一种破碎筛分机振动性能监测预警系统的制作方法

1.本发明涉及破碎筛分机振动性能监测技术领域，具体是一种破碎筛分机振动性能监测预警系统。


背景技术：

2.破碎筛分机主要用于砂石骨料的破碎和筛分处理，其中破碎机通过挤压、捶打经振动给料机输送而来的砂石骨料，产出颗粒状的石料；筛分机采用多层的铁格栅、筛网、孔板焊接到一个框架内，通过附着在框架上的振动马达进行上下振动，将石头筛分为不同尺寸且粒度均匀的石料。破碎筛分机的工作环境极其恶劣，扬尘、沙石弥漫整个工作场地，工作人员无法在现场实时监控破碎筛分机各工作部件的振动状态，当机器振动性能发生异常时，不仅使生产的石料产生批量质量事故还会引起设备故障，造成不可挽回的巨大损失。


技术实现要素：

3.为了解决上述现有技术中存在的缺陷，本发明提供了一种破碎筛分机振动性能监测预警系统，用于监测整机的振动性能以及故障预警。
4.本发明采用的技术方案：一种破碎筛分机振动性能监测预警系统，其特征在于：包括振动监测系统、无线数据采集系统和数据分析处理系统；所述的振动监测系统包括三轴向振动传感器，三轴向振动传感器对破碎筛分机垂直、水平、前后方向上的振动大小进行实时测量；所述的无线数据采集系统包括ad采集模块、嵌入式主控模块和无线发送模块；所述的数据分析处理系统用于对采集的振动数据经时域分析、频域分析、功率谱分析、倍频程分析和窗函数分析形成能反应振动性能的特征数据，建立振动性能特征数据库，所述的数据分析处理系统通过建立故障类型数据特征，与振动性能特征数据库中的数据进行比对实现破碎筛分机振动性能监测预警。
5.优选的，所述的三轴向振动传感器通过螺栓连接在磁性底座上，能够吸附在破碎筛分机不同的部位用于采集整机的振动数据。
6.优选的，所述的时域分析方法为：系统统计破碎筛分机某部位正常情况下加速度的最大值和最小值，并拟合成一个范围区间作为该部位的特征数据。
7.优选的，所述的频域分析方法为：系统统计破碎筛分机某部位正常情况下加速度峰值及对应的频率，在此基础上结合合理的误差区间作为该部位的特征数据。
8.优选的，所述的功率谱分析方法为：系统统计破碎筛分机某部位正常情况下加速度信号功率及其对应的频率大小，在此基础上结合合理误差区间作为该部位的特征数据。
9.优选的，所述的倍频程分析方法为：系统统计破碎筛分机某部位正常情况下加速度信号功率及其对应的频段，在此基础上结合合理误差区间作为该部位的特征数据。
10.优选的，所述的窗函数分析方法为：系统统计破碎筛分机某部位正常情况下振动加速度峰值及其对应的频率大小，在此基础上结合合理误差区间作为该部位的特征数据。
11.优选的，所述的故障类型数据特征包括：
结构松动数据特征：加速度信号出现不规则振动冲击，且振动冲击幅度超出设定值；壳体开裂特征数据：加速度信号出现振动频率降低，振幅变大的干扰信号；旋转轴偏心特征数据：振动数据产生一个固定频率的振动干扰信号，并且对振动数据进行阶次分析产生一种有规律的一阶扰动信号；轴承磨损特征数据：加速度信号出现有规律的振动干扰，频域上产生几个固定频率的振动干扰信号并且干扰信号的加速度值超过设定值。
12.优选的，所述的数据分析处理系统具有人机交互界面，人机交互界面的功能包括实时振动数据显示、在线采集、数据分析、数据管理和预警系统，预警系统包括声光报警器及触发主机控制系统的特定功能；当破碎筛分机振动性能发生异常时预警系统进行数据库比对，系统根据异常振动量的大小可进行上限报警、下限报警、区域报警及趋势报警，当振动高于设定最高标准时触发破碎主机控制系统的怠速或停止命令。
13.本发明的有益效果：本发明能够在线监测破碎筛分机各工作部件振动性能的实时状态，当破碎筛分机振动性能发生异常时，系统能够快速的监测到并采取相应的预警措施从而避免了设备生产的石料产生批量质量事故及设备故障的进一步扩大。本系统具有振动实时监测、无线数据传输、同步数据分析及异常振动预警等特点。
附图说明
14.图1是本发明的系统原理图。
具体实施方式
15.下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
16.如图1所示，破碎筛分机振动性能监测及预警系统，包括振动监测系统、无线数据采集系统和数据分析处理系统，振动监测系统实时监测破碎筛分机的振动信号经无线数据采集系统采集后传输给数据分析处理系统用于监测整机的振动性能。所述的振动监测系统包括三轴向振动传感器、ad采集模块、嵌入式主控模块及无线发送模块，可安装于破碎筛分机不同的部位用于采集振动数据。三轴向振动传感器嵌套在壳体中，壳体底部与磁性底座可靠连接，振动传感器通过螺栓连接在磁性底座上可对破碎筛分机垂直、水平、前后方向上的振动大小进行实时测量，具有抗干扰能力强、采样频率高等特点，可捕捉到瞬时的振动冲击。ad采集模块安装于振动传感器壳体内，振动传感器的输出端与ad采集模块的输入端连接，ad采集模块对振动传感器的电压信号进行采样并量化编码为二进制数字信号以便于数据传输。嵌入式主控模块安装于振动传感器壳体内并与ad采集模块连接，通过脉冲信号触发ad采集模块将反映振动量的模拟量信号转换为数字量信号。无线发送模块安装于振动传感器壳体内通过其内部的无线射频装置将经ad采集模块转换成数字信号的振动数据发送给无线数据采集仪。
17.无线数据采集系统包括无线接收模块、无线数据采集仪及数据传输控制器，主要
用于振动数据的采集。无线数据采集仪通过无线接收模块将振动监测系统发送过来的实时数据进行接收和存储。数据传输控制器主要负责无线数据采集仪与振动监测系统之间的数据上传和下达，另外通过网络通信方式将无线数据采集仪的数据传输给破碎筛分机主机控制器。
18.数据分析处理系统包括主机控制器、数据处理系统和人机界面及预警系统。主机控制器用于接收无线数据采集系统传输来的数据并进行数据分析，经分析反馈后并行控制破碎筛分机进行怠速或停止等动作。数据处理系统包括在线数据分析、数据存储及数据库比对。在线数据分析用于将实时采集的振动数据经时域、频域、功率谱、幅值谱、倍频程、窗函数等功能模块分析成能反映振动性能的特征数据并进行存储。将表征破碎筛分机结构松动、壳体开裂、旋转轴偏心、旋转轴断裂、轴承磨损等故障的特征数据建立数据库，系统具有可实时数据库比对功能，当破碎筛分机振动异常时进行报警；系统还可进行历史数据管理、数据诊断、自动报表等功能。预警系统包括声光报警器及触发主机控制系统的特定功能；当破碎筛分机振动性能发生异常时预警系统进行数据库比对，系统根据异常振动量的大小可进行上限报警、下限报警、区域报警及趋势报警等，当振动高于设定最高标准时触发破碎主机控制系统的怠速或停止命令。
19.本实施例中，时域分析、频域分析、功率谱分析、倍频程分析和窗函数分析的方法为：时域分析：表征振动加速度大小随时间的变化情况，系统统计正常情况下加速度的最大、最小值并拟合成一个范围区间作为该部位的特征数据；实时采集的振动数据与该特征数据进行比较，若振动超过正常范围以及超出范围的频次及幅度，若超过系统规定的阀值时，触发破碎主机保护功能。
20.频域分析：表征振动加速度随频率的分布情况，系统取正常情况下加速度峰值及其对应的频率，在此基础上系统根据经验公式给出一定的误差区间作为该部位的特征数据；实时采集的振动数据与该特征数据进行比较，若振动超过正常范围，触发破碎主机保护功能。
21.功率谱分析：表征为单位频带内的信号功率，即信号功率在频域的分布状况，系统统计正常情况下加速度信号功率及其对应的频率大小，在此基础上根据经验公式给出一定的误差区间作为该部位的特征数据；实时采集的振动数据与该特征数据进行比较，若振动超过正常范围，触发破碎主机保护功能。
22.倍频程分析：实时采集的数据经倍频程分析将离散频谱分为一个个的频段，分别计算每个频段内的功率谱后汇总得到，系统统计正常情况下加速度信号功率及其对应的频段，在此基础上根据经验公式给出一定的误差区间作为该部位的特征数据；实时采集的振动数据与该特征数据进行比较，若振动超过正常范围，触发破碎主机保护功能。
23.窗函数分析：系统对采集的振动信号采用不同的截取函数进行截断，以减少频谱能量泄漏，使信号更接近于真实的频谱；然后统计正常情况下振动加速度峰值及其对应的频率大小，在此基础上根据经验公式给出一定的误差区间作为该部位的特征数据；实时采集的振动数据与该特征数据进行比较，若振动超过正常范围，触发破碎主机保护功能。
24.本实施例中，故障特征数据识别方法为：结构松动数据特征：系统采集的加速度信号出现不规则振动冲击，并且振动冲击
幅度较大。
25.壳体开裂特征数据：系统采集的加速度出现振动频率降低，振幅变大的干扰信号，此信号的振幅随开裂的程度变大而变大。
26.旋转轴偏心特征数据：振动数据会产生一个固定频率的一阶振动干扰信号并且干扰的加速度值取决于旋转轴的转速及偏心量，对振动数据进行阶次分析，产生一种有规律的一阶扰动信号。
27.旋转轴开裂特征数据：加速度信号出现比正常值较大的振动信号，并伴随较大的噪声，阶次分析中，产生多阶次的扰动信号。
28.轴承磨损特征数据：机械在运转过程中，由于轴心位置的变化产生振动信号偏离，加速度信号出现有规律振动的干扰，频域上会产生几个固定频率的振动干扰信号并且干扰的加速度值较大。
29.数据分析处理系统通过建立故障类型数据特征，与振动性能特征数据库中的数据进行比对实现破碎筛分机振动性能监测预警。
30.采用上述方案，系统能够在线监测破碎筛分机各工作部件振动性能的实时状态，当破碎筛分机振动性能发生异常时，系统能够快速的监测到并采取相应的预警措施从而避免了设备生产的石料产生批量质量事故及设备故障的进一步扩大。本系统具有振动实时监测、无线数据传输、同步数据分析及异常振动预警等特点。