一种同步齿轮箱初始故障的在线监测与诊断装置的制作方法

文档序号:5835714阅读:240来源:国知局
专利名称:一种同步齿轮箱初始故障的在线监测与诊断装置的制作方法
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、电力系统、 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系统,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,目前的监测系统对人的依赖性太大,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Xo Xn-!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系统和第二子系统的同号输入端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系统和第二子系统的反号输 入端IN-连接;第一子系统的输出端AHo AH2分别与A/D转换卡的输入端BHHBH2依次对 应连接,第二子系统的输出端AHQ~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 D2w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。专家系统故障分析软件安装在主控机内,专家系统故障分析软件在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系统和第二子系统组成;第一子系统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 Ao分别与第一低通滤波器输入端Bo和第一谐振器的输入端INa連接,第一低通滤波器的输出 端Yo与第二低通滤波器的输入端Bi连接;第一谐振器的输出端BPB与第二谐振器的输入端 INa逢接,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AH,与峰值检测电路的输入端IN+连接;第一子系统的第二低通滤波器的输出 端AHo、第四低通滤波器的输出端AHi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BH(HBH2对应依次连接。变参数共振解调信号调理箱的第二子系统除第二低通滤波器的输出端AH0、第四低通滤 波器的输出端AHi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BH广BH5对 应连接外,其它同第一子系统。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fo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Fo F4为谐振频率f 0的 可编程控制端,采用最多32种可变谐振频率f o,可编程滤波器中Qo 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。所述的专家系统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。


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是专家系统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Xo Xn-!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 箱的第一子系统和第二子系统的同号输入端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系统和第二子系统的反号输入端IN.连接;第一子系统 的输出端AHo AH2分别与A/D转换卡的输入端BHo BH2依次对应连接,第二子系统的输出 端AHQ~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~D2l>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。专家系统故障分析软件安装在主控机内,专家系统故障分析软件在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系统和第二子系统组成。第一子系统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Ao分别与第一低通滤波器输入端Bo和第一谐振器的输入端INa連接,第一 低通滤波器的输出端Yo与第二低通滤波器的输入端Bi连接;第一谐振器的输出端BPB与第 二谐振器的输入端INa連接,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AF^与峰值检测电路的输入端IN+连接;第一子系统的第二 低通滤波器的输出端AHo、第四低通滤波器的输出端AH,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BHo BH2对应依次连接。变参数共振解调信号调理箱的第二子系统除第二低通滤波器的输出端AHo、第四低通滤 波器的输出端A&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,其它同第一子系统。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fQ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Fo F4为谐振频率f o的 可编程控制端,采用最多32种可变谐振频率f o,可编程滤波器中Qo 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/f(^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 1mHzk。所述的专家系统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。
权利要求
1、一种同步齿轮箱在线初始故障的监测与诊断系统,其特征在于先将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系统和第二子系统的同号输入端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系统和第二子系统的反号输入端IN-连接;第一子系统的输出端AH0~AH2分别与A/D转换卡的输入端BH0~BH2依次对应连接,第二子系统的输出端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;专家系统故障分析软件安装在主控机内,专家系统故障分析软件在Labview操作平台上运行。
2、 根据权利要求l所述的同步齿轮箱在线初始故障的监测与诊断系统,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系统和第二子系 统组成;第一子系统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Ao分别 与第一低通滤波器输入端Bo和第一谐振器的输入端INa連接,第一低通滤波器的输出端Y0 与第二低通滤波器的输入端Bi连接;第一谐振器的输出端BPB与第二谐振器的输入端INa連 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十连 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AH,与峰值检测电路的输入端IN+连接;第一子系统的第二低通滤波器的输出端AH0、 第四低通滤波器的输出端AH!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 BHo BH2对应依次连接;变参数共振解调信号调理箱的第二子系统除第二低通滤波器的输出端AHo、第四低通滤 波器的输出端AHi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BH广BH5对 应连接外,其它同第一子系统。
3、 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系统,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fo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FG~F4为谐振频率f Q的可编程控 制端,采用最多32种可变谐振频率f Q,可编程滤波器中Qo 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1或2所述的同步齿轮箱在线初始故障的监测与诊断系统,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/fQ=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 1raHzk。
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系统,其特征在于所 述的专家系统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。
全文摘要
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X<sub>0</sub>~X<sub>N-1</sub>连接,第一N路多路开关的输出公共端COM与两个子系统的同号输入端IN<sub>+</sub>连接,第二N路多路开关的输出公共端COM与两个子系统的反号输入端IN<sub>-</sub>连接。两个子系统的输出端AH<sub>0</sub>~AH<sub>2</sub>与A/D转换卡的输入端BH<sub>0</sub>~BH<sub>5</sub>连接,A/D转换卡的输出端D<sub>0</sub>~D<sub>2n-1</sub>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。专家系统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。
文档编号G01M13/02GK101334335SQ200810048348
公开日2008年12月31日 申请日期2008年7月10日 优先权日2008年7月10日
发明者余静娴, 静 刘, 周凤星, 程耕国, 谭明喧 申请人:武汉科技大学
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