CN100585366C - 一种同步齿轮箱初始故障的在线监测与诊断装置 - Google Patents

一种同步齿轮箱初始故障的在线监测与诊断装置 Download PDF

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本发明涉及一种同步齿轮箱初始故障的在线监测与诊断装置。其技术方案是：将2N(N为正整数)个加速传感器装在同步齿轮箱待测位置；将加速度传感器的输出端与第一和第二N路多路开关的输入端X0～XN-1连接，第一N路多路开关的输出公共端COM与两个子***的同号输入端IN+连接，第二N路多路开关的输出公共端COM与两个子***的反号输入端IN-连接。两个子***的输出端AH0～AH2与A/D转换卡的输入端BH0～BH5连接，A/D转换卡的输出端D0～D2n-1与主控机的PCI扩展槽连接，主控机通过以太网与服务器连接。专家***故障分析软件安装在主控机内，在Labview操作平台上运行。本发明具有便于操作、及时、准确地反映同步齿轮箱的初始故障的特点。

Description

一种同步齿轮箱初始故障的在线监测与诊断装置
技术领域
本发明属于在线初始故障监测与诊断装置。具体涉及一种同步齿轮箱初始故障的在线监测与诊断装置。
背景技术
设备诊断技术是当前在国内外发展迅速、用途广泛的新技术。而齿轮及齿轮箱作为机械设备中一种必不可少的连接和传递动力的通用零部件，在金属切割机床、航空、电力***、冶金机械等现代化工业设备中得到了广泛的应用。但由于其本身结构复杂，工作环境恶劣等原因，齿轮及齿轮箱容易受到损害和出现故障。
1、早期的故障诊断主要是依靠人工，利用触、摸、听、看等手段对设备进行诊断。通过经验的积累，人们可以对一些设备故障做出判断。[刘峻华.汽轮机故障诊断技术的发展与展望.中国论文下载中心.2001(3)]但这种手段由于其局限性和不完备性，现在已不能适应生产对设备可靠性的要求。
2、以检测仪表为主体的监测***，目前我国大部分仪器都配备着这种装置，[钟秉林.《机械故障诊断学》.上海科学技术出版社.2000]，但是其监测信号是随机的，机组在强烈震动之前征兆不是很明显，而一旦振幅突然增大，则为时已晚，不能防止突发性故障。此外，仪表本身没有分析功能，还是要依赖于人的经验，可靠性依然不强。
3、仪表配备软硬件分析装置，这是对第2种监测方法的一种改进与补充，[徐敏.设备故障诊断手册.西安交通大学.1998]，但是依然存在以下几个缺点：
a.诊断决策依然要依赖于诊断专家。
b.不能连续的分析，容易丢失数据，不能防止突发性故障。
c.故障与征兆之间无因果联系，所以难免会出现误诊。
综上所述，目前的监测***对人的依赖性太大，不能实时监测，有小的故障隐患时难以及时发现，不能保证设备的正常运行和避免突发事故，从而导致需要整体拆机维修，造成更大的浪费与经济损失。
发明内容
本发明旨在克服上述技术缺陷，其任务是提供一种便于操作的、可提高设备利用率的、及时和准确的、经济效益高的同步齿轮箱初始故障的在线监测与诊断装置。
为完成上述任务，本发明采用的技术方案是：先将2N(N为正整数)个相同的加速度传感器分别装在同步齿轮箱的待测位置；再将每个加速度传感器的输出端分别与第一N路多路开关和第二N路多路开关的输入端X0～XN-1连接；第一N路多路开关的输出公共端COM与变参数共振解调信号调理箱的第一子***和第二子***的同号输入端IN+连接，第二N路多路开关的输出公共端COM与变参数共振解调信号调理箱的第一子***和第二子***的反号输入端IN-连接；第一子***的输出端AH0～AH2分别与A/D转换卡的输入端BH0～BH2依次对应连接，第二子***的输出端AH0～AH2分别与A/D转换卡的输入端BH3～BH5依次对应连接，A/D转换卡的输出端D0～D2n-1分别通过总线与主控机的PCI扩展槽连接，主控机通过以太网与服务器连接。
专家***故障分析软件安装在主控机内，专家***故障分析软件在Labview操作平台上运行。
所述的变参数共振解调信号调理箱由两个结构和电路连接方式完全相同的第一子***和第二子***组成；第一子***中的差动仪表放大器的同号输入端IN+和反号输入端IN-分别与第一N路多路开关和第二N路多路开关的输出公共端COM连接，差动仪表放大器的输出端A0分别与第一低通滤波器输入端B0和第一谐振器的输入端INA连接，第一低通滤波器的输出端Y0与第二低通滤波器的输入端B1连接；第一谐振器的输出端BPB与第二谐振器的输入端INA连接，第二谐振器的输出端BPB与高频滤波器的输入端IN+连接，高频滤波器的输出端OUT与绝对值电路的输入端IN+连接，绝对值电路的输出端OUT与第三低通滤波器的输入端IN+连接，第三低通滤波器的输出端OUT与第四低通滤波器的输入端IN+连接，第四低通滤波器的输出端AH1与峰值检测电路的输入端IN+连接；第一子***的第二低通滤波器的输出端AH0、第四低通滤波器的输出端AH1和峰值检测电路的输出端AH2分别与A/D转换芯片的输入端BH0～BH2对应依次连接。
变参数共振解调信号调理箱的第二子***除第二低通滤波器的输出端AH0、第四低通滤波器的输出端AH1和峰值检测电路的输出端AH2分别与A/D转换芯片的输入端BH3～BH5对应连接外，其它同第一子***。
所述的第一谐振器和第二谐振器均采用可编程的变品质因数Q和可变谐振频率f0的谐振电路，该谐振电路采用MAX7400可编程的滤波器，可编程滤波器中F0～F4为谐振频率f0的可编程控制端，采用最多32种可变谐振频率f0，可编程滤波器中Q0～Q6为品质因数Q的可编程控制端，采用最多128种不同的品质因数Q。
所述的第一谐振器和第二谐振器的时钟频率为f，满足f/f0＝100的关系；时钟频率f由V/F压频变换，时钟频率f的取值范围为0～1MHz。
所述的专家***故障分析软件的主流程是：将A/D卡读取数据分别进行时域分析和频域分析。通过时域分析的1024点数字信号的解调峰值与知识库的正常值进行比对，若其解调峰值超出了知识库中正常值的两倍，则被测对象存在故障。软件的知识库是在新机器运行时保存的正常状态下的数据，为推理机的推理结果提供参考和依据，知识库可以不断的进行更新和维护。
当1024点采样信号频谱的一倍频的幅值较大时，且所述的时域分析亦存在故障，则进入人机交互界面，并显示诊断的结论，说明被测对象有松动；
当频域分析的1024点采样信号的频谱中有轴承的故障特征频率，且所述的时域分析亦存在故障，则进入人机交互界面，并显示诊断的结论，说明被测对象轴承有故障；
当频域分析的1024点采样信号的频谱中有齿轮的啮合频率和边频，且所述的时域分析亦存在故障，则进入人机交互界面，并显示诊断的结论，说明被测对象齿轮有故障。
由于采用上述技术方案，本发明利用加速度传感器监测同步齿轮箱的振动情况，提取同步齿轮箱轴承、齿轮的初始故障信息。将被测点的信号通过变参数共振解调信号调理箱进行处理，同时将这些信息存入服务器，可实现同步齿轮箱的远程监测与诊断。使得同步齿轮箱的工作状态在局域网上可以方便地进行浏览，使各级管理人员随时了解设备的工作状态。
因此，本发明具有便于操作、可提高设备利用率、经济效益高、及时和准确的进行同步齿轮箱初始故障的在线监测与诊断的特点。
附图说明
图1是本发明的一种结构示意图；
图2是图1中的变参数共振解调信号调理箱；
图3是专家***故障分析软件主流程框图。
具体实施方式
下面结合附图对本发明作进一步的描述，并非对本发明保护范围的限制。
一种同步齿轮箱初始故障的在线监测与诊断装置。先将2N(N为8)个相同的加速度传感器分别装在同步齿轮箱的轴承、齿轮待测位置，加速度传感器采用美国PCB-608A11的产品。如图1所示，再将每个加速度传感器的输出端分别与第一N路多路开关和第二N路多路开关的输入端X0～XN-1连接；第一N路多路开关的输出公共端COM与变参数共振解调信号调理箱的第一子***和第二子***的同号输入端IN+连接，第二N路多路开关的输出公共端COM与变参数共振解调信号调理箱的第一子***和第二子***的反号输入端IN-连接；第一子***的输出端AH0～AH2分别与A/D转换卡的输入端BH0～BH2依次对应连接，第二子***的输出端AH0～AH2分别与A/D转换卡的输入端BH3～BH5依次对应连接，A/D转换卡的输出端D0～D2n-1分别通过总线与主控机的PCI扩展槽连接，主控机通过以太网与服务器连接。
专家***故障分析软件安装在主控机内，专家***故障分析软件在Labview操作平台上运行。
所述的变参数共振解调信号调理箱如图2所示：由两个结构和电路连接方式完全相同的第一子***和第二子***组成。第一子***中的差动仪表放大器的同号输入端IN+和反号输入端IN-分别与第一N路多路开关和第二N路多路开关的输出公共端COM连接，差动仪表放大器的输出端A0分别与第一低通滤波器输入端B0和第一谐振器的输入端INA连接，第一低通滤波器的输出端Y0与第二低通滤波器的输入端B1连接；第一谐振器的输出端BPB与第二谐振器的输入端INA连接，第二谐振器的输出端BPB与高频滤波器的输入端IN+连接，高频滤波器的输出端OUT与绝对值电路的输入端IN+连接，绝对值电路的输出端OUT与第三低通滤波器的输入端IN+连接，第三低通滤波器的输出端OUT与第四低通滤波器的输入端IN+连接，第四低通滤波器的输出端AH1与峰值检测电路的输入端IN+连接；第一子***的第二低通滤波器的输出端AH0、第四低通滤波器的输出端AH1和峰值检测电路的输出端AH2分别与A/D转换芯片的输入端BH0～BH2对应依次连接。
变参数共振解调信号调理箱的第二子***除第二低通滤波器的输出端AH0、第四低通滤波器的输出端AH1和峰值检测电路的输出端AH2分别与A/D转换芯片的输入端BH3～BH5对应连接外，其它同第一子***。
所述的第一谐振器和第二谐振器均采用可编程的变品质因数Q和可变谐振频率f0的谐振电路，该谐振电路采用MAX7400可编程的滤波器，可编程滤波器中F0～F4为谐振频率f0的可编程控制端，采用最多32种可变谐振频率f0，可编程滤波器中Q0～Q6为品质因数Q的可编程控制端，采用最多128种不同的品质因数Q。
所述的第一谐振器和第二谐振器的时钟频率为f，满足f/f0＝100的关系；时钟频率f由V/F压频变换，时钟频率f的取值范围为0～1MHz。
所述的专家***故障分析软件的主流程如图3所示：将A/D卡读取数据分别进行时域分析和频域分析。通过时域分析的1024点数字信号的解调峰值与知识库的正常值进行比对，若其解调峰值超出了知识库中正常值的两倍，则被测对象存在故障。软件的知识库是在新机器运行时保存的正常状态下的数据，为推理机的推理结果提供参考和依据，知识库可以不断的进行更新和维护。
1024点采样信号频谱的一倍频的幅值较大时，且上述的时域分析亦存在故障，则进入人机交互界面，并显示诊断的结论，说明被测对象有松动；
当频域分析的1024点采样信号的频谱中有轴承的故障特征频率，且上述的时域分析亦存在故障，则进入人机交互界面，并显示诊断的结论，说明被测对象轴承有故障；
当频域分析的1024点采样信号的频谱中有齿轮的啮合频率和边频，且上述的时域分析亦存在故障，则进入人机交互界面，并显示诊断的结论，说明被测对象齿轮有故障。
本具体实施方式具有便于操作、及时、准确地反映同步齿轮箱的初始故障的特点。

Claims (5)

1、一种同步齿轮箱在线初始故障的监测与诊断***，其特征在于先将2N个相同的加速度传感器分别装在同步齿轮箱的待测位置；再将每个加速度传感器的输出端分别与第一N路多路开关和第二N路多路开关的输入端X0～XN-1连接；第一N路多路开关的输出公共端COM与变参数共振解调信号调理箱的第一子***和第二子***的同号输入端IN+连接，第二N路多路开关的输出公共端COM与变参数共振解调信号调理箱的第一子***和第二子***的反号输入端IN-连接；第一子***的输出端AH0～AH2分别与A/D转换卡的输入端BH0～BH2依次对应连接，第二子***的输出端AH0～AH2分别与A/D转换卡的输入端BH3～BH5依次对应连接，A/D转换卡的输出端D0～D2n-1分别通过总线与主控机的PCI扩展槽连接，主控机通过以太网与服务器连接；
专家***故障分析软件安装在主控机内，专家***故障分析软件在Labview操作平台上运行。
2、根据权利要求1所述的同步齿轮箱在线初始故障的监测与诊断***，其特征在于所述的变参数共振解调信号调理箱由两个结构和电路连接方式完全相同的第一子***和第二子***组成；第一子***中的差动仪表放大器的同号输入端IN+和反号输入端IN-分别与第一N路多路开关和第二N路多路开关的输出公共端COM连接，差动仪表放大器的输出端A0分别与第一低通滤波器输入端B0和第一谐振器的输入端INA连接，第一低通滤波器的输出端Y0与第二低通滤波器的输入端B1连接；第一谐振器的输出端BPB与第二谐振器的输入端INA连接，第二谐振器的输出端BPB与高频滤波器的输入端IN+连接，高频滤波器的输出端OUT与绝对值电路的输入端IN+连接，绝对值电路的输出端OUT与第三低通滤波器的输入端IN+连接，第三低通滤波器的输出端OUT与第四低通滤波器的输入端IN+连接，第四低通滤波器的输出端AH1与峰值检测电路的输入端IN+连接；第一子***的第二低通滤波器的输出端AH0、第四低通滤波器的输出端AH1和峰值检测电路的输出端AH2分别与A/D转换芯片的输入端BH0～BH2对应依次连接；
变参数共振解调信号调理箱的第二子***除第二低通滤波器的输出端AH0、第四低通滤波器的输出端AH1和峰值检测电路的输出端AH2分别与A/D转换芯片的输入端BH3～BH5对应连接外，其它同第一子***。
3、根据权利要求2所述的同步齿轮箱在线初始故障的监测与诊断***，其特征在于所述的第一谐振器和第二谐振器均采用可编程的变品质因数Q和可变谐振频率f0的谐振电路，该谐振电路采用MAX7400可编程的滤波器，可编程滤波器中F0～F4为谐振频率f0的可编程控制端，采用最多32种可变谐振频率f0，可编程滤波器中Q0～Q6为品质因数Q的可编程控制端，采用最多128种不同的品质因数Q。
4、根据权利要求2或3所述的同步齿轮箱在线初始故障的监测与诊断***，其特征在于所述的第一谐振器和第二谐振器的时钟频率为f，满足f/f0＝100的关系；时钟频率f由V/F压频变换，时钟频率f的取值范围为0～1MHz。
5、根据权利要求书1所述的同步齿轮箱在线初始故障的监测与诊断***，其特征在于所述的专家***故障分析软件的主流程是：将A/D卡读取数据分别进行时域分析和频域分析；通过时域分析的1024点数字信号的解调峰值与知识库的正常值进行比对，若其解调峰值超出了知识库中正常值的两倍，则被测对象存在故障；
1024点采样信号频谱的一倍频的幅值较大时，且上述的时域分析亦存在故障，则进入人机交互界面，并显示诊断的结论，说明被测对象有松动；
当频域分析的1024点采样信号的频谱中有轴承的故障特征频率，且上述的时域分析亦存在故障，则进入人机交互界面，并显示诊断的结论，说明被测对象轴承有故障；
当频域分析的1024点采样信号的频谱中有齿轮的啮合频率和边频，且上述的时域分析亦存在故障，则进入人机交互界面，并显示诊断的结论，说明被测对象齿轮有故障。
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