卷后卡在井口设施上,而提升机又未能制动,使钢丝绳拉断。就发生过卷的原因来说,是过速、过卷保护失效和制动失效,因此,对运行速度、提升高度的制动系统进行监测,采取可靠的过卷、过速保护措施,是解决此类事故的最好方法。缠绕式提升机断绳坠罐笼事故与断绳坠箕斗事故的不同之处在于两个方面,一是产行松绳的原因;地是断绳不一定坠罐,只有在防坠器失效时,断绳才会坠罐。其解决方法与上述方法相同(2) 制动失效分析制动器是矿井提升机普遍采用的一种机械制动装置,它是矿井提升系统正常减速停车及在各种提升故障情况下实施紧急制动停车的最终手段,是保证提升机安全运行的重要安全装置。制动力矩及制动器调整是否合理,直接影响提升机的安全运行。制动失效有三个方面表现,一是制动力矩大,造成张力大所引起的滑动。二是制动不住。之所以将超载和制动初速大作为制动不住的基本事件,是因为在调研中发现,在超载时,经常出现提升中途停车,再次开车时,司机又将方向开反,变成重物下放;当司机发现时,提升机速度已较大,此时实施制动便出现制动不住事故。至于制动力矩小引起的制动不住原因,是多方面造成的。三是制动力矩大引起斜井提升松绳,这主要是由于其提升机械机制动减速度过大于容器及载荷的自然减速度所至。 3.减速机结构及故障机理(1)减速机结构减速机由机体装置、高速轴装置、中间轴装置和主轴装置等部件组成。机体装置用以支承齿轮和轴,构成闭式润滑系统,并能使减速器在负载下运转时将齿轮和轴上的作用力传给基础。机体的下部还贮存整个机器润滑系统所需的润滑油,减速器各轴承和啮合齿面由集中润滑系统供油、进行强迫润滑。各类减速机的结构各有不同。机械运转部件包括转轴,轴承、以及齿轮。因此,对其进行振动故障监测较为复杂。(2)减速机故障及振动机理通过统计分析大量的大型减速机的事故资料,对各种运行事故发生原因及机理、预防措施进行了系统的研究。从中发现常见的主要故障类型有四类:轴不平衡、轴不对中、滚动轴承故障、齿轮故障。其中主要部件滚动轴承和齿轮的失效百分比占大约80%。一齿轮减速机失效形式表2.3齿轮损伤统计表,列举了齿轮箱中各类零件损坏及损伤原因的百分比。其中,齿轮本身的失效比重最大占60%。说明在齿轮箱中,齿轮本身的制造和装配质量及其维护是保证齿轮正常运行的关键。齿轮的异常现象通常有以下三个方面:(1)制造误差主要有:偏心、齿距偏差和齿形误差等。偏心是指齿轮的几何中心和旋转中心不重合;齿距偏差是指齿轮的实际齿距与公称齿距之差;齿形误差是指渐开线齿廓有误差。(2)装配不良主要有:齿轮轴装配后不平行,齿轮和轴装配不正会引起“一端接触”等故障。(3)齿轮的损伤。齿轮的损伤形式多样,又往往互相交错在一起,使齿轮的损伤形式显得更为复杂。表2.4列出常见的齿轮失效形式和比例。表2.2 各零件失效百分比失效零件失效百分比%齿轮60轴承19轴10箱体7紧固件3油封1表 2.3 齿轮减速箱损伤统计表损伤原因百分比损伤部位百分比产品40设计计算不当12齿轮60装配不良9轴承19制造缺陷8轴10材料7箱体7运行因素43维护操作24联轴器3误操作19密封1外界影响17外来物体8受原动机或拖动机影响7其它2表2.4 齿轮的常见失效形式及其比例齿轮失效形式占总失效的百分比%疲劳断齿32.8过载断齿19.5轮齿碎裂4.3轮毅撕裂4.6表面疲劳20.3表面磨损13.2齿面塑性变形5.3从以上分析可看出,对齿轮的监测对齿轮减速机具有重要意义。从实践看,齿轮损伤的故障诊断比其它零件的诊断更为复杂,涉及轴、轴承、齿轮等多种零件。2.3本章小结通过上述的介绍,对提升机的常见故障和诊断方法已有了一个初步的了解,特别是提升机的常见故障及原因有了一定的认识。钢丝绳断裂、制动器制动失效、减速箱内的故障是提升机产生事故的主要部位。下面我们将要分别对其各个部位的故障及诊断方法进行详细介绍。3 钢丝绳的故障诊断3.1矿用钢丝绳矿用钢丝绳在矿井提升中具有非常重要的地位和作用。它处于矿井的咽喉部位,一旦发生断绳事故,人员不能上下,物料不能进出。因此,矿用钢丝绳直接关系到到整个矿井的安全生产和人员的生命安全。3.1.1矿用钢丝绳的特点矿用钢丝绳与其它行业使用的一般用途钢丝绳相比,主要有如下特点:(1)矿用钢丝绳是在非常恶劣的环境条件下使用。在有淋水的立井井筒内,钢丝绳会因淋水而锈蚀。在无水的斜井巷道内,它会受到磨损。除淋水锈蚀、磨损外,对于含硫、磷等较高的矿井,它又会受到化学腐蚀。另外,煤尘等杂质会粘附在钢丝绳表面,也会给钢丝绳的涂油维护带来困难。这些均影响着矿用钢丝绳的使用寿命。因此,矿用钢丝绳必须具有耐锈蚀、耐磨损和耐腐蚀性能。(2)矿用钢丝绳是在多种应力高频率作用下运行。矿用钢丝绳在使用中,主要受到拉应力、弯曲应力、扭转应力等几种主要应力的作用,尤其是弯曲应力的破坏性最大。这些应力作的频率是极高的。矿用钢丝绳在上下提升过程中,在天轮、滚筒上各弯曲2次。对于年产上百万吨煤的大型矿,每天提升达500次上,钢丝绳受弯曲应力的作用下,会大大缩短其使用寿命。因此,对矿用钢丝绳必须进行较高指标的韧性考核。矿用钢丝绳钢丝的弯曲次数和扭转次数的考核指标,较一般用途的钢丝绳高3次左右。(3)矿用钢丝绳在匀速、匀加速和匀减速等速度下运行,处于一种特殊形式的运行状态。矿用钢丝绳不仅受到静拉力的作用,还受到动载荷的作用,这种全力的作用对其产生更大的破坏性。因此,煤炭行业对矿用钢丝绳的拉力指标和安全系数有较高的要求。(4)矿用钢丝绳是矿山这个特殊行业使用的一种重要用途的钢丝绳。钢丝绳按用途分为一般用途钢丝绳和重要用途钢丝绳。用于升降人员以及涉及安全生产的提升、起吊等用途的钢丝绳属重要用途钢丝绳。矿用钢丝绳主要用于升降人员、物料、提升煤炭、矸石等,因此属于重要用途的钢丝绳。(5)矿用钢丝绳的选择必须考虑天轮或滚筒直径与钢丝绳钢丝的直径比,直接关系到钢丝绳的受力状况和寿命长短。若用D表示天轮或滚筒直径,用d表示钢丝绳直径,当D/d=1200时,再增大比值弯曲应力不会显著下降;当D/d=900时,再减小比值弯曲应力则显著上升。因此,煤矿安全规程第417条规定了滚筒或天轮直径与钢丝绳直径之比:井上提升装置不得小于1200。3.1.2矿用钢丝绳结构、分类与使用一、提升钢丝绳的结构矿用提升钢丝绳都是丝股绳结构,即先由钢丝捻成绳股再由绳股捻成绳,提升钢丝绳各部分名称如图所示。 1.直径从0.44mm不等,常用钢丝的抗拉强度:1550N/mm2和1700 N/mm2竖井提升应不小于1550N/mm22.钢丝的韧性:有特号、号、号三种。提物可用特号和号,提人必须用特号。3.抗腐能力:有镀锌钢丝(钢丝表面镀锌,分甲、乙、丙三级)和光面钢丝(钢丝表面未镀锌,用于缠绕式提升机,需常涂油)。 4.绳芯的结构和作用:1)结构:钢丝捻成绳股时,有股芯,股芯由不同截面形状的钢丝组成,在由股捻制成绳时要有绳芯,绳芯有金属绳芯和纤维绳芯,金属绳芯由钢丝制成,纤维绳芯由创麻、黄麻等制成。2)作用:a 支持绳股,保持钢丝绳的截面形状,减少钢丝的挤压和变形,减少绳段间钢丝的接触应力。b 绳芯富于弹性,在钢丝绳弯曲时,允许绳段间和钢丝间有相对移动,以缓和弯曲应力,使钢丝富有韧性。c 贮存润滑油,预防钢丝内部锈蚀,减少钢丝间的摩擦。戈培油 二、提升钢丝绳的分类 按钢丝在绳中的捻次分:一次捻(单捻),丝绳;二次捻(双捻),丝股绳,提升绳;三次捻(三捻),丝股细绳粗绳,桥梁钢索;按股在绳中的捻向分:左捻(S捻),右捻(Z捻);按丝在股中和股在绳中的捻向关系分:交互捻,同向捻。三、提升钢丝绳选择使用1.选择原则是:绳的捻向与绳在卷筒上的缠绕螺旋线方向一致。我国单绳缠绕式提升机多为右螺旋缠绕,故应选右捻绳,目的是防止钢丝绳松捻;多绳摩擦提升为了克服绳的旋转性给容器导向装置造成磨损,一般选左、右捻各一半。 还应考虑如下因素: (1)在井筒淋水大,水的酸碱度较高且处于出风井中的提升钢丝绳,因腐蚀严重,应选用镀锌钢丝绳; (2)以磨损为主要损坏原因时,如斜井提升,采区上、下山运输等,应选用外层钢丝绳较粗的钢丝绳。如67,6(19)或三角股等; (3)以弯曲疲劳为主要损坏原因时,应优先选用线接触式或三角股钢丝绳,如6T(25);6W(19)等;(4)用于高温和有明火的地方,如煤矿矸石山等,应选用金属绳芯钢丝绳。2.提升钢丝绳的维护煤矿安全规程对提升钢丝绳运转维护的要求: (1)必须符合规定的绳轮直径和绳径比; (2)绳槽直径要符合要求; (3)缠绕式提升机用钢丝绳必须定期涂油润滑,润滑油要符合钢丝绳制造厂提出的要求:摩擦提升用钢丝绳只能涂专用的钢丝绳油(戈培油); (4)严禁用布条之类的东西捆在钢丝绳上作提升深度指示标记,以防该处的钢丝绳得不到良好的润滑而发生腐蚀断丝; (5)钢丝绳的运送、存放和悬挂都应严格按要求去做; (6)对提升钢丝绳必须每天以0.3m/s的速度进行认真检查,并记录断丝情况,有关断丝和钢丝绳断面缩小的极限要求可见煤矿安全规程有关规定; (7)钢丝绳遭受卡罐或突然停车等猛烈拉伸时,必须立即停车检查,遭受冲击拉伸的一段如果长度增加0.5以上或有明显损伤,要更换新绳; (8)多层缠绕时,由下层转到上层的一段绳由于磨损严重,必须加强检查,并且每季度要错绳四分之一圈。 3.钢丝绳的定期试验 煤矿安全规程还规定钢丝绳必须定期切下一段进行试验,以验证使用中的钢丝绳性能是否符合要求。 (1)新绳在使用之前均须进行实验; (2)除摩擦式提升用钢丝绳和尾绳以及倾角30度以下的斜井专门用来升降物料的钢丝绳外,提升钢丝绳在使用过程中必须定期切下一段做试验。升降人员或升降人员和物料的钢丝绳自悬挂之日起每6个月试验一次;专为升降物料的钢丝绳自悬挂之日起一年后进行第一次试验,以后每6个月试验一次。3.2矿用钢丝绳的故障诊断3.2.1钢丝绳的缺陷钢丝绳的缺陷诊断实践中,通常根据钢丝绳上缺陷的不同性质和状况,将钢丝绳损伤分为两大类:局部缺陷型(Localized Fault,简称LF型)和截面积损失型 (Loss of metallic Cross-sectional Area,简称LMA型)。LF型缺陷是指在钢丝绳的局部位置上产生的损伤,主要指内外部断丝、锈蚀斑点、局部形状异常等;LMA型缺陷是指造成钢丝绳横截面积总和减少的损伤,主要包括磨损、锈蚀、钢丝绳绳径缩细等。1) 磨损磨损是钢丝绳常见的劣化形式。钢丝绳外部和内部都会发生磨损,外部磨损是指外部钢丝与滑轮或卷筒之间的摩擦引起的磨损,而内部磨损是指钢丝与钢丝之间、绳股与绳股之间产生的磨损。磨损是钢丝绳金属截面积减少的主要原因,导致发生断丝。2) 腐蚀腐蚀是钢丝绳劣化的另一种主要形式,钢丝绳内、外部都可能发生。腐蚀与使用环境关系密切,在海边或水中使用的钢丝绳,更易发生腐蚀。腐蚀会使钢丝绳承载的有效金属截面积减少,加速磨损和断丝的发生,对钢丝绳机械性能影响很大。及时润滑钢丝绳会抑制和防止腐蚀的发生。3) 断丝断丝主要是钢丝绳弯曲疲劳、接触疲劳与挤压的综合作用结果。弯曲疲劳最易引起断丝的发生。钢丝绳的断丝一般都发生在与滑轮或卷筒经常接触的绳段,因为这一绳段的钢丝除受到弯曲扭转力外,还受到较大的挤压力,易产生一定程度的磨损。钢丝绳内外部都可能发生断丝,单层股(如六股、八股)钢丝绳断丝主要发生在外表面,但多层抗旋转钢丝绳的断丝主要发生在内部不同的股层之间。4) 变形钢丝绳失去正常形状而产生可见的畸形称为变形。变形会使钢丝绳的内部应力分布发生变化。钢丝绳在使用中,外力的碰撞、过渡弯折都会引起变形,碰撞引起的较严重的变形称为“鸟笼”现象。实际使用中,钢丝绳的缺陷很少是单一的一种模式,而是多种缺陷模式的组合。3.2.2钢丝绳无损检测技术的分类传统的钢丝绳检测方法是人工目视挂纱检查断丝,用卡尺测量直径的变化。目视挂纱方法就是检测人员手抓棉纱并抚摸钢丝绳,钢丝绳以合适速度移动,若出现挂纱,则疑为断丝并将钢丝绳停下,在该处仔细观察。这种方法只能检查外部断丝,且断丝须向外扩散。早期制造的钢丝绳不作预应力处理,容易产生断丝,断口向外发散,且断口间距较大。人们用目视挂纱检查法检查钢丝绳断丝,有一定的效果。但目前仍是钢丝绳的一种常用检查方法。现在,许多钢丝绳由于经过了预应力处理,断丝不向外翘,具有收敛性,断口间距相对较小。这使得传统的目视挂纱检查法越来越不可靠,同时,对钢丝绳断丝检测仪的分辨率也提出了更高的要求。传统的方法对现代工艺制造的钢丝绳检查效果越来越不理想,。钢丝绳无损检测技术是在不破坏钢丝绳结构的情况下,应用一定的检测方法对钢丝绳的机械性质、内部结构、工作状态进行检测,并根据检验结果和一定的准则对钢丝绳状态作出评估。有些检测方法由于原理上或技术上的限制很难在工程中应用,仅限于实验室研究。目前,能在工程中推广使用的主要是电磁检测法,具体情况如表3.1所示。表3.1 钢丝绳无损检测技术物理方法测量原理分析方法优点缺点电磁法测量漏磁通图线分析传感器设计简单、适用于大多数钢丝绳对断丝较为敏感断丝、点蚀同时存在难区分电磁法测量主磁通数据分析测定金属截面积变化不宜用于定量检测断丝等局部缺陷电磁法磁性成像图像分析能确定断丝、锈蚀区结构复杂,图像解释不唯一声发射法测量钢丝绳结构变化时的弹性波振铃计数、事件计数测量断丝、变形仪器费用高,信噪比低超声波法超声波在介质中传播回波图线分析测量断丝操作复杂,信噪比低磁致伸缩法磁致伸缩效应图线分析非穿过式测量,可一次测量长度较长的钢丝绳缺陷对断丝、锈蚀等缺陷分辨率低电涡流法电涡流效应图线分析可检测断丝、锈蚀对断丝、锈蚀等缺陷分辨率低电流法测定固定钢丝绳的电阻图线、数据分析能测定断面状况对移动钢丝绳的检测困难大振动检测法横向激励振动波在钢丝绳中的传播图线分析可检测出钢丝绳截面积变化区缺陷分辨率低X-射线强X射线垂直于绳轴照射拍摄照片能确定断丝不能连续测量,射线防护费用高光学法CCD摄像检测钢丝绳表面图像检测精度高设备费用高,油泥影响检测精度人工目测法人工观察极低速度移动的钢丝绳表面无记录,直接分析简单,能确定表面损伤费时、费事,人为因素影响大光纤传感Bragg光栅法反射波长图形分析判断钢丝绳局部承载能力,适合小下及埋入钢丝绳子仪器尚在研究中3.2.3钢丝绳电磁检测技术的现状与发展趋势近几年,除了电磁检测技术外,其余检测技术依然限于实验室研究。各国学者在实际中逐步推广应用电磁检测技术的同时,深入研究此门技术在工程应用中所遇到的各种实际问题,寻找解决的办法。这些问题主要集中在:缺陷定量检测精度问题,仪器可靠性问题,仪器多功能问题,仪器操作简化及智能化问题,基于检测结果如何对钢丝绳状态评估问题等。目前,在钢丝绳电磁检测技术领域中,国外比较著名的是加拿大矿业能源技术中心和美国NDT公司,国内比较著名的是华中科技大学机械学院。1986年至1996年期间,以加拿大矿业能源技术中心为主组成了一个研究小组,实施了一个钢丝绳缺陷电磁检测技术十年研究计划,由加拿大和美国的多个矿业公司、钢丝绳制造公司参与。1986年研究小组从调查各矿业公司使用钢丝绳电磁检测仪的情况着手,对当时的电磁探头作了全面的评估,深入分析了各矿业公司在使用钢丝绳电磁检测仪的同时仍然连续发生重大事故的深层原因。1990年开始对基于永久磁铁和霍尔元件的检测探头做深入的机理研究,图3-2所示。在实验室和工业现场做了大量实验,筹建钢丝绳检测的数据库,对换绳标准做了细致分析,制定了一套钢丝绳电磁检测仪操作规范。1994年前后研制成一套双功能、计算机辅助钢丝绳缺陷检测系统。1996年完成此系统的工业现场实验。此系统较以前的检测仪器有较大的改进,借助计算机增加了不少选择项目,除了检测LF和LMA缺陷外,还可检测TCMA(绝对金属截面积变化,即钢丝绳的金属截面积相对于出厂时的改变),数据存储量大,操作提示多,人机界面友好。但是从发表的文献看,此系统的智能化程度还不够,检测曲线仍然需要操作人员解释,也没有和科学的换绳标准联系起来,整个系统体积较大,现场操作仍显麻烦。在加拿大研究基于永久磁铁和霍尔元件钢丝绳检测探头的同时,美国无损检测技术中心(NDT)又单独研究了以永久磁铁和积分线圈为基础的钢丝绳金属面积损失检测系统,图3-1所示。此系统可以定量检测钢丝绳截面积损失,但只能定性检测LF缺陷。近几年,他们深入研究这种探头检测LMA的分辨率,在计算机上开发了一种检测信号处理程序,提高了LMA的分辨率,使LMA的轴向分辨率明显小于探头长度。近几年,俄罗斯的Intorn公司在钢丝绳检测系统的数字化方面也做了很多工作,使检测仪器向小型轻便、多功能方向发展。其中INTROS钢丝绳检测仪能够非破损地同时地检测线缆的金属截面积损失(LMA)和探测局部缺陷,如断线、锈坑、接合等。这就能得出结论如果它符合退役标准则应该更换线缆,保证设备的安全或当线缆处于好的状态时避免过多的费用。INTROS结构牢固,符合防爆和IP54甚至IP65要求。已经在美国、德国、波兰、日本、荷兰、印度、韩国、马来西亚、中国等几十个国家广泛使用。在国内,原华中理工大学的康宜华、武新军、杨叔子等人,在90年代初对钢丝绳断丝研究取得一系列成果基础上,近几年对基于永久磁铁和霍尔元件的钢丝绳缺陷检测探头又进行了深入研究,探讨了磁桥路法和漏磁通法检测钢丝绳金属截面积损失的问题。综上所述,钢丝绳电磁检测技术向着多功能、高精度、操作简单、智能化、计算机辅助检测方向发展。图3-1积分线圈检测LMA 图3-2霍尔元件检测漏磁通3.2.4电磁检测原理与方法电磁检测 (Magnetic Testing)原理基于这样的特性进行:铁磁性材料的磁导率比空气的磁导率至少大100倍。当用一磁场集中到这一材料中时,一旦遇到材料表面出现裂纹等缺陷时,由于材料局部的磁导率下降,一部分磁场将从材料中外泄出来,这一外泄的漏磁场(Magnetic Leakage flow)可被传感器检测。如图3-3所示。图3-3 检测泄漏磁场钢丝绳电磁无损检测就是把钢丝绳磁化至饱和,然后通过检测磁化后的钢丝绳的局部漏磁场实现LF检测,通过在磁化回路中布置检测元件测取钢丝绳中磁通量的变化实现LMA检测。如图3-4所示。图3-4 电磁检测原理在LF检测中,最初是采用感应线圈检测钢丝绳中的漏磁场,但由于线圈输出信号受钢丝绳与线圈相对速度的影响很大,己逐步被淘汰。随着半导体技术的发展,加拿大学者先后用霍尔元件和磁通门技术实现了对钢丝绳LF信号的提取。在国内,华中科技大学和上海海运学院也分别采用集成霍尔元件和磁通门实现了LF信号的提取。在LM A检测中,根据检测元件在磁化回路中位置的不同,又分为回磁通检测法和主磁通检测法。在钢丝绳磁通检测方法中,由于励磁源与钢丝绳构成闭合回路,因而磁化相对容易。磁通检测原理中的回磁通和主磁通分别是指图3-4中流经励磁回路的磁通和进入钢丝绳中的磁通.回磁通检测中,在钢丝绳和励磁源之间或回磁路某一位置放置检测元件,测量从钢丝绳经过空气间隙流回励磁源的磁通,该磁通量是两极靴间钢丝绳金属体积的函数,由此可以间接测量励磁回路两极靴间钢丝绳的平均金属截面积。主磁通检测的原理是将钢丝绳磁化至饱和后,一个同心线圈缠绕在钢丝绳上,钢丝绳上的任何金属截面积发生变化(由断丝,锈蚀,磨损等引起)都会引起主磁通的微分成比例变化。经过积分器变换后,积分器的输出与主磁通成比例变化,所以测量积分器输出Vi的变化就可以实现LMA的测量。目前,在 LMA检测中,回磁通检测法由于体积大,在测量LMA时轴向分辨率低,己逐步被淘汰.主磁通检测法由于轴向分辨率高,部分LF缺陷在LMA中也可以反映出来,并且从钢丝绳状态评价的角度看,LMA信号比LF信号更具有实际意义。特别是剖分式线圈技术上难题的解决,以及通过设计结构独特的信号处理电路实现钢丝绳磁通量的绝对值测量,使得主磁通检测法在钢丝绳截面损耗检测中得到了广泛的应用。从检测的性质看,电磁检测法分为剩磁场检测法和有源磁场检测法。前者利用的是因铁磁性材料具有一定的矫顽力,磁化后即使移去磁场,在其中也将具有一定的剩磁。由于剩磁比较微弱,所以这一检测方法的关键在于弱磁场的检测方法上,例如交流差分霍尔探头检测法,磁通门检测法等。有源磁场检测法由两部分组成,一是励磁装置,二是测量漏磁场的传感器。对铁磁性材料的磁化,一般采用两种方式:交流磁场磁化法(AC法)和直流磁场磁化法(DC法)。AC法的磁力线集中于被测材料的表层,因而只能检测表面缺陷,但一般不需要退磁;DC法采用的磁源有直流有源磁场和永久磁铁,能够检测表面缺陷和内部缺陷,只是有些场合需要退磁。在有源磁场检测法中,漏磁场的测量通过磁敏元件来实现,磁敏元件一般包括感应线圈和霍尔元件。感应线圈只能测量主磁通的相对变化量,且其输出电压随被测对象与感应线圈的相对移动速度变化而变化,应用中必须考虑速度的影响;霍尔元件不受速度的影响,并且可以测量磁场强度的绝对值。因此,随着被测对象和目的不同,磁敏感检测传感器的结构也将不同。漏磁场检测的目的是了解和估计铁磁性材料外部和内部缺陷的状态和位置,这一目的需要通过对漏磁场信号的定性或定量解释来实现。为此,国内外有关研究人员对缺陷状态和漏磁场检测信号特征间关系,从理论上和实验上做了深入细致的研究,形成了基于电磁理论的无损检测技术。通过对钢丝绳常见故障的介绍,特别是现在钢丝绳现有的检测方法,钢丝绳检测方法的发展现状,对电磁检测法的了解,有利于矿井钢丝绳子的管理,但是并不是说只有电磁法,现实中结合多种方法,像铁谱分析法用于提升的检测也有很好的效果。3.3本章小结 本章主要介绍了钢丝绳常见故障及检测方法,并着重介绍了现在常用的诊断方法,电磁检测法。从其发展,到成熟以及其工作原理进行了详细的说明。4 减速器与制动器的故障诊断4.1减速箱的故障诊断4.1.1减速箱的故障类型及原因减速器是装在原动机与工作机之间,是用来降低转速和相应地改变其扭矩。通常由齿轮、轴、轴承、润滑系统、箱体等组成,在其运转过程中,伴随着内部故障的发生和发展,必然产生振动加剧、噪声异常、温度升高、磨损加剧、能耗加大、严重漏油等其在的一种或几种故障现象。下表给出了减速箱常见的故障现象及原因,从理论上讲这些故障现象和相关参量均可作为减速箱故障诊断的参量。通过实践表明,振动诊断法是对减速箱进行故障诊断是一种有效的方法。但是并不是说只有这一种方法,其中铁谱技术,也已被用于减速箱,多种方法结合在一起,从而使减速箱的故障监测取得更好的效果。 在减速箱的各种故障中,以齿轮损伤引起的故障最为普遍(见表4.1),大约占减速箱故障的60%,因此对齿轮的监测尤为重要。4.1.2齿轮的故障诊断1.齿轮的常见故障齿轮故障或失效形式很多,由于制造与安装不良,造成齿轮与内圆轴线不同心不对中,以及大型齿轮的动不平衡等。在齿轮的运转中,由于齿面间承受着交变载荷,引起的齿面点蚀、剥落、胶合、磨损及断齿等失效形式。据国外抽样分析,齿轮各种故障的比例是:断齿占41%;点蚀占31%;划痕占10%;磨损占10%;其他8%。下面就齿面磨损、点蚀、轴弯曲和断齿四种典型故障的振动特征进行简要分析。(1) 齿面磨损 齿面磨损为均匀磨损时由于无冲击振动产生,不会出现明显的调制现象;当磨损发展到一定程度时,啮合频率及其高次谐波幅值明显增大。同时振动能量有较大幅度的增加。(2) 齿面点蚀 齿面点蚀在频域表现为:在啮合频率及其高次谐波附近存在以点蚀轮所在轴的转频为调制的边频,但调制边频带数量少而且稀。(3) 轴弯曲 轴轻度弯曲时,频谱中主要以齿轮啮合频率及其谐波为载波频率,齿轮所在轴转频为调制间隔的边带成分,但其数量少而且稀。轴重度弯曲时,时域中通常会明显地出现以一定时间为间隔的冲击振动,边带数量多而且密。表4.1 齿轮减速箱故障原因分析 齿面磨损 粘着撕伤 齿面疲劳 齿面损伤 齿面塑性变形 烧伤 轮齿裂纹 齿轮轮齿 轮齿断裂 过载折断 疲劳折断 振动增大 腐蚀磨损 噪声异常 轮齿塑性变形 温度升高 组合损伤 严重磨损断齿 尚能运转 严重漏油 气蚀 磨损加剧 轮体损伤 电蚀 能耗增大 齿轮轮体 轮体变形 轮体折断齿轮减速箱故障 不平衡 旋转机构 不对中 松动 油温升高 润滑系统 严重漏油 油质劣化 刚度不足 齿轮箱体 精度差 密封不良 齿轮轮齿折断、烧伤、严重变形、咬入异物 不能运转 齿轮箱 齿轮轮体折断 、严重变形、严重损伤 旋转机构轴键、联轴器、轴承等严重损伤、折断 齿轮箱体变形、有夹杂物 驱动源 动力源电源中断、燃料中断、电动机内燃机故障 其它(4) 断齿 齿轮断齿时表现为振动信号有很大的冲击振动。频率成分主要有断齿轴的转频、啮合频率及谐波,以及在啮合频率及谐波附近存在以断齿轴转频为间隔的调制边频带。2.齿轮传动状态检测的内容和手段齿轮装置在运行中与其运行状态有关的征兆由温度、噪声、振动、润滑油中磨损物的含量及形态、齿轮传动轴的扭转振动和扭矩、齿轮齿根应力分布等构成。由此产生了相应的故障诊断技术,如下所列: (1)振动信号检测与诊断方法。目前大多数的齿轮故障诊断技术均以振动信号为研究对象,从时域、频域、时频联合不同的角度对其分析和解释。 (2)模态分析与参数识别法。利用测得的振动参数对其零部件的模态参数进行识别,以确定故障的原因及部位。(3)磨屑残余物测定法。其主要包括铁谱法、磁塞法、光谱法等。但是此方法对一些故障毫无检测能力,如齿根裂纹、松动、不平衡等毫无检测能力,且其不适于运行状态的实时监测。(4)声学法。此方法易受背景噪声的影响,使得分析结果与实际情况出入较大。但是由于声测技术和分析方法的发展,利用噪声诊断齿轮故障近年来又引起了人们有关注。(5)温度监测法。对压痕、裂纹等典型故障无检测能力。(6)无损探伤法。此方法主要用于齿轮箱零部件的损伤检测。通过上述方法的比较,可以得知齿轮的振动是最佳征兆提取量。它对运行状态的反映迅速、真实、全面,能够反映绝大部分齿轮故障,有利于开展齿轮运行状态的实时监测和故障诊断。本人将从振动法和铁谱技术入手进行介绍齿轮子的检测。3.齿轮故障的振动诊断即使在正常运转条件下,因直齿圆柱齿轮的重合度1j2,同时参与啮合的轮齿对数和啮合点位置随时间不断的变化,而导致齿轮的综合啮合刚度发生周期性的变化,这样,即使在平稳载荷的作用下,齿轮传动也会产生振动。也就是是说,无论齿轮处于正常还是故障状态下,在振动信号中齿轮的啮合频率成分始终能获取齿轮的故障信息。但两种状态下振动量通读大小不同,从这处意义上讲,检测齿轮振动信号中的啮合频率分量可以进行故障诊断。但是从另一方面讲,齿轮的振动信号十分复杂,故障对振动信号的影响是多方面的,会产生振动冲击和信号的调制现象等,因此需要借助一些信号分析手段一检测齿轮运转的轴频和边频及谐波成分的变化,来确定齿轮的故障类型和发生的位置。下面针对几种常见齿轮故障的振动特性进行分析,以便通过振动检测和信号分析进行故障诊断。(1)齿轮磨损引起的振动当齿轮的齿面上产生磨损或齿面上有裂纹、点蚀、剥落等损伤时,就激发如图4.1所示的波形。从图上可以看出,啮合时产生冲击振动,从而激发齿轮按其固有频率产生振动,其中固有频率的振幅相对于其他振动部分是非常大的,并且冲击振动的振幅具有几乎相同的大小。同时,低频的啮合频率成分的振幅也增大。随着磨损的发展,齿的弹性常数表现出非线性的特点,振幅波形作如图4.1(b)所示的变化,在啮合频率中产生的啮合频率2倍、3倍等高次谐波或出现啮合频率为1/2、1/3倍等分数谐波。还有在齿轮加速减速时也会出现如图4.1(c)所示的具有非线性振动特点的阶跃现象。a 高频b低频c阶跃现象4.1 面损伤引起的振动(2)齿轮偏心引起的振动齿轮有偏心和周节误差时,高频域的振动波形如图4.2所示。一般说来齿轮偏心会使齿轮旋转频率的振幅增大,而周节误差会使齿轮啮合频率的振幅增大。当既有偏心又有周节误差时,将会出现调制波形,其高频振动包含旋转频率的一次和高次谐波成及边带。4.2 有偏心、周节误差的齿轮发生的振动(高频)(3)齿轮不同轴引起的振动 齿轮不同轴时,会发生低、高频的啮合频率及其边带。图4.3所示为低频域振动波形。4.3 齿轮不同轴时的振动(4)齿轮局部异常引起的振动 当齿轮发生折损、齿根部有大裂纹等局部异常时,会在高频域产生如图4.4所示的振动。其振动波形比较复杂,只有对波形作进一步的处理,才能从中寻找出相应的缺陷。4.4 局部有异常的齿轮发生的振动为了应用的方便,现将齿轮出现各种异常情况时的振动特征列于表4.2中,但是值的注意的是,在实际的测试中,齿轮的异常现象很少以单一的形式出现,而往往是多种故障形式的综合,因此实际测试所得到的频谱图远非上图所示的那么简捷明了,而是比这复杂的多,且谱峰通常是很难以单一频率线出现,多表现为一个连续的谱线,这需要我们根据具体情况进行分析和研究。 表4.2 齿轮异常及振动特征 (见下页) 4.1.3滚动轴承故障诊断轴承是机械设备中的关键部件之一,轴承发生故障也是引起机械设备故障的重要原因。据统计30%的旋转机械故障都是由于滚动轴承的损坏而造成的。由于设计不当、零件的加工和安装工艺不好或突加载荷的影响,使轴承在承载运转一段时间后会产生各种各样的缺陷,若继续运转,则缺陷进一步扩展,使轴承运转状态逐渐恶化以致完全失效。轴承的故障形式很多,如:由于机械原因引起的轴承滚道、滚动体、保持架、座孔或安装轴承轴颈的磨损;由于润滑油中的水分使元件表面产生化学腐蚀;由于不洁的润滑中含有金属磨粒导致轴承元件表面形成压坑;由于承受反复载荷而产生的疲劳点蚀、剥落或裂纹甚至破断等等。滚动轴承的故障诊断技术较多,主要有:振动诊断技术、铁谱诊断技术、声学诊断技术、温度诊断技术、油膜电阻诊断技术和光纤监测技术等。轴承的种种缺陷可以在轴承的运转状态下用各种方法加以检测,但最成熟且有效的也还是振动监测方法。振动法是通过安装在轴承座或箱体适当地方的传感器测取轴承振动信号,并对此信号进行分析与处理来判断轴承工况与故障的。振动检测按测量原理分为相对式与绝对式两种;按测量方法可分为接触式和非接触式两类。振动检测主要是指振动的位移、速度、加速度、频率、相位等参数的测量。由于被测信号振动强度近似与被测体的振动加速度成正比,所以现行的测量滚动轴承振动所用的参数基本上是加速度。由于振动法具有适用于各种类型各种工况的轴承,可以有效的诊断出早期微小故障,而且信号测试与处理简单、直观,诊断结果可靠等优点,所以在实际中得到了极为广一泛的应用。目前,国内外开发生产的各种滚动轴承检测与诊断仪器和系统中大都是根据振动法的原理制成的,有关轴承检测与诊断方面的文献80%以上讨论的是振动法。从使用、适用、有效的观点看,振动法是一种很好的滚动轴承检测与诊断方法。与振动法密切相关的是噪声法,即通过滚动轴承在运行过程中的噪声来判断其故障。用噪声法进行轴承的故障诊断,优点是不必接触轴承就可以得到检错信号,但由于所检测到的噪声中混有大量的非轴承原因产生的噪声,因而要把轴承噪声与其他噪声分开来十分困难,所以这种方法用得较少。振动(动态)信号的分析处理方法有很多,诸如时域处理、频域处理、幅值域处理、时差域处理以及近年来备受关注的时间频域处理等。振动检测方法中的时域诊断方法是发展最早的一种检测方法。如果单从时域波形上直接观察分析,往往很难看出轴承状态是否正常,有无故障及故障的性部位等。为此,在时域诊断中,普遍采用振动信号的基本数字特征及其频率分布特征来进行分析和诊断。应用比较广泛的有:振动信号的平均值、均方根值、方差、概率密度函数、概率分布函数、自相关函数、互相关函数以及峰值因子、波形因子、峭度系数等无量纲特征参数。频率分析方法可以对轴承早期故障进行精密诊断。直接对轴承信号进行频谱分析,结合频谱图的频率结构和特征频率的和频及差频分析,也可以判别出轴承的好坏。由于流体动力噪声机器旋转部件振动的干扰,适宜于简单机械的简单诊断。共振解调法被认为是频域分析法中最有效的一种方法,该方法以轴承系统的共振频率区为监测带,振动信号经放大、滤波和解调,获得脉动冲击的低频脉动信号,以此作为分析的依据。时间频率分析由于小波分析理论的推广应用,在滚动轴承故障诊断中也得到了一定运用。特别是近年来国内在理论研究、仿真计算和试验分析方面做了大量的工作。 1.由滚动体轴承的构造所引起的振动 (1)轴承元件因受力变形引起的振动 给滚动轴承施加一定的载荷时,由于内、外环以及滚动体的受力变形,使旋转轴的中心发生变动,由此引起的振动的主要频率成分为z(为滚动体的公转频率)。(2)旋转轴弯曲时引起的振动 当旋转轴弯曲或倾斜时,此时发生振动的主要频率分为z+(为内环的旋转频率)。(3)滚动体直径不一致引起的振动当一个滚体的直径大于其他滚动体的直径时,旋转轴心将以滚动体的公转频率为振动频率。此外,因轴向刚度的不同,还会引发频率为n+的振动。2.滚动体轴承的非线性引发的振动 滚动轴承是通过滚道与滚动体的弹性接触来承受载荷的。当轴承的润滑状态不良时,就会出现非线性弹性,由此而引发振动。其振动的频率为轴的旋转频率及其谐波2、3。这种形式的振动常在深槽球轴承中发生,而在自动调心和滚子轴承上下常发生。3.滚动轴承损伤(缺陷)而引起的振动(1)轴承严重磨损引起的振动当使用过程中由于发生严重磨损而使轴承偏心时,轴的中心将会产生振摆,此时的振动情形如图4.5所示,振动的频率为n,其中n为自然数,为轴的旋转频率。4.5 轴承偏心时的振动特性(2)内环有缺陷时的振动内环的某个部分存在剥落、裂纹、压痕等缺陷时,便会发生如图4.6所示的振动,其振动频率为,高次谐波为2,、3、由于轴承通常有径向间隙,使振动受到旋转频率(如图4.6a所示)或滚动体的公转频率(如图4.6b)的调制。(a)(b)4.6 内环有缺陷时的振动(3)外环有缺陷时的振动当外环有缺陷时,轴承会产生如图4.7示的振动。其振动频率为,高次谐波为2、3。与内环缺陷振动特征特性不同的是,由于此时缺陷的位置与承载方向相对位置固定,故不会发生调制现象。 Tb=1/fb4.7 外环有缺陷时的振动特性(4)滚动体有缺陷时的振动当滚动上有缺陷时将会引发如图4.8所示的振动,其振动频率为,谐波为2、3、与内环有缺陷时的情况相同,通常存在的轴承径向间隙会使振动受到滚动体公转频率的调制,如图4.8(a)所示。图4.8(b)所示是振幅未被调制的情形。(a) (b)4.8 滚动体缺陷的振动特性应该说明的是: 由于轴承的初期损伤所引起的冲击振动往往是比机器的其它振动(如齿轮啮合引起的振动等)要小的多,为了有效地进行轴承故障诊断,经常采用共振解调技术。以上简述了滚动轴承常见典型故障的振动特性。对于提升机减速箱来说用单一的振动监测法来进行故障诊断并不合理,在现实中减速箱中的振动噪音并不是单一的,许多的干扰因素会对判断故障原因产生影响,使得不能确定其故障原因。这就需要用别的方法进行进一步的诊断。常见的有油样分析法,用光谱法,铁谱法等,提取其润滑油进行检测,从而确定具体的原因。特别是铁谱技术的应用,取得的效果也不错,这样有利于对机器进行监测。有利于避免不必要的事事故的发生。4.2提升机制动器故障诊断4.2.1盘式制动器监测 制动系统的作用与提升机的安全运行有密切的关系。制动器按结构分为盘闸及块闸。而盘式制动器是目前矿井提升机普遍采用的一种机械制动装置,它是矿井提升系统正常减速停车及在各种提升故障情况下实施紧急制动停车的最终手段,是保证提升机安全运行的重要手段,是保证提升机安全运行的重要的安全措施。因此为了保证盘式制动器安全可靠运行,对其实施监测显得尤为重要。盘式式制动器监测4.2.2盘式制动器的故障诊断盘式制动器的方法也较多,经过查实资料得知,我国尤其以油压传感器应用最为广泛。下面将以这种方法对制动器进行监测诊断。(1)工作原理: 该装置主要由一个高精度油压传感器和若干个闸瓦监测探头及一台TZJ1型状态监测仪构成。如4.9所示:图4.9 制动器监测原理图1油液传感器 2闸瓦监测探头 3状态监测仪 4安全回路控制开关油压传感器装在液压站总油压回路中,闸瓦监测探头分别装在各闸瓦上,空动时间接点接在提升机安全回路中的常开接点上,以构成对闸瓦制动正压力,不同状态油压参数,闸瓦的开合状态及空动时间的监测。 状态监测仪主要由8031单片机,存储器芯片、8155 I/O 接口、 ADC0809模拟转换器、AD运算放大器、显示器等硬件构成。可以实现以下功能: 第一盘式制动器总制动下压力的在线监测和显示; 第二盘式制动器各制动闸制动正压参数和贴闸油压值的监测和显示; 第三制动器闸瓦在制动和松闸过程中开合状态监测和显示; 第四对液压系统最大油压和工作残压的监测和显示; 第五对制动闸安全制动空动时间的检测和显示; 第六能实现动态监视和静态检测两种工作方式。故障诊断采用实时诊断和事后诊断相结合的方式。实时诊断是针对能直接获取征兆的故障,用参数模型的诊断法,在软件构成时将规定的限值制成矩阵即可。其诊断结果直接显示出来。事后诊断是针对单故障多因素的故障,它不仅需要监测的征兆,有时还需要人机对话。由上述可知,在减速器中主要存在的故障,以及如何进行监测对于振动监测法及铁谱分析法有了一个清晰的认识,但是并不是说就这几种方法。随着科技的发展,新的诊断方法不断的形成,对减速箱的故障将会有一个更有效的预测。 5 铁谱技术在提升机故障监测中的应用5.1主轴承常见故障现象及处理方法5.1.1主轴承故障现象故障原因处理方法强金属音1.异常荷载2.润滑剂不足,或润滑剂不合适3.组装不良配合修正分析轴承游隙、预压调整轴承紧力润滑油补充,选择合适的润滑剂;对安装方法的改进规则音1.由于异物引起滚道上形成压痕、生锈现象;2.滚道上的剥离 更换轴承不规则音1.游隙过大;2.异物侵入损坏;3.滚动体有伤痕注意轴承游隙的配合、对预压量进行修正更换轴承并清洗相关零件,改善密封装置,使用清洁的润滑油;更换轴承异常温升1.润滑油过多或过少;2.润滑剂不足、不合适;3.跑套(配合面蠕动)4.密封装置不合适,有摩擦现象。检查润滑情况;对轴套的修正、改善配合;密封件的修正。振动大1.剥离2.组装不良3.异物侵入更换轴承;应对轴、轴承室、油盖凸缘的垂直度的修正;更换轴承、清洗相关部件,改善密封等。磨损故障1.异物侵入2.生锈电腐蚀的发展3.润滑不良改善密封装置定期清洗轴承室改善润滑剂及润滑方式5.2铁谱技术机械设备在运转过程中摩擦副之间必然会由于摩擦而产生磨损,在机油中就必然有磨损颗粒存在,磨损磨粒携带有摩擦过程和摩擦副磨损表面的详细而重要的信息。铁谱分析技术就是根据磨粒所携带的这些信息,进行定性与定量分析,据此判断机械零件的磨损情况及磨屑来源,从而分析润滑油状态,判断设备运行状态,预报使用周期,制定维修计划和进行设备保养。5.2.1铁谱技术的基本原理机械设备在使用过程中,其摩擦副表面会不断产生大量、微小的金属磨损颗粒。磨损颗粒的不同特征,反映和代表了不同的磨损作用过程和不同的磨损失效类型。铁谱技术通过对磨损颗粒的定性定量观测,获得有关摩擦副磨损状态的信息,从而判断和预测出机械设备的磨损状况。当零部件发生异常磨损时,金属磨粒的浓度会异常上升;同时,磨粒的表面形貌特征、尺寸及其分布规律也随之发生变化。通过对磨损颗粒的定性定量观测,不仅可以判断磨损的程度,而且可以判断磨损失效的类型,进而推断出造成异常磨损的原因,判断设备的磨损状况。通过对磨粒成分的识别,可判断异常磨损发生的部位。例如,在滑动轴承的滑润体系中,磨损颗粒大部分来自轴以及巴氏合金的轴瓦。从轴上磨损下来的颗粒是铁磁性的,从轴瓦上磨损下来的颗粒非铁磁性的,可以认为:铁磁性颗粒特征更多地反映了轴的磨损状况,而非铁磁性颗粒的特征更多地反映了轴瓦的磨损状态。铁磁性颗粒和非铁磁性颗粒的特征对于设备故障诊断都很重要。通过对润滑油变质产物、摩擦聚合物与添加剂反应产物的观察分析,可判断设备的润滑状况。5.2.2铁谱技术方法及仪器铁谱分析技术的基本方法是,换提取少许机器在用机油(润滑油或液压油),然后利用铁谱仪的高梯度磁场,将机械设备摩擦副产生的磨损颗粒从润滑介质中分离出来,并使其按一定规律沉积在显微基片上制成铁谱片,然后利用铁谱显微镜对铁谱片上的磨粒进行观察,通过对磨损颗粒浓度、形状大小、表面形态和色泽等特征加以分析,从而获得机械设备摩擦磨损过程中的各类信息,并通过对这些信息的综合处理,判断机械设备的工作状况(正常、异常、失效前久等)和进行设备故障诊断,或者是展开磨损机理方面的研究工作。铁谱技术的内容包括磨损微粒的分离、大小微粒数量的测定、数据的综合与处理,磨损趋势的分析、微粒形态的观察与分析等,以及基于以上过程最后做出诊断结论。所用的仪器设备主要有旋转式铁谱仪、双光显微镜、恒温箱、光密度计及超声波清洗机等。本次试验选用中国矿业大学设备教研室研制的KTP-型旋转式铁谱仪(见图下图),另外根据需要,还选用了DZF-6050真空干燥箱,H66005超声清洗机。5.2.3铁谱技术的优越性铁谱技术是具有独特的优势的油液监测技术,与其它油液分析方法相比,铁谱技术可以沉积和分析有价值的磨损微粒,建立设备磨损状态的判定标准进行设备磨损故障诊断。可以说,铁谱技术提供的故障特征信息更丰富更全面,对故障诊断的解释更合理更符合实际工况。其优点主要有:(1)应用铁谱技术能够分离出的润滑油中所含磨屑的尺寸范围较宽,微粒尺寸检测范围大,故应用范围广。铁谱分析对于0.1m范围内的颗粒都敏感。(2)铁谱技术利用铁谱仪将磨屑沉积在基片上或沉淀中,进而对磨屑进行定性观察分析和定量测量,综合判断机械的磨损程度,同时还可对磨损微粒组成元素进行分析,以判断磨损发生的部位。5.2.4铁谱技术的局限性铁谱技术虽然有突出的优点,但在实际应用中,也存在着一些不可忽视的问题,例如:(1)对润滑油中非铁磁性的有色金属(或合金)磨损颗粒沉积影响不大,检测能力较低,因而难以准确定量分析。(2)由于取样要求高,铁谱片制备和人工识别磨粒耗时多、速度慢,对磨粒识别至今仍较多依赖操作人员的经验,所以不能理想地适应大规模设备群的故障诊断。(3)由于仪器和方法本身的缺陷,其数据离散性大,重复性较差,定量分析结果不准确,制约了定量测量的精确度。5.2.5铁谱技术的发展概况及应用铁谱技术是70年代初期出现的一种机械磨损检测方法,是利用高梯度的磁场将磨损颗粒从流体试样中分离出来制成铁谱片,并用铁谱显微镜对其进行观察分析的技术。通常铁谱分析的对象是润滑油(或液压油),制作铁谱片的步骤包括采样、加温、油样的稀释、制谱、残液冲洗等。这一过程式已有相当完善的操作规范,并且易于掌握和实施。国外从70年代即已开始铁谱技术的研究并把它作为机器故障诊断、工况监测和加强润滑管理的一种有效手段,为设备管理领域带来了巨大的经济效益。国内于80年代初引进铁谱技术及设备,现已形成一支专业的研究、开发和应用队伍。由于该技术仅需分析润滑油样就能监测设备的磨损状态,因此铁谱技术在各类大型工程设备中得到了普遍的应用,取得了丰硕的成果。经过十几年的努力,我国在这个项目上的研究水平已赶上国外先进国家的平。在众多的设备中,运输机、齿轮、滚动轴承、滑动轴承、液压系统等润滑部件占有很大比例,适合于用铁谱技术对其润滑情况进行工况监测、故障诊断和计划维修。除此之外,铁谱技术还可以应用于摩擦磨损机理研究;机械装置状态监测;新机样机设计;润滑油性能评定测试;生物医学等多方面。5.2.6旋转式铁谱仪旋转式铁谱仪是一种基于磨屑理论的新型油液分析仪器。它利用高强度梯度的磁场,将机油(或其它液体介质)中的铁谱性和顺磁性磨粒沉积在玻璃基片上,并使其按磁场力分布排列成铁谱谱图。在磨粒沉积过程式中,含有磨损颗粒和其他杂质颗粒的机油(或其它液体介质)滴在随磁场一道旋转的玻璃基片旋转中心,并与其一起旋转,此时铁磁性和顺磁性磨粒同时受到重力、离心力、磁场力和机油(或其它液体介质)内摩擦力的作用,在工作磁场区域沉积成谱。油和其它杂质则在离心力的作用下被甩出谱片。由于消除了杂质颗粒沉积到谱片上的现象,大大减轻了对谱片进行定性铁谱观察分析的干扰。旋转式铁谱仪的制谱原理如图5.1所示。制谱时,油样2由定量移液管1在定位漏斗的限位帮助下,被滴注到固定于磁头4上端面的玻璃基片3上 磁头、基片在电机5的带动下旋转,由于离心作用,油样沿基片四周流动。油样中铁谱性及顺磁性磨屑在磁场力、离心力、液体的粘滞阻力、重力作用下,按磁力线方向(径向)沉积在基片上残油从基片边缘甩出,经收集由导油管排入储残油杯。基片经清洗、固定和甩干处理后,便制成了谱片。旋转式铁谱仪制出的铁谱片,磨屑排列为3个同心圆环,内环为大颗粒,大多数为l50m,最大可达几百微米中环为l20m,外环l0m。对于工业上磨损严重并有大量大颗粒及污染物的油样,采用旋转式铁谱仪可以不稀释油样一次制出,对于磨屑比较少的油样则可以增加制谱油样量。1移液管 2油样 3玻璃基片 4磁头 5电机图5.1 制谱原理示意图5.3铁谱技术在滑动轴承中的应用由于提升机的主轴经常处于一种加速和减速的情况下,使其处于一种不良滑润。因而需要对其滑动轴承进行状态监测,而又由于提升机滑动轴承的润滑系统中,磨损颗粒大部分来自于轴以及巴氏合金的轴瓦。从轴上磨损下来的颗粒是铁磁性的,从轴瓦上磨损下来的颗粒是非铁磁性,这样使得对其进行铁谱分析前必须进行预处理,即加入一定的磁化液(由中国矿业大学制造,其标准命名为磁化液A,即A型磁流体)。本次毕业设计实验中采用的就是这种A型磁流体,也就是用表面活性剂油酸酯严密地覆盖在10nm数量能的强磁性Fe3O4超微粒子表面上,并使其均匀分散于四氯忌乙烯中的稳定的胶体溶液。5.3.1油样采集如果要对含有非铁磁性磨屑的油样进行铁谱分析,考察磁流体在其中的使用规范,就必须选取一种具有代表性的非铁磁性磨屑作为研究对象,本次实验中,我选择了含有巴氏合金磨损微粒的润滑油作为实验样本油。一方面是由于巴氏合金在矿井提升机主轴润滑系统中的地位的重要性;另一方面是本人将来可能从事这方面的工作,为以后工作奠定一个基础,积累一点经验。从理论上不说,试验用的油样应该严格按照取样规范要求,取自实际工作中机械设备的润滑油或液压油,但是此时铁谱监测的对象为一个复杂的摩擦系统,其中可能包含有多个不同的摩擦副,且又存在多种干扰因素,注如:润滑油污染严重、磨屑成分多样化、各个摩擦副工况不同等等。这些都可能对实验的结果产生影响,不利于磁化液铁谱应用技术的实验室研究。为了获得比较“纯净”的含有巴氏合金磨屑油样, 我在M200磨损实验机上进行了运转试验,收集试验所需润滑油样本。(1)M200磨损实验机性能介绍 图5.2 M200磨损实验机摩擦用试件图 M200磨损实验机可对各种金属材料、非金属材料,在滑动摩擦、滚动摩擦、滚动滑动复和摩擦和间歇接触摩擦各种状态下的耐磨性试验,并可模拟各种材料在不同的摩擦条件下进行湿摩擦、干摩擦以及磨料磨损等多种试验。 M200磨损实验机的主要技术规格如下: 最大负荷200 kg 负荷测量范围030,30200 下试样轴转速400,200转/分 上试样轴转速5 kg/格 摩擦力矩测量范围0150 kg/cm 上试样的轴向最大移动量64 mm 双速电动机:三相380V,50周/秒 转速2870,1440转/分 功率1,0.75kw5.3.2实验方案的设计一般采用45#钢试件与巴氏合金试件进行实验,45#钢为上试件,巴氏合金为下试件。由于钢比巴氏合金硬,转动过程中产生了大量巴氏合金磨屑的同时,也产生了钢磨屑。以往的经验表明,油样中的钢磨屑对巴氏合金微粒的沉积会产生影响,为了消除这种影响,将上下两试件都换成巴氏合金试件进行试验,这样一来,油样中除了实验过程中混入的杂质以及润滑油本身带有的少量杂质,绝大多数微粒都是巴氏合金磨屑。这样制取的试验用油样更有代表性,更能反映最终的实验结果,对研究制谱规范十分有利。由于选取的下试件材料的巴氏合金比较“软”,因此载荷过大,则试件接触处迅速氧化,致使油样中杂质过多,影响实验结果观察;而载荷过小,就无法获得大量的巴氏合金磨粒。经反复实验观察最终选定载荷为40 kg。实验过程中,下试件的转速也对磨损实验的效果产生影响。为了模拟“低速重载”的恶劣工况,在油样中产生较大的磨损颗粒,最终,选取下试件转速200转/分。即使载荷和转速适当,也可能出现磨屑大量氧化的情况。为了避免出现这种情况,最好能把润滑条件控制为,在发生相对运动的上下试件之间恰好形成一层润滑油膜。5.3.3磨损实验过程为防止运转过程中会有以前实验残余的磨屑和杂质混入油样中,在开机运转前要用汽油清洗试件以及装卡试件附近的机器零件,并擦拭干净。清洁过后按照M200磨损实验机操作要求,装卡上下试件,本次试验中上下试件都为巴氏合金试件。在下试件下下方34cm处悬挂一长颈玻璃漏斗,其下放置150ml的磨口玻璃试剂瓶。调整重砣给上试件加载,载荷为40 kg。调整滴油瓶针头的位置,使针尖对准上下试件接触点,调节滴油的速度,以使滴下的润滑油能在上下试件之间形成润滑油膜。经检查无误后,低速开机,转速为200转/分钟。待搜集到约100ml左右的含有磨损微粒的油样后停机。5.4制谱准备5.4.1油样处理 制谱油样的处理,采用美国试验材料学会(ASTW)制定的处理程序,油样必须经过加热(655)、振荡、浓度稀释和粘度稀释等制备过程,方可进入制谱仪。其中浓度稀释直接影响定性分析和定量测量的准确性,当油样浓度过大时,磨粒在磁性沉积过程中发生堆积现象,铁谱读数与实际磨粒浓度的关系在仪器整个量程区间是非线性的。在读数低的区段呈现出较好的线性关系,因此样液应具有较低的磨粒浓度,但不可过低,以不可过低,以免受铁谱仪本身的零点漂移和测量的偶然性误差影响。油样中的磨粒浓度应调整到使最终读数处在如下范围之内: 10%DL (DS)50%(DL代表大于5 m磨损颗粒的光密度值,DS代表12m磨损颗粒的光密度值)。 粘度稀释则是在经过浓度稀释的油样中加入一定比例有机溶剂(例如四氯乙烯)来降低油样的浓度,以加速磨粒在铁谱磁场作用下的沉积过程。为了使实验条件一致,浓度稀释和粘度稀释都选用四氯乙烯进行处理。5.4.2制谱前准备(1)转动铁谱仪水平调节器,将铁谱仪调整到水平位置。(2)接通电源,试运转,检查转速,计时等是否正常。(3)按下电源开关,按下三档开关(200rpm/min)再按一下启动键,使仪器高速运转二十分钟。(4)将铁谱仪上三个磁头工作转速(选择开关),分别调整至工作时所需转速(推荐为70、150、200rpm/min)。(5)安放好残油收集杯。(6)漏斗清洗干净。5.4.3谱片制作利用旋转式铁谱仪制备铁谱片具体操作如下:(1)先将旋转铁谱仪的旋转速度设置为70、150、200r/min三档。在开启铁谱仪制谱之前,先在磁场装置的密封吸环上压一压基片,环内形成负压,将基片吸住。向玻璃基片上缓慢滴加四氯乙烯使四氯乙烯布满玻璃基片的表面。(2)取1 ml油样,加入1 ml磁化液,再加入8 ml四氯乙烯,按油样:总体积= 1:10进行稀释。(3)在70r/min转速下,缓慢滴加对过浓度稀释和粘度稀释的油样四氯乙烯溶液。为使谱片上沉积的磨屑总量便于实验观测,量取4ml上述溶液进行谱片制作。(4)在150r/min的转速下滴加四氯乙烯,直至谱片上无油样残留。(5)在200r/min转速下旋转几分钟,使四氯乙烯挥发即制成了谱片。5.5正交试验法5.5.1正交试验法简介在生产和科研工作中,为了试制新产品或改革工艺,经常要做许多多因素的试验。人们根据数理统计计学的原理,从大量的试验点中挑选适量的具有代表性的试验点,应用标准化了的“正交表”来合理安排多因素试验。根据这种方法,人们只要作较少次数的试验就能得到比较满意的结果,这种方法就是正交试验法。“正交试验法”是一种研究与处理多因素试验的科学方法,它在实际经验与理论认识的基础上,利用一种现成的规格化的表正交表,科学的选择试验条件,合理安排实验。进行一项试验,首先要明确试验的目的,以及如何考察它的效果一般把试验需要考察的效果称为试验指标。对试验指标产生影响的原因称为因素,因素在试验中所处状态、条件的变化,可能引起指标的变化,因素变化的各种状态和条件称之为因素的水平(位级)。因素是在试验中应当加以考察的重点内容。1.正交表用正交试验法合理安排试验,并对试验数据进行统计分析,需要用一种已经制好的标准化的表格,这就是正交表。正交表是正交试验的基本工具。最简单的正交表L4(23),常见的正交表有L4(23)、L8(27)、L16(215)、L9(34)、L27(313)、L8(41 24)、L18(61 36)等。2.正交试验法优越性用正交试验表,解析设计因素对于特性值的影响,以及最佳设计因素的水平组合,是一种高效可靠的解析方法。这个方法的优点是:它能在很多的试验条件中,选出代表性强的少数条件,以便通过次数较少的试验,找到较好的生产工艺或试验规范,最优或较优的方案。采用正交试验法安排试验计划,不但实验次数少,反映情况比较全面,而且在一定条件下可以得到比较满意的实验结果。5.5.2正交试验的基本方法1.试验计划的安排如何安排试验计划是正交试验设计的重要内容之一,其大致步骤如下:第一步 明确实验目的,确定试验的考核指标。第二步 确定因素,选取水平,制定因素水平表。挑选因素、水平一定要合理运用有关专业人员的理论知识和生产实践知识,凭借已经积累起来的实际技术经验,尽量把因素和位级找得比较准确。第三步 选用合适的正交表。第四步 确定试验计划。其中的内容有:因素顺序上列、位级对号入座、列出实验条件、记录实验数据等。2.试验结果的分析只有对试验中得到的数据结果进行正确的处理、计算、分析,明确各个因素对试验结果的影响作用,选出最优条件,才能达到试验目的。正交试验法分析试验结果的步骤结果的步骤如下:第一步 填写实验结果,直观找出实验中的最优结果或者是确定最优的实验条件。第二步 计算各列的、和R值。计算公式是: =第i列中的字码“1”对应的指标之和。 =第i列中的字码“1”对应的指标之和。 =第i列中的字码“1”对应的指标之和。 R=第i列中字码、中的最大值减最小值。 I=1,2,3,n(n为因素数)第三步 比较各因素的极差R,排出各个因素的主次顺序。R越大对应的因素越重要,对试验结果的影响越大。第四步 初选较好的位级配合。对主要因素,根据、的大小,选项与指标的要求相一致的好位级;对次要因素可选取艰位级,亦可选取便于操作和有利于降低成本的位级。在这量需要注意的是,有时候找出的好条件不止一个,而且有可能是没有安排在试验计划内,没有作过试验的。此时,就要通过重复实验的验证来确定使用哪个方案更好,更有利于科学研究和实际生产。第五步 画出因素与指标的关系图。以因素位级为横坐标,指标、的值为纵坐标作关系图,它反映了在其它因素的变化条件基本相同时,该因素与指标之间的关系。如果是三个以上的因素,则从这种关系图还能看出位级变化的趋势。第六步 确定较优的位级配合。最后,若通过正交试验结果计算分析得到的较优位级配合,是要投入生产的工艺条件,就要求计算和说明由于采用较优的生产条件而带来的产品质量的提高和费用的节约等技术经济效果。5.6正交试验5.6.1确定因素水平首先,在非铁磁性磨屑的“磁化”过程中,起主要作用的是表面包裹有表面活性剂的磁性粒子,而磁化液中含有磁粉的多少,将直接影响到“磁化”效果,磁粉太少会降低“磁化”的性能,磁粉太多又会产生堆积而影响观察效果。因此,选定浓度为影响非铁磁性磨屑微粒沉积效果的因素之一。实验中,我以配制好的磁化液为原液,按体积比用四氯乙烯分别配制成1:70、1:80、1:90、1:100四种不同浓度的磁化液。制谱时,按磁化液与油样体积比为1:1取用。用四氯乙烯稀释到10ml,从中取4ml制谱,每张谱片上含有油样的量为25ml。其次,磁化液与油样混合时间也是影响非铁磁性磨屑微粒沉积效果的因素之一。加入了磁化液的油样并不能马上用来制作谱片,因为磁化液中的磁粒子在油样中充分分散并吸附在非铁磁性磨屑表面需要一定的时间所以加入了磁化液的油样必须经过一段时间的静置。才能够取得理想的制谱效果。实验之中,我还制作了一组放置时间不同的谱片,这组谱片的其它实验条件均相同,采用磁化液浓度1:80的磁化液、油样保温温度为35,仪器制谱速度一致。用该组谱片测得实验数据的考察放置时间对磨屑沉积的影响。再次,一般来说,磁载子对非铁磁性磨屑的吸附与环境温度、磨屑表面形貌等因素有关,环境温度越高,吸附速度就快,在一定的时间间隔内吸附量就越大,当然吸附量达到一定程度就会饱和。根据用于铁谱分析的磁化液的相关理论和已经积累的制谱经验,升高温度,应该可以提高磁化液中磁性粒子的吸附速度和吸附量,从而缩短油样和磁化液混合的放置时间,提高制谱效率。因此选定混合后的的保温温度作为影响非铁磁性磨屑微粒沉积效果的因素之一。实验中选取从室温25开始,用水浴恒温箱体温已经加入了磁化液的油样,以5为一个增量,考察在25、30、35、40四个水平,非铁磁性粒子沉积的效果,从而确定磁化液使用规范在温度这一影响因素上的最优条件。另外,制谱速度也会在制谱过程中影响非铁谱性磨屑微粒沉积效果。制谱过程中,由于磨屑具有磁性,能够被铁谱仪上的极靴所产生的强磁场吸引,从而克服因旋转而产生的离心力,在谱片上沉积成谱。而在加入了磁化液的油样中,尽管其中的非铁磁性磨屑能够被“磁化”,但并不是它们本身具有了磁性,只是由于表面上吸附了一层纳米磁粉才能够被磁场所吸引。这种“磁性”相对较弱。当铁谱仪的转速提高,这些非铁磁性磨屑,尤其是体积较大的磨屑,很可能由于磁力不足以克服离心力而被甩出去。而这样制得的谱片就不能真实地反映磁化液的使用效果。由于设备老化等原因,在本次实验中我并没有对铁谱仪的转速做确切的讨论。加样、冲洗、甩干三档的转速一般有两组:一组为50、70、100r/min;另一组为70、150、200r/min。在这里,我仅根据已积累的制谱经验,采用较高的制谱速度,即:加样、冲洗、甩干三档的转速为70、150、200rpm/min。我采用正交试验方法探索磁化液应用于铁谱分析技术的使用规范。选择相应大小的四水平正交表,试验设计为三因素、四水平的下交试验,采用正交表L16(45),其可解析最多5个设计因素,如表5.1、5.2所示。实验结果如表5.3、5.4所列。表5.1 实验内容及因素水平符号因素水平磁化液浓度A(稀释比例)混合放置时间B(min)油样保温温度C()11:70A110B125C121:80A230B230C231:90A360B335C341:100A4120B440C4表5.2 正交试验表序号因素1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16ABC1 1 1 1 2 2 2 2 3 3 3 3 4 4 4 41 2 3 4 1 2 3 4 1 2 3 4 1 2 3 42 3 4 1 1 2 3 4 3 4 1 2 4 1 2 35.6.2正交试验及试验结果表5.3 谱片内圈大颗粒数目(颗粒尺寸10m)实验序号谱片代号N方向1方向2方向3方向4N均1A1B1C1119713102A1B2C213121016133A1B3C315191621184A1B4C415171418165A2B1C217242222226A2B2C331272534307A2B3C429272432288A2B4C114161812159A3B1C3161610141410A3B2C4151918141711A3B3C115129131312A3B4C2241816222013A4B1C4161317181614A4B2C11189101015A4B3C211915131216A4B4C316182016185.7实验结果分析5.7.1直观分析从直观分析来看,16个实验中以第6号谱片的大颗粒数目最多;其实验条件是A2B2C3;其次是第7号试验制得的谱片内圈大颗粒数目。这些好的效果是通过试验制得到的。应该认为比较准确了。但的A2B2C3的效果就是最好的位级配合,有没有更好的条件使内圈的大颗粒数目更多一些,还得进行计算分析。5.7.2计算分析将实验后记录的数值结果,经初步均值计算后填入表5.4后,进行计算。下面我们就来对计算的结果进行分析:首先,比较各列的大颗粒读数和、的大小,从第一列可以看出。则说明了磁化液浓度这个因素的位级2最好,这大致说明了磁化液浓度这个因素以位级2为好,即浓度选取1:80较好。再比较其余各列不难看出:在第二列中因素3和4的效果最好,这说明了磁化液和油样的混合时间一般要超过1个小时,这样所制得的谱片效果较好;在第三列因素中,3的效果最佳,这说明了磁化液和油样的混合液在制谱前的温度为35时,制得的谱片效果较好。极差R的大小用来衡量试验中相应因素作用的大小。极差大的因素,意味着他的三个位级对于“指标”的影响较大,通常是重要因素。极差小的因素往往是不重要的因素。在本试验中,根据表5.4不难看出,磁化液的浓度是影响谱片中大颗粒读数的最重要的因素,其次是制谱前混合液的温度,最后是磁化液和油样的混合时间。由于计算得到的较好的制谱条件为:A2B2C3。这与直观分析的结果相同,因此我们就认为在对巴氏合金油样进行铁谱分析时,制谱时的最佳条件为:A2B2C3。即使用浓度为1:80的磁化液,磁化液和油样混合后放置时间要超过1小时,混合在制谱前的温度大约保持在35。 表5.4 实验结果分析表实验号浓度A时间B(min)温度C()谱片代号内圈颗粒数N11(1:70)1(10)1(25)A1B1C110212(30)2(30)A1B2C213313(60)3(35)A1B3C318414(120)4(40)A1B4C41652(1:80)12A2B1C2226223A2B2C3307234A2B3C4288241A2B4C11593(1:90)13A3B1C31410324A3B2C41711331A3B3C11312342A3B4C220134(1:100)14A4B1C41614421A4B2C11015432A4B3C21216443A4B4C318576248+=272957067647180566977R39932注:为了检验计算结果是否正确,可对每列算出的、进行验证:+=16次试验结果的总和=272,如果不等于此数,则应找出错误,予以更正。5.7.3因素和指标示意图用因素的位级作横坐标,用位级的全部大颗粒之和做纵坐标,画出因素与指标的关系图。对表示定量因素的各点用实线联起来;对定性因素它的每种位级的读数用虚线表示。 表5.5 因素A和颗读数的关系表5.6 因素B与颗粒读数的关系表5.7 因素C与颗粒读数的关系5.8实验结论:5.8.1磁化液的浓度由表5.5可以看出,磁化液的浓度对巴氏合金磨屑的沉积效果影响到很大,理论上讲磁化液的浓度越大磨屑沉积数目超多。但是磁化液浓度太大,则会引起磁化液磨屑颗粒的沉积,影响了对大颗粒磨屑的观察,通过试验我发现磁化液浓度在1:80时,谱片上有足够大的颗粒数目(如图5.3和5.4),而且磁化液也不会产生沉积。因此,可以得磁化液浓度在1:80时,制谱效果最好。5.8.2油样的放置时间加入了磁化液的油样并不能马上用来制谱,因为磁化液中的磁粒子在油样中充分分散并吸附在非铁磁性磨屑表面需要一定时间,所以加入磁化液的油样必须经过一段时间的放置才能取得理想的实验效果。由表5.6可以看出随着放置时间的延长,谱片上的大颗粒明显增加,到了一定的时间以后(2h)达到了饱和,考虑到实际工况监测中油样预处理时间不能过长,但又不得让磁粒子尽量吸附在磨屑表面,我将油样的放置时间定为1小时。从数据统计上可以看出,放1小时以后的油样中磨屑沉积率以达到铁谱分析的性能指标,基本反映实际工况。(如图5.5和5.6)因此,将加入磁化液的油样放置1小时,效果较为理想。图5.3图5.45.8.3制谱前的温度 当加入了磁化液的油样被加热后其吸附量均有明显提高,但其带来的负面影响到也同时存在,由表5.7可以看出当加热温度超过35,谱片上的磨屑和磁化液出现明显堆积而且磨屑表面可以看到吸附了大量磁粒子,严重影响了对谱片的定性分析。(如图5.7和5.8)因此可以得出温度在35时,制谱效果较好。图5.5(上) 图5.6(下)图5.7图5.86 单绳缠绕提升机主要部件的校核 在提升机运转前先对机器的一些主要部件进行校核是非常重要的,以免在运转时发生重要故障。6.1 钢丝绳的校核目前国内外中小型矿井的设计多选用单绳缠绕提升系统。 经过方案比较,副井,提升系统。已知数据:提升容器采用单绳1t单层二车罐笼矿车采用标准1t矿车具体规格分别为 MG1.1-6矿车 GLSY-11/1罐笼 自重=6000N 自重=27500N 名义载重量=1t 罐笼仓高=4290mm容积=1.1 最多乘人数=12人矿井矸石量约为煤炭产量的15%矸石散松容重为1.64t/经常下方的最重材料是砌镟料石,其密度为1.6 t/最大班下井工人约400人1.选择提升钢丝绳 副井提升作业多种多样,应以最大的终端
温馨提示:
1: 本站所有资源如无特殊说明,都需要本地电脑安装OFFICE2007和PDF阅读器。图纸软件为CAD,CAXA,PROE,UG,SolidWorks等.压缩文件请下载最新的WinRAR软件解压。
2: 本站的文档不包含任何第三方提供的附件图纸等,如果需要附件,请联系上传者。文件的所有权益归上传用户所有。
3.本站RAR压缩包中若带图纸,网页内容里面会有图纸预览,若没有图纸预览就没有图纸。
4. 未经权益所有人同意不得将文件中的内容挪作商业或盈利用途。
5. 人人文库网仅提供信息存储空间,仅对用户上传内容的表现方式做保护处理,对用户上传分享的文档内容本身不做任何修改或编辑,并不能对任何下载内容负责。
6. 下载文件中如有侵权或不适当内容,请与我们联系,我们立即纠正。
7. 本站不保证下载资源的准确性、安全性和完整性, 同时也不承担用户因使用这些下载资源对自己和他人造成任何形式的伤害或损失。
提示  人人文库网所有资源均是用户自行上传分享,仅供网友学习交流,未经上传用户书面授权,请勿作他用。
关于本文
本文标题:提升机故障诊断技术及主轴承磨损的铁谱分析[含CAD图纸和文档全套资料打包]
链接地址:https://www.renrendoc.com/p-19401014.html

官方联系方式

2:不支持迅雷下载,请使用浏览器下载   
3:不支持QQ浏览器下载,请用其他浏览器   
4:下载后的文档和图纸-无水印   
5:文档经过压缩,下载后原文更清晰   
关于我们 - 网站声明 - 网站地图 - 资源地图 - 友情链接 - 网站客服 - 联系我们

网站客服QQ:2881952447     

copyright@ 2020-2024  renrendoc.com 人人文库版权所有   联系电话:400-852-1180

备案号:蜀ICP备2022000484号-2       经营许可证: 川B2-20220663       公网安备川公网安备: 51019002004831号

本站为文档C2C交易模式,即用户上传的文档直接被用户下载,本站只是中间服务平台,本站所有文档下载所得的收益归上传人(含作者)所有。人人文库网仅提供信息存储空间,仅对用户上传内容的表现方式做保护处理,对上载内容本身不做任何修改或编辑。若文档所含内容侵犯了您的版权或隐私,请立即通知人人文库网,我们立即给予删除!