一种旋转类轴承检测系统的制作方法

本发明涉及列车检测，涉及一种旋转类轴承检测系统。

背景技术：

1、轴承是现代机械设备的重要组成部分。其主要功能是支撑机械旋转体,减小运动过程中的摩擦系数,保证旋转精度，作为机械设备中不可或缺的零件，非常重要，因此需要进行轴承状态检测，以便及时对旋转轴承的故障隐患进行预报警，指导维修，保障机械设备的运营安全。

2、传统的轴承检测系统的监测和保障能力有限，诊断预警能力较弱，无法对轴承早期故障进行诊断；同时具有一定的滞后性，当检测系统报警时通常轴承故障已相对严重。

技术实现思路

1、本发明的目的在于解决上述技术问题之一，提供一种旋转类轴承检测系统，该系统可以及时对旋转轴承故障进行诊断和预测，可诊断的及时性和可靠性。

2、为实现上述目的，针对现有技术的不足，设计了一种用于旋转类轴承的检测系统，本设计所采用的方案是：

3、一种旋转类轴承检测系统，包括：

4、数据采集单元，包括用于采集旋转类轴承振动信号的振动传感器；

5、fpga：与数据采集单元通信，用于采集数据采集单元采集的轴承振动信号；

6、控制板：与fpga通信，用于获取所述振动信号；所述控制板包括：算法板模块；

7、算法板：与所述算法板模块通信，获取所述振动信号，并基于所述振动信号生成旋转类轴承故障判断信号，将故障判断信号发送给控制板；

8、所述算法板被配置为对振动原始信号进行包络提取，所述包络提取方法包括：

9、将数据采集单元采集的振动原始信号进行相位变换，获得振动处理信号，将振动原始信号与振动处理信号构成解析包络信号，基于所述解析包络信号，进行旋转类轴承故障判断。

10、本发明一些实施例中，所述算法板被配置为，按如下方法进行原始信号的包络提取：

11、对振动初始信号x(t)进行希尔伯特变换xh(t)：

12、

13、其中：t为时间变量，π为弧度；

14、基于振动初始信号和振动初始信号的希伯特变换信号，获得解析包络信号a(t)：

15、

16、本发明一些实施例中，所述数据采集单元进一步包括用于采集旋转类轴承转动信号的转动传感器，所述fpga进一步获取旋转类轴承转动信号，并传递至控制板；所述算法板进一步获得所述旋转类轴承转动信号，基于所述振动信号和所述转动信号，生成旋转类轴承故障判断信号。

17、本发明一些实施例中，所述算法板被配置为：基于所述转动信号对所述振动信号进行平稳化处理，基于平稳化处理后的振动信号，生成旋转类轴承故障判断信号。

18、本发明一些实施例中，所述算法板被配置为，按如下方法对振动信号进行平稳化处理：

19、定义轴承转角θ(t)：

20、θ(t)＝b0+b1t+b2t2；

21、其中：b0、b1、b2为待求常量，t为时间变量；

22、将转速脉冲触发时刻值t0、t1和t2，以及转角增量δφ带入轴承转角表达式，求解b0、b1、b2：

23、

24、求解等角度增量转角变换时间：

25、

26、其中，其中，其中φi为ti时刻的转角。

27、采用线性插值法求解等角度增量转角变换时刻对应的振动信号幅值b(t)。

28、本发明一些实施例中，所述算法板进一步被配置为：

29、对振动信号幅值b(t)进行系相关计算，获得自相关波形信号c(t)。

30、本发明一些实施例中，所述算法板包括特征提取模块；

31、所述特征提取模块对自相关波形信号c(t)进行频域信号特征提取，并进行fft计算，得到频谱图；

32、所述算法板被配置为，在频谱图特征频率附近搜索频率对应的极大幅值，根据频率对应的极大幅值进行旋转类轴承故障模式识别。

33、本发明一些实施例中，所述特征提取模块对自相关波形信号c(t)时域信号特征提取，计算有效值、峰峰值、冲击db值，基于所述冲击db值，进行实时故障判断；基于所述有效值、峰峰值，进行故障趋势跟踪。

34、本发明一些实施例中，所述算法板基于以下方法计算冲击db值的：

35、

36、其中：

37、sv：冲击值(即特征频率附近所对应的极大幅值)；

38、n：轴承、齿轮、电机所在轴的转速[r/min]；

39、d：轴承、齿轮、电机所在轴的轴径[mm]。

40、所述算法板基于冲击db值的大小进行故障等级判断。

41、本发明一些实施例中，所述控制板进一步包括以太网模块，与地面服务器及地面上位机通信，用于向地面服务器发送故障判断信号。

42、本发明提供的一种旋转类轴承检测系统，其有益效果在于：

43、1.检测系统实时对轴承的振动数据、转速数据进行采集，通过数字化共振解调算法对数据进行滤波、降噪、包络解调，进而分析出轴承故障类型、故障程度、故障位置，实现早期预警和分级报警，保障机械设备运营安全；同时系统会将报警信息通过无线传输通道传输到检修中心地面服务器，地面服务器对轴承的状态进行统计分析，对早期故障实施跟踪，减少维修频度，提高维修效率。

44、2.对轴承系统运行状态进行实时监控，系统的灵敏度和精确度高，旋转轴承出现振动异常时，检测仪能够快速的报出故障，当异常消失时，故障也能得到快速的消除。

45、3.地面服务器实时的对接收到的振动数据进行统计分析，对早期故障实施跟踪，大大的减少维修频度，提高了维修效率，减少了运营成本。

46、4.本系统适用于多行业的故障诊断，适用于不同行业、多种大中型机械设备的轴承诊断，应用面广泛。

技术特征：

1.一种旋转类轴承检测系统，其特征在于，包括：

2.如权利要求1所述的旋转类轴承检测系统，其特征在于，所述算法板被配置为，按如下方法进行原始信号的包络提取：

3.如权利要求1或2所述的旋转类轴承检测系统，其特征在于，所述数据采集单元进一步包括用于采集旋转类轴承转动信号的转动传感器，所述fpga进一步获取旋转类轴承转动信号，并传递至控制板；所述算法板进一步获得所述旋转类轴承转动信号，基于所述振动信号和所述转动信号，生成旋转类轴承故障判断信号。

4.如权利要求3所述的旋转类轴承检测系统，其特征在于，所述算法板被配置为：基于所述转动信号对所述振动信号进行平稳化处理，基于平稳化处理后的振动信号，生成旋转类轴承故障判断信号。

5.如权利要求4所述的旋转类轴承检测系统，其特征在于，所述算法板被配置为，按如下方法对振动信号进行平稳化处理：

6.如权利要求5所述的旋转类轴承检测系统，其特征在于，所述算法板进一步被配置为：

7.如权利要求6所述的旋转类轴承检测系统，其特征在于，所述算法板包括特征提取模块；

8.如权利要求7所述的旋转类轴承检测系统，其特征在于，所述特征提取模块对自相关波形信号c(t)时域信号特征提取，计算有效值、峰峰值、冲击db值，基于所述冲击db值，进行实时故障判断；基于所述有效值、峰峰值，进行故障趋势跟踪。

9.如权利要求8所述的旋转类轴承检测系统，其特征在于，所述算法板基于冲击db值的大小进行故障等级判断。

10.如权利要求1所述的旋转类轴承检测系统，其特征在于，所述控制板进一步包括以太网模块，与地面服务器及地面上位机通信，用于向地面服务器发送故障判断信号。

技术总结
本发明提供一种旋转类轴承检测系统。数据采集单元包括用于采集旋转类轴承振动信号的振动传感器；FPGA与数据采集单元通信，用于采集数据采集单元采集的轴承振动信号；控制板与FPGA通信，用于获取所述振动信号；所述控制板包括：算法板模块；算法板与所述算法板模块通信，获取所述振动信号，并基于所述振动信号生成旋转类轴承故障判断信号，将故障判断信号发送给控制板；所述算法板被配置为对振动原始信号进行包络提取，所述包络提取方法包括：将数据采集单元采集的振动原始信号进行相位变换，获得振动处理信号，将振动原始信号与振动处理信号构成解析包络信号，基于所述解析包络信号，进行旋转类轴承故障判断。

技术研发人员：李海龙,马庆杰,陈帅,程佳,孙群,刁兆磊
受保护的技术使用者：中车青岛四方车辆研究所有限公司
技术研发日：
技术公布日：2024/1/15