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摘要：研究了无量纲参数对低速重载齿轮不同故障的敏感性，据此在对齿轮减速箱进行初步诊断的基础上，结合频谱分析技术诊断出故障的具体部位。研究表明，无量纲参数在低速重载齿轮故障诊断的工程实际中具有一定的实用性，为煤矿现场齿轮减速箱故障诊断提供了一种有效的方法。
关键词：无量纲参数；低速重载齿轮；故障诊断
中图分类号：THl7；TD528 文献标志码：A 文章编号：0253-2336(2006)08-0028-04
Dimensionless parameters applied to fault diagnosis of
mine low speed heavy loaded gear
GUO Hou-ming1, XING Zhi-gang2, JING Shuang-xi2
(1.Technology Center, Shanxi Coking Coal Xishan Coal and Electric Power Group Corporation, Taiyuan 030053, China; 2.School of Machinery and Dynamic Engineering, Henan Polytechnic University, Jiaozuo 454003, China)
Abstract: The paper studied the sensitivity of the dimensionless parameters to the different faults of the low speed heavy loaded gear. Then base on the preliminary diagnosis of the gear box, the certain location of the fault was diagnosed with the spectrum analysis technology. The study showed that the dimensionless parameters had a certain practical function in the practical operation of the low speed heavy loaded gear fault diagnosis. This method became an effective method to diagnose the gear box fault at the mine site.
Key words: dimensionless parameters; low speed heavy loaded gear; fault disgnosis
在机械故障诊断中，人们希望通过简单的诊断参数来达到识别故障的目的，因而振动烈度、无量纲参数等就得到了应用。文献[1]分析了峭度因子对早期故障的敏感性，指出其适合现场监测。文献[2]从对故障和缺陷有足够的敏感性这一要求出发，指出脉冲因子和裕度因子性能最好。文献[3]给出了常用无量纲参数对常见机械故障敏感程度。近些年来，无量纲参数在现代诊断技术领域中，如模糊诊断技术、小波和神经网络诊断技术和遗传算法诊断技术等领域[4,5]都得到了新的研究与应用。无量纲参数能够直接使用实时检测得到的振动信号，而不需要通过各种信号处理与交换，因而不致出现信号畸变和泄漏等缺陷，易于现场实现。
对于多级齿轮传动来说，根据无量纲参数的大小、变化程度和测点位置可判断故障是否发生，而不能判断故障发生的具体部位。为此，针对齿轮的调幅类故障和调频类故障特性[2]，本文根据振动烈度的大小与发展趋势、无量纲参数的大小与变化程度，研究了低速重载齿轮无故障时无量纲参数的幅值，由此可判断故障的有无，为故障诊断提供了依据；研究了利用无量纲参数对不同故障的敏感性对齿轮减速箱进行初步诊断，然后结合频谱分析技术，诊断出故障的具体部位，为煤矿现场故障诊断提供了一种有效的方法。
1 故障信号的无量纲处理
齿轮的无量纲故障诊断参数主要是幅域参数和频域参数。本文主要研究幅域参数，幅域参数包括峰值因子C、脉冲因子，、裕度因子L、偏态因子 P、峭度因子K和波形因子S。这些参数的变化只取决于齿轮振动信号幅值的概率密度函数。齿轮状态正常时，概率密度函数接近于正态分布，小幅值振动的概率大，大幅值振动的概率小。当齿轮的状态发生变化时，振动冲击加大，振动信号的能量增加，这使大幅值振动的概率增大，小幅值振动的概率减小，概率密度函数发生了变化。幅值参数反应了概率密度函数的变化，因此也就反应了齿轮故障的变化。为了能通过计算机进行编程计算，给出了他们的离散化计算公式，如式(1)至式(6)所示。
式中xn——记录信号的离散序列元素；
n——序列元素序号；
△t——采样间隔；
T-----信号采样时间总长；
N-----离散信号点数。
2 应用无量纲参数进行故障诊断的研究
某矿带式输送机承担着该矿主斜井煤炭运输任务，行程1000m，其运行一旦出现异常，将直接影响到生产中的连续运输和循环作业。齿轮减速箱是带式输送机的重要动力传动部件，故障率也较高，对其进行监测与故障诊断尤为重要，为保证带式输送机的安全正常运行，对带式输送机的3台相同的齿轮减速箱进行了长期振动监测，并进行了故障诊断的研究。带式输送机传动系统如图l所示。
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