矿山提升机振动与冲击测试需要检测哪些关键参数指标

矿山提升机是井下矿石转运与人员升降的核心设备，其运行稳定性直接关联矿山生产效率与作业安全。振动与冲击是提升机故障的“早期预警信号”——过度振动可能源于部件磨损、安装偏差或载荷不均，而冲击则常由钢丝绳跳槽、罐笼碰撞等突发情况引发。通过测试关键参数识别振动与冲击异常，是预防设备故障、避免安全事故的核心手段，也是矿山设备状态监测的重要内容。

振动加速度：设备动态载荷的直接反映

振动加速度是描述物体振动时速度变化率的物理量，单位为m/s²，它直接对应设备承受的动态载荷强度。在矿山提升机中，冲击性振动（如轴承滚子撞击滚道、钢丝绳突然张紧）会产生瞬间高加速度，这种信号能精准捕捉设备的“瞬态异常”——比如当提升机启动时，若钢丝绳突然绷紧引发的加速度峰值超过设计阈值，可能意味着绳槽磨损或钢丝绳排列紊乱。

测试振动加速度时，需覆盖三个正交方向（径向、轴向、垂直方向）。径向加速度异常通常与转子不平衡、轴承径向间隙过大相关；轴向加速度偏高则可能指向联轴器不对中、轴承轴向窜动；垂直方向的加速度异常多源于基础松动或支撑结构变形。例如，提升机主轴轴承的径向加速度若持续超过4.5m/s²（参考GB/T 10068-2008《轴中心高为56mm及以上电机的机械振动 振动的测量、评定及限值》标准），需立即检查轴承滚子与滚道的磨损情况。

此外，振动加速度的“峰值因子”（峰值与有效值的比值）也是关键衍生参数。正常运行时，峰值因子通常在3-5之间；若超过8，说明存在尖峰脉冲信号，可能是轴承点蚀、齿轮断齿等局部故障的早期表现。比如某矿山提升机的轴承测点峰值因子突然升至12，拆机后发现轴承内圈存在3处微小点蚀，及时更换避免了轴承卡死事故。

振动速度：设备疲劳损伤的关键指标

振动速度是振动位移对时间的导数，单位为mm/s，它与振动能量直接相关，是评估设备疲劳损伤的核心指标。根据GB/T 6075.1-2001《机械振动 在非旋转部件上测量评价机器的振动 第1部分：总则》，提升机等重载旋转设备的振动速度限值通常分为四个等级（A到D），其中A级代表“良好”，D级代表“危险”。

振动速度的意义在于，长期的中高频振动速度过大，会导致部件材料的疲劳裂纹扩展。例如，提升机减速器的齿轮啮合处，若振动速度持续超过6.3mm/s（B级限值），齿轮齿面的接触应力会反复作用，逐渐形成疲劳点蚀，最终可能导致齿面剥落。测试时需关注“稳态运行”与“启动/制动阶段”的速度差异：稳态时速度应稳定在限值内，启动时若速度骤增（如超过稳态值的2倍），可能是传动系统间隙过大或离合器打滑。

需要注意的是，振动速度的测量需选择“刚性安装”的测点——比如轴承座、减速器壳体等刚性结构，避免在柔性部件（如油管、防护罩）上测量，否则会因部件变形导致信号衰减，影响数据准确性。某矿山曾因在柔性防护罩上测振动速度，误判设备状态，最终导致减速器齿轮断齿停产3天。

振动位移：设备宏观变形的直观体现

振动位移是物体振动时偏离平衡位置的最大距离，单位为μm或mm，它直观反映设备部件的宏观变形或间隙异常。对于矿山提升机，振动位移主要用于监测主轴、卷筒等关键旋转部件的“径向跳动”或“轴向窜动”。

例如，提升机卷筒的径向位移（即卷筒转动时的圆心偏移）若超过0.5mm，可能是卷筒焊接变形、支撑轴承磨损或轴颈弯曲导致；主轴的轴向位移过大（如超过0.3mm），则可能是推力轴承失效或联轴器轴向间隙过大。测试振动位移时，通常采用电涡流传感器进行非接触测量——这种传感器不会影响设备运行，且能精准捕捉高速旋转部件的微小位移变化（分辨率可达0.1μm）。

振动位移的“峰峰值”（最大正位移与最大负位移的差值）是核心评价指标。根据JB/T 10319-2002《煤矿用提升机 技术条件》，提升机主轴的径向位移峰峰值应不超过0.15mm；若超过该值，需停机检查轴的直线度或轴承间隙。某矿的提升机卷筒径向位移峰峰值达0.8mm，拆机后发现卷筒焊接处存在2条长达50mm的裂纹，及时修复避免了卷筒断裂事故。

冲击加速度：瞬时载荷的极端状态监测

冲击加速度是物体在短时间内（通常小于1秒）受到的加速度变化，单位为m/s²或g（1g≈9.8m/s²），它用于监测提升机的“极端载荷事件”——如罐笼撞到井壁、钢丝绳突然断裂前的瞬间冲击、矿车掉落引发的罐笼冲击等。

冲击加速度的测试难点在于“瞬态捕捉”：由于冲击信号持续时间短（有时仅几毫秒），需选用高采样率（通常≥10kHz）的加速度传感器，否则会丢失信号细节。例如，罐笼碰撞井壁的冲击持续时间约5-10ms，若采样率仅为1kHz，会错过峰值信号，无法准确评估冲击强度。

冲击加速度的“峰值”与“持续时间”是关键评价参数：峰值超过设计值的1.5倍，可能导致部件塑性变形（如罐笼框架弯曲）；持续时间超过0.5秒，可能是多次小冲击的累积（如钢丝绳在绳槽内反复跳槽）。某矿的提升机罐笼曾因井壁脱落物碰撞，冲击加速度峰值达12g（设计限值为8g），检查发现罐笼侧梁存在轻微塑性变形，及时更换避免了后续坠罐风险。

频率特征：故障类型的“指纹”识别

振动与冲击信号的频率特征，是区分故障类型的“关键指纹”——不同部件的故障会产生特定频率的振动信号，通过频谱分析（如FFT变换）可精准识别故障源。

例如，轴承故障的特征频率可通过公式计算：内圈故障频率f_i = n*(f_r/2)*(1 - d/D*cosθ)，外圈故障频率f_o = n*(f_r/2)*(1 + d/D*cosθ)，滚子故障频率f_b = (D/(2d))*f_r*(1 - (d/D*cosθ)^2)，其中n为滚子数，f_r为主轴转速，d为滚子直径，D为轴承节圆直径，θ为接触角。若频谱中出现f_i的高幅值信号，说明轴承内圈存在磨损；若出现f_o，则是外圈故障。

再比如，齿轮啮合故障的特征频率是“齿数×转速频率”（f_z = z*f_r），若频谱中f_z的幅值明显升高，且伴随其倍频（2f_z、3f_z）或边带（f_z±f_r）信号，说明齿轮齿面磨损或齿距偏差过大。某矿提升机减速器的频谱中，齿轮啮合频率（f_z=120Hz）的幅值较正常时高3倍，且出现f_z±5Hz的边带（5Hz为主轴转速频率），拆机后发现齿轮齿面有严重磨损，齿顶间隙达0.5mm（设计值为0.15mm）。

此外，“1倍转速频率”（f_r）的高幅值通常对应转子不平衡（如主轴上的配重块脱落）；“2倍转速频率”（2f_r）对应联轴器不对中；“高频随机振动”（>1kHz）则可能是轴承润滑不良或滚子表面划伤。

相位特征：振动源位置的精准定位

相位是振动信号与参考信号（如键相器信号）之间的时间差，单位为度（°），它用于精准定位振动源的位置——通过比较不同测点的相位差，可判断故障是“不平衡”“不对中”还是“松动”。

测试相位时，需安装键相器（如光电传感器或磁电传感器）对准主轴上的键槽或标记，获取主轴的转速参考信号。例如，若提升机主轴两端的轴承测点相位相同（相位差<10°），说明振动源是转子不平衡（不平衡质量产生的离心力在两端产生同相位振动）；若相位相反（相位差180°±10°），则是联轴器不对中（两端轴承承受相反方向的力）。

相位的“稳定性”也是重要指标：正常运行时，相位应稳定在±5°范围内；若相位忽变（如每分钟变化超过10°），可能是部件松动（如地脚螺栓松动、轴承盖螺丝脱落）。某矿提升机的相位突然从30°变为150°，检查发现地脚螺栓松动2颗，拧紧后相位恢复正常，避免了基础振动加剧导致的设备偏移。

部件特定参数：关键组件的针对性监测

除了通用的振动与冲击参数，提升机的关键组件需监测“特定参数”，以覆盖不同部件的故障模式。

首先是轴承的“振动有效值”（rms）：根据GB/T 307.1-2017《滚动轴承 向心轴承 公差》，深沟球轴承的振动有效值限值为：直径≤60mm的轴承，限值≤15μm；直径60-120mm的轴承，限值≤25μm。若轴承振动有效值超过限值，说明轴承内部存在磨损或润滑不良。

其次是钢丝绳的“张力波动”：用张力传感器（如应变式或压电式）测量钢丝绳的张力变化，波动幅度（最大值与最小值的差值）应不超过额定张力的5%。若波动幅度过大（如超过10%），可能是钢丝绳断丝、绳槽磨损不均或罐笼偏载。某矿的钢丝绳张力波动达15%，检查发现绳槽磨损深度差达2mm，重新车削绳槽后波动恢复正常。

还有卷筒的“偏摆量”：用激光位移传感器测量卷筒端面的径向偏摆，偏摆量应不超过0.2mm。若偏摆量过大，可能是卷筒安装不水平或支撑轴承磨损。此外，减速器的“油温”虽不是振动参数，但与振动直接相关——油温过高（如超过80℃）会导致润滑油粘度降低，齿轮啮合阻力增大，进而引发振动加剧，因此需将油温与振动参数联动监测。