WK型电铲减速机综合在线状态监测系统的可行性研究

WK型电铲减速机综合在线状态监测系统的可行性研究
陈晓勇;张华明
【摘要】In order to strengthen the troubleshooting and maintenance of shovel reducer fault in daily safety work and ensure the normal operation
of the entire operation, from the harsh operating conditions of shovel ,the article researches WK shovel reducer mechanical vibration, lubrication and wear comprehensive on-line condition monitoring system, which can effectively limit the equipment damage rate and avoid the failure magnification by monitoring the earliest bearing and gear wear progress.%为加强在日常安全生产工作中对电铲减速机故障的有效排查与保养,保证整机的正
常运行作业,从露天采场电铲苛刻的运行环境和工况,对WK型电铲减速机机械振动、润滑及磨损综合在线状态监测系统进行可行性研究,确保通过监测最早期的轴承和
齿轮磨损进展,就能够有效地限制设备损坏率和避免故障扩大化.
【期刊名称】《露天采矿技术》
【年(卷),期】2018(033)003
【总页数】4页(P86-89)
【关键词】减速机;轴承;润滑;机械振动
【作者】陈晓勇;张华明
【作者单位】神华北电胜利能源有限公司,内蒙古锡林浩特 026015;神华北电胜利能源有限公司,内蒙古锡林浩特 026015
【正文语种】中文
【中图分类】TD672
0 引言
随着减速机行业的不断发展，越来越多的设备中运用到了齿轮减速机。

在采掘设备WK型电铲中齿轮减速机主要用于低转速大扭矩的传动装置。

把WK型电铲电动
机的转速通过齿轮传动变为要求转速，以达到理想的减速效果。

在露天采场中，减速机是电铲的关键设备和高故障发生点，长期以来一直采用计划维修或出现故障后再维修的方式。

计划维修无法及时了解设备的运行情况，而事后维修则由于事先的准备不够充分,造成维修工作的耗时太长、损失严重。

因此对WK型电铲减速机机
械振动、润滑及磨损综合在线状态监测系统进行可行性研究。

1 综合在线监测系统概述
WK型电铲减速机机械振动、润滑及磨损综合在线状态监测系统由现场数据采集模块（包括数据信号采集器、振动加速度传感器、磨损监测传感器、油液水分传感器、油液品质传感器、信号传输线缆等）、本地服务器、远程诊断中心构成。

通过安装在机械设备表面的振动加速度传感器和在润滑油路安装在线磨损监测传感器与油液传感器实现对机械设备振动和轴承磨损的监测，利用信号线缆实现机组运行数据与在线状态监测系统采集器之间传输，通过通信网络将前端采集数据发送至操作室本地服务器进行处理和储存，并进行初步的数据分析与诊断。

对于报警数据，在外网开通情况下，利用无线传输方式将数据传输至远程诊断中心，以便诊断专家查看和分析数据以及生成检测报告，保证设备安全运行。

该系统满足海拔高度为4000 m内稳定运行，生存温度-50～+85℃，工作温度为-40～+70℃。

适用于长期机械振动、多沙尘、高盐雾等环境，高性能防雷击保护
和电子兼容能力，提高了系统环境适用能力。

2 综合监测系统功能可行性分析
本方案拟对露天煤矿的WK型电铲减速机进行基于振动、油液和磨损的综合监测。

采用能够实时在线监测机组振动、油液以及磨损状态的技术，能够达到准确掌握设备运行状态的目的。

该在线监测技术是基于主动的维护模式，以信息传送为主、信息融合分析、产品全生命周期检测为主导，体现了预防性要求，达到近乎于零的故障及自我维护，提高煤矿电铲的安全生产能力。

方案拓扑如图1所示。

图1 电铲减速机综合监测拓扑图
将振动传感器安装在减速机轴承座上，采用螺纹方式或者磁力座配合金属粘结胶的方式安装。

油液监测模块安装减速机油箱出油口，油液监测器内含磨损监测、水分监测、粘度监测、品质监测以及油温监测传感器。

监测数据采集器最多可连接12
路的振动传感器信号和油液检测模块信号（RS485），该采集器安装在减速机旁边，采集后转换为TCP/IP方式传输至电铲操作室。

在操作室通过交换机方式将信号送给数据服务器，监控终端连接数据服务器。

2.1 振动监测技术可行性分析
机组在线振动状态监测系统能够连续监测并自动存储减速机关键部件的不平衡、不对中、机械松动、箱体共振、轴向窜动和机组运行状态等信号，并能自动计算机组各部件的故障特征频率，发现轴承故障的早期征兆，对故障真伪、故障部位、故障类型、严重程度、发展趋势做出准确判断。

通过该图谱显示机组运行过程中各测点反映轴承、齿轮箱振动的实时波形图及频谱图，维修可以很直观的观察出该通道的波形是否正常，各频率组成成分是否符合机组特性。

通过机组实际运行过程中的实时频谱图和历史数据的频谱分析等，维修技术人员可以直观地观察机组运行过程中的机组振动的主要频率成分及该频率成分的幅值。

此外，系统还可以通过滤波后提取的轴承或齿轮箱故障或缺陷造成的冲击波，并根据包络解调技术提取出故障频率成分，与轴承或齿轮箱的相关故障参数对照，分析判断出机组轴承或齿轮箱的故障类型。

2.2 油液与磨损监测可行性分析
该系统能够实时的监测润滑油水分指标、黏度指标以及油液品质指标（油液介电常数、油液温度、油液密度），同时更进一步的监测设备（轴承）的磨损变化，形成关于设备的2套健康档案（磨损档案以及油品档案）。

通过以上途径，在系统的
应用层建立设备运行状态数据库，就能够实时描绘出油液老化的趋势以及设备运行的磨损程度，从而指导设备的运维以及更换油液，避免突发以及非计划停机事故的发生。

轴承用的润滑油质劣化的主要原因是油中的水和空气。

油中的水破坏油膜的连续性和强度，降低油的运动黏度，恶化润滑性能，改变轴承动、静特性，能使油液产生酸性物质腐蚀元件，并生成氧化铁颗粒，加剧磨损和金属脱落。

而油中溶有空气，会加速油的氧化，增加系统中的杂质污染，破坏油的正常润滑作用。

润滑油的监测主要监测2个方面：①实时监测轴承的磨损情况；②实时监测润滑油的品质。

通
过对润滑系统的油液实时在线监测，能够达到以下监测益处，并具有充足的可行性：1）磨粒监测。

润滑油中的磨粒是有关磨损状态的重要信息载体，通过监测、测量和分析机械装置产生的磨损颗粒，可以得到工作表面的状态，以及是否可承受进一步的磨损等有用信息，大多数机器失效期的磨粒特征尺寸，多在20～200 um，
然后判断磨粒的材质（铁磁性磨粒和非铁磁性磨粒），可以区分这些磨粒来源于齿轮表面还是轴承表面。

2）黏度监测。

为了防止齿轮箱运动零件间的接触面磨损，润滑油必须有足够的黏度，以便在各种运转温度下都能在运动零件间形成油膜，从而使得齿轮箱顺畅运转；3）水分监测。

润滑油中混入水后，会与水发生亲合作用而使油液乳化生成乳化液，
降低了润滑性能；同时水与润滑油中的硫、氯离子作用生成硫酸和盐酸，将加速润滑油的劣化，使润滑油失去润滑作用。

4）介电常数监测。

图2所示是A系列和B系列2种润滑油脂的介电常数与油液
理化指标的联带关系，介电常数是整体反映在用油整体品质的指标，通过实验结果表明：随着润滑油含水、总酸值、含铁的增加，润滑油介电常数变化趋势一致。

故使用介电常数作为评价润滑油衰变程度的综合指标。

图2 介电常数与油液理化指标的联带关系
该系统会对一段时间的润滑油黏度、密度、介电常数以及流经采集站的油液温度进行趋势分析，有助于分析该设备的一段时间内的数据变化。

该系统会对一段时间的润滑油水含量、水活性以及流经采集站的油液温度进行趋势分析。

此外，还可以对齿轮箱不同磨粒大小的进行趋势分析。

有助于分析该设备的一段时间内的数据变化以及磨损速率。

3 综合监测系统具体实施方案
WK电铲行走、回转、提升和推压4个结构原则上都需要进行在线状态监测，拟在提升减速机上实现该在线监测系统的具体实施，因此针对WK型电铲的提升减速
机制作实施方案。

3.1 振动监控部署
拟在提升减速机的输入轴承和中间级轴承进行振动监测，传感器采用低频振动加速度传感器，共8个。

振动部署点位如图3所示：
图3 中间级轴承振动监测细化图
3.2 油液监控部署
油液监测拟使用提升减速机润滑系统的油箱底部的取油口进行安装，如图4所示：3.3 提升减速机综合监测系统整体部署
整套综合监测系统在提升减速机车间部署振动传感器、油液监测模块以及信号采集
箱，信号采集箱安装在提升减速机车间的墙壁上或者落地式安装。

在电铲操作间部署数据库、数据服务器、交换机以及监测软件。

信号采集箱和数据服务器之间采用网线连接，具体走线按照正规的作业流程沿着机组线路走线。

整体监控的搭建如图5所示：
图4 油液监控部署
图5 提升减速机综合监测实施图
4 结语
电铲减速机振动、油液和磨损状态在线监测已经成为新的前沿技术并加以推广。

未来的技术方向已将预测性维修，改善可靠性作为主要目标。

因此实时在线监测机组的振动以及润滑系统的工况与磨损状况，能及时发现早期故障征兆，采用相应的解决措施以防止重大事故的发生
WK型电铲减速机机械振动、润滑及磨损综合在线状态监测系统实现了在不停机的情况下对电铲的减速机系统的状态进行自动的数据采集和分析，对其机械状态给出评估，并给运行和检修人员提出可操作的信息，避免或减少非正常停机，提高机组的可用性。

可通过对早期故障识别及时采取措施，改善设备运行安全性，优化运行过程提高机组使用寿命。

参考文献
［1］柴雪平，赵永喜，王建辉，等.WK-10B电铲稀油润滑系统改进［J］.设备管理与维修，2017（1）：55-55.
［2］李霞，王强.WK-10B挖掘机润滑系统的设计改造［J］.矿山机械，1998（6）：28-29.
［3］苗根蝉，刘晓星，郭世英.WK-35电动挖掘机集中润滑系统润滑间隔时间控制方法的改进［J］.矿山机械，2011，39（1）：43-46.
［4］李砚巨.WK-10A型电铲回转减速机齿轮断齿原因分析与处理［J］.露天采矿
技术，2002（3）：28-29.
［5］殷智明.WK-4型挖掘机回转减速机立轴润滑故障处理［J］.露天采矿术，2006（2）：45-46.
［6］张岩，权亚蕾，夏飞，等.旋转机械振动状态监测与故障诊断系统设计及实现［J］.机电一体化，2013，19（9）：77-81.
［7］王志泳.WK-20电铲行程减速箱齿轮断齿原因分析与处理［J］.工程技术：文摘版，2016（3）：89-89.
［8］白金龙，张耀忠，孙晓军.WK-20电铲提升减速箱齿轮失效原因分析［J］.矿业工程，2015（5）：65-67.
［9］周川.电铲回转减速机构润滑方式改进［J］.露天采矿技术，2013（8）：
50-51.
［10］马永全，张玉盛.齿轮减速机润滑方式改进设计探讨［J］.工业，2016（9）：42-42.。