1、论文编号：论文题目：基于振动信号分析的提升机齿轮 箱故障诊断研究 摘要摘 要本论文介绍了矿井提升机及其齿轮箱的结构原理，指出了确保齿轮箱可靠运行是确保提升机安全运行和矿井安全生产的重中之重。针对以上问题，论文阐述了矿井提升机齿轮箱的振动与故障机理，结合传统的时域振动分析法、频域（FFT）分析法、细化分析和齿轮箱边频带分析法等振动信号处理方法。同时，论文以MATLAB7.0为软件平台，实现了利用同态解调原理对复杂的提升机齿轮箱振动信号进行分析处理，并从中提取出了提升机齿轮箱的故障特征信息；在此基础上，论文利用了小波分析理论良好的时频分析能力，对提升机齿轮箱振动信号进行分析处理，突出了齿轮箱故障特
2、征的在时域和频域里的对应性，弥补了时域分析、幅值谱分析和同态解调谱分析等分析方法的不足。最终，论文成功地对矿井提升机齿轮箱进行了状态监测与故障诊断，并达到了快而准的工程应用效果,为矿山企业对矿井提升机进行合理地维护和确保提升机安全运行提供了理论依据，实现了理论成果应用于工程实际并转化为生产力的目的。关键词：提升机；齿轮箱；故障诊断；振动信号分析IAbstractABSTRACTThis paper,at first,has discussed structure principle of mine elevator and its gearcase,and has pointed out th
3、at to ensure reliable operation of gearcase is important to ensure safe operation of mine elevator and production safety of mine. For the above problem, this paper has reviewed vibration and fault mechanics of mine elevator gearcase. Combined with traditional vibrational signal processing method in
4、time and frequency domain which are time domain vibration analysis,FFT, Zooming analysis and and Sideband analysis of gear case and soon on. At the same time, based on MATLAB70, homomorphic filtering are used in fault diagnosis of elevator gearcase. Faults of elevator gearcase are extracted. On this
5、 condition, the strong analysis function of wavelet in frequency-time is applied to analyse variation signal of gearcase.the fault characteristics of gearcase is show in between time domain and frequency domain at the same time, which their parallelism is emphasized. and the disadvantage of FFT and
6、homomorphic filtering fault diagnosis is made up. Ultimately, this paper successfully has monitored the condition of mine elevator gearcase and diagnosed its fault, and achieved a fast and the prospective effect of the application, which provides a theoretical basis that mining enterprises maintain
7、mine elevator reasonably and ensure safe operation of mine elevator, and these theoretic achievements were applied to engineering practice,and translated into productivity.Keywords: mine elevator; gearcase; fault diagnosis; vibrational vignal analysis目录目录摘 要IABSTRACTIII目录V1引 言11.1 提升机故障诊断国内外研究的现状11.
8、1.1 提升机故障诊断理论与诊断方法的研究11.1.2 故障诊断技术在提升机上的应用21.1.3 提升机故障诊断存在的问题21.2 齿轮箱振动故障诊断的研究现状及发展趋势31.2.1 齿轮箱振动故障诊断的研究现状31.2.2 齿轮箱振动故障诊断的发展趋势41.3 本课题研究的目的和意义51.4 本课题的主要研究内容及创新点52 矿井提升机齿轮箱振动故障诊断研究72.1 矿井提升机原理结构及减速机原理结构分析72.1.1矿井提升机原理与结构分析72.1.2矿井提升机齿轮箱结构分析102.2 矿井提升机齿轮箱振动故障机理分析112.2.1 矿井提升机齿轮箱振动信号的调制原理探讨122.2.2 矿井
9、提升机齿轮箱典型故障机理研究142.3 矿井提升机齿轮箱典型故障的振动频率特性分析222.3.1正常状态232.3.2齿面磨损故障232.3.3齿形误差故障242.3.4断齿故障242.3.5点蚀故障242.3.6轴类故障242.3.7箱体共振故障252.4 本章小结253 齿轮箱振动信号分析方法研究273.1 时域分析方法的分析研究273.1.1 统计分析方法273.1.2 时域波形分析法303.2 频域分析法的分析研究313.2.1 频域分析（FFT）法313.2.2 倒频谱分析353.2.3 细化分析法363.2.4齿轮箱的边频带分析法363.3齿轮箱振动信号同态解调原理的探讨373.3
10、.1齿轮箱调幅信号同态解调分析373.3.2 同态解调系统中数字滤波器分析383.3.3 基于MATLAB平台的同态解调原理的实现393.4 本章小结414 基于小波理论的齿轮箱振动信号处理研究434.1小波理论分析434.1.1连续小波变换434.1.2离散小波变换444.1.3小波级数444.2小波包理论分析454.2.1 小波包分解原理454.2.2 离散小波包算法464.3 基于MATLAB平台的小波理论分析的实现474.4 本章小结495平煤五矿提升机齿轮箱振动故障诊断研究515.1 提升机齿轮箱传动示意图及主要技术参数515.1.1 提升机传动方式分析515.1.2 提升机传动机构
11、主要参数分析：515.2 提升机齿轮箱振动测试与诊断方案的制定535.2.1正确选择测试方式和测定参数535.2.2 振动测试测点的合理布置535.2.3 测试仪器的配置545.2.4 齿轮箱诊断方案确定555.3 提升机齿轮箱故障诊断与分析研究555.3.1 齿轮箱简易诊断555.3.2 齿轮箱精密诊断565.4 矿井提升机齿轮箱精密诊断结果715.5 本章小结716结论736.1论文完成的主要工作736.2 论文的主要结论736.3 今后工作展望74参考文献755第1章 引言1引 言1.1 提升机故障诊断国内外研究的现状随着工业的进步以及人类对人身价值的重视，矿井主要设备的安全运行已经成为
12、考核煤矿企业落实煤矿安全规程的一项重要指标。我国对矿井主要设备的安全问题极为重视，煤矿安全规程和煤矿机电设备完好标准对其安全都作了明确的规定。为了达到这些要求和确保设备的安全运行，国内外科技工作者进行了大量的研究工作，其中工况监测、故障诊断是一个重要方面。工况监测和故障诊断技术在企业的成功应用和因此而带来的巨大经济效益促使人们不断研究和开发新的理论和技术，对煤矿的安全生产起到积极的作用1-3。矿井提升机是井下采矿提升运输重要设备，是联系井下与地面的重要生产设备，是煤矿生产的咽喉。在煤矿生产过程中，提升机运行状态及其监测水平如何将直接关系到矿工人身安全、原煤生产任务完成、煤矿生产效率和经济效益。
13、对此国内外部分高校和研究所开发了很多矿井提升机状态监测与故障诊断系统，减少了重大事故发生的可能性。1.1.1 提升机故障诊断理论与诊断方法的研究在提升机故障诊断理论与诊断方法方面，国内外学者主要做了以下研究工作：通过对提升机电控系统的速度环、电流环、励磁环中的给定环和反馈环中的电量监测及曲线分析、液压系统的油压、电液比例阀的控制电流、储能器氮气压力参数、主轴振动信号及电控系统的故障机理的分析，来判断提升机的工作状态，并预测其历史变化趋势；对提升机盘式制动器故障机理进行了详细研究和受力分析，提出了用状态参数诊断制动器故障的方法；利用小波对模拟量进行去噪，并探讨了小波对特征参数中制动正压力智能判别
14、问题；利用小波包在矿井提升机主减速箱故障诊断中提取微弱故障特征，并对产生振动故障的原因进行了频谱分析及动态受力分析；通过对提升机减速箱噪声的测试与分析，得到减速箱正常情况下噪声标准频图和齿轮出现磨损故障的特征，提出用噪声进行齿轮磨损等故障诊断的判断标准；以振动强度和振动频谱分析为依据，对提升机减速箱多次损坏的原因进行了分析诊断；在分析提升罐道典型故障的基础上，通过对振动信号采用频域和小波的信号奇异性分析，建立了典型故障和信号特征的关系；提出了用加速度的速率变化作为判别罐笼是否安全运行的基本标准；运用小波提取提升机钢丝绳断丝故障特征信号，判断钢丝绳断丝的位置；利用模糊数学的原理和方法，对不同的故
15、障，提取相应的开关量、模拟量信号和脉冲量信号，采用不同的处理方法，并开发了TKD矿井提升机故障诊断专家系统；对直流提升机的电控部分故障诊断专家系统的知识表示及推理方法进行了研究4。可见，人们对提升机故障特征参数的提取方法进行了大量的研究，取得了许多成果，为进一步研究提升机的智能故障诊断系统奠定了基础。1.1.2 故障诊断技术在提升机上的应用旋转机械常见故障也不同程度地存在并引起其工作过程中振动。提升机属于大型旋转机械，其工作状况从启动、加速、匀速、减速到停车，各工作阶段的运动速度变化，振动是非平稳信号，给故障诊断带来困难。为此，中国矿业大学提出用小波分析方法提取微弱信息，分析非平稳信号，进行正交小波变换，将信号分解到不同的频带内。从而实现信嗓分离，提取处于不同频带的设备特征信息，为故障诊断提供依据。矿井提升机制动系统运行状态的好坏关系提升机安全运行，为了确保制动系统处于安全可靠运行状态，除了在设计计算时合理选择运行
