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第2章 矿井提升机齿轮箱振动故障诊断研究
2 矿井提升机齿轮箱振动故障诊断研究
2.1 矿井提升机原理结构及减速机原理结构分析
2.1.1矿井提升机原理与结构分析
矿井提升系统是矿井生产中极其重要的组成部分，矿井提升机能否正常运行直接影响到人员安全以及矿井的产量。 2.1.1.1 矿井提升机的工作原理
根据不同的出发点，矿井提升机具备不同分类方法。本文按工作原理不同，把矿井提升机分为两类，如图2－1所示[10-12]。
多绳缠绕式提升机
图2－1 矿井提升机的分类
Fig.2-1 The classification of mine elevator
矿井提升机
单绳缠绕式
双卷筒提升机 单卷筒提升机
单绳缠绕式提升机的工作原理如图2－2（a）所示，把钢丝绳的一端固定到提升机的滚筒上，另一端饶过井架上的天轮悬挂提升容器。这样，利用滚筒转动方向不同，将钢丝绳缠上或松放，以完成提升或下放容器的工作。按滚筒数目不同，单绳缠绕式提升机有单滚筒和双滚筒提升机两种。双滚筒提升机在主轴上装有两个滚筒，其中一个与主轴用键固定连接，称为固定滚筒或死滚筒；另一个滚筒滑装在主轴上，通过调绳离合器与主轴连接，称为游动滚筒或活滚筒。将两个滚筒做成这种结构的目的，是为了在需要调绳及更换提升水平时，两个滚筒可以有相对运动。单滚筒提升机只有一个滚筒，一般用于单钩提升。
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工程硕士学位论文
（a）单绳缠绕式提升机 1－卷筒 2－钢丝绳 3－天轮 4－容器 5－平衡尾绳
（b）多绳摩擦式提升机
1－主导轮 2－导向轮 3－钢丝绳 4－容器 5－平衡尾绳
图2－2 矿井提升机工作原理 Fig2-2 The principles of mine elevator
多绳摩擦式提升机的工作原理与单绳缠绕式提升机不同，钢丝绳不是固定和缠绕在主导轮上的，而是搭放在主导轮的摩擦衬垫上，如图2－2（b）所示，提升容器悬挂在钢丝绳的两端，在容器的底部还挂有平衡尾绳。提升机工作时，拉紧的钢丝绳必须以一定的正压力紧压在摩擦衬垫上。当主导轮由电动机通过减速机带动向某一方向转动时，钢丝绳与摩擦衬垫便发生很大的摩擦力，使钢丝绳在这种摩擦力的作用下，跟随主导轮一起运动，从而实现提升容器的提升或下放。不难看出，多绳摩擦式提升机的一个根本特点和优点是钢丝绳不在主导轮上缠绕，而是搭放在主导轮的摩擦衬垫上，靠摩擦力进行工作。
多绳摩擦绳提升机和单绳缠绕式提升机比较，在规格性能、应用范围、机械结构和经济效果等方面都优越的多，就井深和大产量来说，是竖井提升的发展方向。
2.1.1.2 矿井提升机系统的构成
矿井提升机系统是一个完整的机械—电气机组，它的组成包括工作机构、润滑系统、机械传动系统、观测与操纵系统、拖动控制和自动保护系统以及制动系统等，如图2－3所示[10-12,16-17]。
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第2章 矿井提升机齿轮箱振动故障诊断研究
1-主轴装置 2-径向齿块式调绳离合器 3-多水平深度指示器传动装置 4-左轴承梁 5-盘型制动器 6-液压站 7-操作台 8-牌坊式深度指示器 9-右轴承梁 10-测速发电机 11-齿轮联轴器 12-齿轮箱 13-弹性棒销联轴器 14-电动机 15-地锁器
图2－3 矿井提升机系统示意图 Fig2-3 The sketch of mine elevator
1）工作机构：由主轴装置和主轴承等组成。它的主要作用：a.缠绕和搭放提升钢丝绳；b.承受各种正常载荷（包括固定静载荷和工作载荷），并将此载荷经过轴承传递给基础；c.承受在各种紧急事故情况下所造成的非常负荷，在非常负荷作用下主轴装置的各个部分不应该有残余变形；d.当更换提升水平时，能调节钢丝绳的长度（此功能仅限于单绳缠绕式双滚筒提升机）。
2）润滑系统：在提升机运行过程中不间断的给轴承以及齿轮啮合面压送润滑油，保证轴承和齿轮的正常工作（本文研究对象齿轮减速箱润滑系统为飞溅式自润滑系统）。
3）机械传动系统：由减速器和连轴器组成。减速器用来减速并传递动力；连轴器用来连接提升机的旋转部分，并向其传递动力。
4）观测与操纵系统：包括操作台、深度指示器等装置。其中深度指示器可以显示提升容器的所处的深度位置。
5）拖动控制和自动保护系统：包括主拖动电机和微拖动电机、电气控制系统以及由PLC控制的保护系统。
6）制动系统：一般都是液压制动系统，包括制动器和液压传动装置两部分。制动系统的功能就是使提升机卷筒刹车，停止提升机的运行，它的可靠性直接关
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系到提升机的安全运行田。制动系统不但需要在提升机停车时牢固的闸住提升机卷筒，还需要参与提升机的速度控制，保持提升运行的速度不偏离预设的数值，同时在双滚筒提升机中，制动系统还被用来调节钥丝绳的长度。
由以上所述可知，工作机构、机械传动系统和主拖动电动机是矿井提升机的核心工作不见，其余系统为辅助系统。因此，对机械传动系统中的齿轮箱进行振动监测与故障诊断对保证矿井提升机正常运行具有重要意义。
2.1.2矿井提升机齿轮箱结构分析
矿井提升机的齿轮箱属于一台齿轮减速器，它由机体装置、高速轴装置、中间轴装置和主轴装置等部件组成。机体装置用以支承齿轮和轴，构成闭式润滑系统，并能使齿轮减速器在负载下运转时将齿轮和轴上的作用力传给基础。机体的下部还贮存整个机器的润滑系统所需的润滑油，齿轮减速器各轴承和捏合持面由集中润滑系统供油、进行强迫润滑。在矿井提升机上，齿轮减速器的常见结构形式及优缺点有以下几种[10,12,16]： 2.1.2.1渐开线行星齿轮箱
我国在提升机传动系统中，行星齿轮箱从上个世纪80、90年代开始应用，但由于它具有体积小、重量轻、承载能力大、传动效率高和工作平稳等一系列优点，正逐步扩大自己的使用市场，有很高的推广价值，正越来越受到使用单位的青睐。
2.1.2.2平行轴圆弧齿齿轮箱
在过去，由于我国的国情，圆弧齿齿轮箱在矿井提升机中得到迅速发展和使用，如JK型（XKT型）单绳缠绕式矿井提升机配置的ZHLR型齿轮箱。这是因为在同等条件下，圆弧齿轮具有承载能力大，接触精度和效率高、磨损小而均匀，没有根切现象等优点，但随着齿轮技术的发展，渐开线齿轮的一些缺点正逐步被克服和消灭，加之圆弧齿轮（特别是单圆弧齿轮）由于弯曲强度低，对中心距误差敏感大（即啮合不具有可分性，当中心距偏差比较大时，会导致承载能力急剧下降）传动噪声和振动大，管理困难等难以克服的缺点，故在提升机齿轮箱中正逐步被渐开线齿轮箱所代替。 2.1.2.3平行轴渐开线齿齿轮箱
渐开线齿齿轮箱在世界上应用最早、最广、工艺性最成熟，且具有传动的速度和功率范围大、传动效率高（单级传动效率可达98%－99.5%，精度越高，传动效率越高）、渐开线齿廓啮合具有可分性，对中心距的敏感性小、装配和维修简单，
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