采煤機(jī)搖臂傳動(dòng)系統(tǒng)動(dòng)力學(xué)及傳感器優(yōu)化布置研究.pdf

1、煤炭是我國(guó)的主體能源,在我國(guó)經(jīng)濟(jì)社會(huì)發(fā)展中具有重要的戰(zhàn)略地位。采煤機(jī)作為現(xiàn)代化礦井安全、高效生產(chǎn)的主要機(jī)械設(shè)備,正受到越來(lái)越多的關(guān)注。其中,搖臂作為采煤機(jī)最容易產(chǎn)生故障的部位,其所處的截割部消耗的功率卻占整個(gè)采煤機(jī)功率的80％-90%,因此,搖臂故障能否準(zhǔn)確診斷將直接影響采煤機(jī)的生產(chǎn)率、傳動(dòng)效率、能耗和使用壽命。對(duì)設(shè)備的振動(dòng)信號(hào)的測(cè)試和分析是一種主要的狀態(tài)監(jiān)測(cè)和故障診斷手段,所以開展系統(tǒng)振動(dòng)和故障齒輪對(duì)齒輪系統(tǒng)動(dòng)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(duì)采煤機(jī)搖臂進(jìn)行準(zhǔn)確的在線監(jiān)測(cè)和故障診斷,選擇適當(dāng)?shù)膫鞲衅鞅O(jiān)測(cè)點(diǎn)和傳感器個(gè)數(shù)是必不可少的環(huán)節(jié),對(duì)搖臂的動(dòng)力學(xué)研究是找到恰當(dāng)傳感器監(jiān)測(cè)點(diǎn)和傳感器數(shù)量的理論基礎(chǔ)。優(yōu)化的傳感器布置能夠以最低的成本提供最有價(jià)值的信息,是提高狀態(tài)檢測(cè)和故障診斷系統(tǒng)性能的物質(zhì)基礎(chǔ)。
　　齒輪故障可以通過(guò)齒輪嚙合動(dòng)力學(xué)參數(shù)表現(xiàn)出來(lái),特別地,齒輪嚙合剛度和輪齒嚙合力對(duì)齒輪系統(tǒng)的故障比較敏感,所以研究齒輪動(dòng)力學(xué)嚙合參數(shù)是

3、對(duì)齒輪系統(tǒng)進(jìn)行精準(zhǔn)故障診斷的基礎(chǔ)?；诓牧狭W(xué)原理和能量原理建立了求解齒輪時(shí)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(shí)變嚙合剛度理論模型模型。通過(guò)數(shù)值仿真,求解了搖臂齒輪在嚙合過(guò)程的時(shí)變嚙合剛度;通過(guò)對(duì)不同程度裂紋齒輪的剛度計(jì)算,得出隨著裂紋的擴(kuò)展,齒輪的剛度隨著變小的結(jié)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(dòng)力學(xué)模型,基于此模型研究了高速區(qū)齒輪動(dòng)態(tài)特性、沖擊載荷對(duì)齒輪動(dòng)態(tài)特性的影響,

4、以及不同裂紋損傷程度對(duì)系統(tǒng)動(dòng)態(tài)特性的影響,結(jié)果表明齒輪系統(tǒng)的損傷存在可通過(guò)時(shí)域信號(hào)分析診斷。分析了行星輪系中的典型損傷模式對(duì)系統(tǒng)振動(dòng)特性的影響,損傷引起了信號(hào)的周期性變化,且沖擊成分明顯;頻域信號(hào)中信號(hào)的頻率一樣,與正常齒輪的頻域信號(hào)相比,損傷齒輪的頻域信號(hào)的嚙合頻率周圍出現(xiàn)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(lì)通過(guò)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(hào)不含噪

5、聲和外界擾動(dòng),從理論層面的分析為更深刻地理解和把握典型損傷對(duì)于齒輪系振動(dòng)特性的影響提供了依據(jù),為進(jìn)一步研究特征提取方法、損傷檢測(cè)、退化狀態(tài)評(píng)估和剩余使用壽命預(yù)測(cè)奠定了基礎(chǔ)。
　　為了對(duì)搖臂振動(dòng)傳感器優(yōu)化布置,在搖臂動(dòng)力學(xué)研究基礎(chǔ)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(nèi)部載荷激勵(lì)下,殼體上功率流的分布,基于功率流研究,劃分出振動(dòng)傳感器可布置區(qū)域,分析結(jié)果表明,搖臂振動(dòng)傳感器的最佳布置區(qū)域?yàn)榭拷S承座附近的區(qū)域。在功