1典型故障的振动特征
齿轮箱故障诊断一般分为四个步骤进行：信号检测、特征提取（信号处理）、状态识别和诊断决策。对齿轮箱典型故障的机理研究和特征提取在整个诊断过程中占有举足轻重的地位。
1.1齿轮均匀磨损
发生齿轮均匀磨损时齿轮箱箱体振动信号的主要特征为：齿轮啮合频率及其谐波的幅值明显增大，阶数越高，幅值增大的幅度越大。振动能量（有效值）有较大幅度的增加。
1.2断齿
断齿是齿轮失效的一种严重形式，也是常见的失效形式之一，其中多数断齿为疲劳折断。发生断齿时齿轮箱箱体振动信号的主要特征为：以齿轮啮合频率及其谐波为载波频率，齿轮所在轴转频及其倍频为调制频率的啮合频率调制，调制边频带宽而高，解调谱出现所在轴的转频和多次高阶谐波。以齿轮各阶固有频率为载波频率，齿轮所在轴转频及其倍频为调制频率的齿轮共振频率调制，调制边频带宽而高，解调谱出现所在轴的转频和多次高阶谐波。振动能量有较大幅度的增加。包络能量有较大幅度的增加。
2齿轮箱故障诊断步骤
（1）确定频率特征参数。详细分析和了解被测齿轮箱的结构，确定测试齿轮箱的档位和传动线路，并由此确定齿轮箱每个测试档位的频率特征参数。（2）确定测点。测点位置和传感器安装位置能决定测到什么频率范围的振动。实际被测对象都有主体与部件、部件与部件之间的区别。必须找出最佳的测振位置，合理布点。（3）测试时间间隔的确定。对于开始测试时，每次振动测试的时间间隔可以短一些，以一周一次较好；在振动量的平稳小幅上升或小幅波动期间，每两次振动测试的时间间隔可以长一些，几周一次或一个月一次，由企业根据情况自己确定；在振动量比较快速上升期间，每两次振动测试的时间间隔要缩短。（4）测试与记录。根据选定的测点和决定的工况，采用测试和记录设备将现场的被测齿轮箱的各测点信号采集和记录下来，带回到试验室进行详细的数据处理和分析。（5）诊断故障。根据建立的档案、测试分析提取的故障特征来诊断是否发生故障、故障的严重程度、故障产生的部位，分析故障产生的原因，决定是否进行维修以及维修前应该准备的零部件。在分析故障产生原因时，一定要注意现场调查，在很多情况下，故障是因为误操作等偶然因素产生的，所以一定要进行较为细致的现场调查工作。
3工业性试验
3.1试验仪器
本实验中所用的仪器为YHJ（C）矿用便携式测振记录仪。该仪器基于嵌入式系统的设计理念，采用ARM系统为主架构开发了一款矿用便携式数据记录装置，该装置具有防尘、防水、防腐蚀性能；具有本质安全型防爆性能；具有振动信号采集；具有数据存储功能。
3.2试验概述
四明山矿工作面的皮带机所用的减速器是SSX200-18A行星减速器，为悬挂式3级传动减速器，输入功率为200kW，公称减速比为18，传动系统图。
3.3选择测点
测点的选择一定要保证所采集的测点信息与齿轮箱实际工况的一致性，选择能反应真实振动情况的部位安置测点，同时要使得测得的信号尽可能大。一般情况下，测点选择应遵循以下原则：（1）要考虑信号传输过程中所经过的界面尽可能少。（2）应选择尽可能靠近这些轴承座的位置布置测点。（3）重要部位的测点可以布置多、密一些。（4）测点的选择要兼顾轴径向平面的水平与垂直两个方向和轴向方向。（5）要在比较平坦的箱体表面布置测点，以便安装和拆卸振动传感器。根据以上原则，考虑到皮带机所用减速器的结构，确定了各个测点的位置，仅列典型的测点2和测点6。在测试时，每个测点均拾取轴向和径向两个方向的振动信号；传感器通过专用转换器连接至磁力吸座，然后放置在相应测点上。
3.4实验数据分析
试验中，采用两类指标相结合，即均方根值、峰值、峭度和峰值因子等来判断减速器工作状态是否正常。在发现上述时域指标异常时，再对相应的测试数据进行功率谱、解调谱分析，以进一步判断该设备状态，甚至故障。振动数据分析结果见图4。根据时域分析结果，对振动数据做进一步的分析。图5为测点2拾取的振动信号的功率谱图。由图5可以看出，输入轴转频及其谐波信号清楚地出现在谱图上，即24.4Hz，且其2倍频幅值远大，测点6解调谱图中均有伞齿所在轴转频（7.5Hz）及其倍频成分，再次表明伞齿可能存在不均匀磨损、崩齿甚至断齿等较严重的故障。
3.5拆解验证
减速器升井后，进行了解体检修，发现输入轴齿轮磨损严重，伞齿轮齿根发生了不同程度的崩齿现象。
4结论
采集被测齿轮箱的测点信号，通过振动噪声分析诊断齿轮箱故障，可实现不停机操作状态下的故障诊断，大大减少了由于停机所造成的经济损失，通过振动噪声分析诊断方法在现场实际应用，拆解结果完全验证了振动分析的准确性，所以振动噪声分析是一种高效简便的齿轮箱故障诊断方法。
作者：靳文栋 单位：山西煤销集团四明山煤业有限公司
