采煤機搖臂傳動系統(tǒng)動力學及傳感器優(yōu)化布置研究.pdf

1、煤炭是我國的主體能源,在我國經濟社會發(fā)展中具有重要的戰(zhàn)略地位。采煤機作為現代化礦井安全、高效生產的主要機械設備,正受到越來越多的關注。其中,搖臂作為采煤機最容易產生故障的部位,其所處的截割部消耗的功率卻占整個采煤機功率的80％-90%,因此,搖臂故障能否準確診斷將直接影響采煤機的生產率、傳動效率、能耗和使用壽命。對設備的振動信號的測試和分析是一種主要的狀態(tài)監(jiān)測和故障診斷手段,所以開展系統(tǒng)振動和故障齒輪對齒輪系統(tǒng)動態(tài)特性影響的研究有助于采

2、用更可靠、更有效的狀態(tài)監(jiān)控和故障診斷方法。要對采煤機搖臂進行準確的在線監(jiān)測和故障診斷,選擇適當的傳感器監(jiān)測點和傳感器個數是必不可少的環(huán)節(jié),對搖臂的動力學研究是找到恰當傳感器監(jiān)測點和傳感器數量的理論基礎。優(yōu)化的傳感器布置能夠以最低的成本提供最有價值的信息,是提高狀態(tài)檢測和故障診斷系統(tǒng)性能的物質基礎。
　　齒輪故障可以通過齒輪嚙合動力學參數表現出來,特別地,齒輪嚙合剛度和輪齒嚙合力對齒輪系統(tǒng)的故障比較敏感,所以研究齒輪動力學嚙合參數是

3、對齒輪系統(tǒng)進行精準故障診斷的基礎?；诓牧狭W原理和能量原理建立了求解齒輪時變嚙合剛度的理論模型,近一步建立了具有非等齒寬裂紋的齒輪時變嚙合剛度理論模型模型。通過數值仿真,求解了搖臂齒輪在嚙合過程的時變嚙合剛度;通過對不同程度裂紋齒輪的剛度計算,得出隨著裂紋的擴展,齒輪的剛度隨著變小的結論。
　　基于搖臂齒輪高速區(qū)是齒輪故障高發(fā)區(qū),建立高速區(qū)齒輪9自由度動力學模型,基于此模型研究了高速區(qū)齒輪動態(tài)特性、沖擊載荷對齒輪動態(tài)特性的影響,

4、以及不同裂紋損傷程度對系統(tǒng)動態(tài)特性的影響,結果表明齒輪系統(tǒng)的損傷存在可通過時域信號分析診斷。分析了行星輪系中的典型損傷模式對系統(tǒng)振動特性的影響,損傷引起了信號的周期性變化,且沖擊成分明顯;頻域信號中信號的頻率一樣,與正常齒輪的頻域信號相比,損傷齒輪的頻域信號的嚙合頻率周圍出現較多的邊頻帶,并且不同的損傷形式的邊頻帶幅值有所差別。齒輪的嚙合激勵通過齒輪軸和軸承傳遞到殼體上的頻率以齒輪的嚙合頻率以及其倍頻為主。從理論模型得到的仿真信號不含噪

5、聲和外界擾動,從理論層面的分析為更深刻地理解和把握典型損傷對于齒輪系振動特性的影響提供了依據,為進一步研究特征提取方法、損傷檢測、退化狀態(tài)評估和剩余使用壽命預測奠定了基礎。
　　為了對搖臂振動傳感器優(yōu)化布置,在搖臂動力學研究基礎之上,基于板殼功率流理論,采用有限元方法求出了搖臂殼體在內部載荷激勵下,殼體上功率流的分布,基于功率流研究,劃分出振動傳感器可布置區(qū)域,分析結果表明,搖臂振動傳感器的最佳布置區(qū)域為靠近軸承座附近的區(qū)域。在功