基于振动检测的便携式轴承故障诊断装置及诊断方法
【技术领域】
[0001] 本发明涉及轴承检测技术领域，具体涉及一种基于振动检测的便携式滚动轴承故 障诊断装置及其诊断方法。
【背景技术】
[0002] 滚动轴承是煤矿大型旋转设备的重要部件，其工作环境差、载荷重，运行时容易发 生各种故障，甚至导致设备损坏及引发安全事故，影响煤矿安全生产。因此，对滚动轴承的 工作状态进行检测和故障诊断是非常重要的。目前，对于煤矿大型设备中的滚动轴承的检 测一般是通过人工的方式来进行，检测人员通过人工检测或通过一些辅助仪器上显示的参 数或曲线，凭经验来判断滚动轴承的状态，这样对检测人员的素质要求高，检测过程不够智 能化，检测效率低下。
【发明内容】
[0003] 本发明的目的是：针对现有技术存在的问题，本发明提供一种结构简单紧凑、成本 低廉、操作方便快速、诊断精度高、可满足高自动化程度的基于振动检测的便携式滚动轴承 故障诊断装置及方法。
[0004] 本发明的技术方案是：本发明的基于振动检测的便携式滚动轴承故障装置，其结 构特点是：包括振动传感器和便携式轴承故障诊断仪；振动传感器使用时固定安装在被检 滚动轴承上； 便携式轴承故障诊断仪为一体件；便携式轴承故障诊断仪包括壳体和电路装置；便携 式轴承故障诊断仪的电路装置包括A/D转换模块、DSP数据分析模块、ARM数据处理模块、存 储模块、显示模块和电源模块； A/D转换模块和DSP数据分析模块分别设有信号输入端和信号输出端；ARM数据处理模 块设有分析结果信号输入端、存储通信端和显示信号输出端；存储模块设有通信端；显示 模块设有信号输入端； A/D转换模块的信号输入端与振动传感器信号电连接；DSP数据分析模块的信号输入 端与A/D转换模块的信号输出端信号电连接；ARM数据处理模块的分析结果信号输入端与 DSP数据分析模块的信号输出端信号电连接；存储模块的通信端与ARM数据处理模块的存 储通信端双向信号电连接；显示模块的信号输入端与ARM数据处理模块的显示信号输出端 信号电连接；电源模块用于提供工作电源。
[0005] 进一步的方案是：上述的振动传感器为KGS18型矿用本安型振动加速度传感器。
[0006] 上述的基于振动检测的便携式滚动轴承故障诊断装置，其用于滚动轴承故障诊断 的方法，包括以步骤： ① 振动传感器获取振动信号：安装于滚动轴承上的振动传感器实时接收滚动轴承的振 动信号，并将接收到的振动信号传送给便携式轴承故障诊断仪的A/D转换模块； ② A/D转换模块信号采集：便携式轴承故障诊断仪的A/D转换模块采集振动传感器上 传的信号进行模数转换模块后将信号上传给DSP数据分析模块； ③ DSP数据分析模块分析处理：DSP数据分析模块内置有包括滚动轴承的内圈故障、外 圈故障、滚动体故障、保持架故障的故障集合，以及与滚动轴承的故障集合相对应的故障特 征频率集合； DSP数据分析模块内置有对滚动轴承的故障特征频率计算公式： a、 内圈转频：
【主权项】
1. 一种基于振动检测的便携式滚动轴承故障诊断装置，其特征在于：包括振动传感器 (1)和便携式轴承故障诊断仪（2);所述的振动传感器（1)使用时固定安装在被检滚动轴承 (3)上； 便携式轴承故障诊断仪（2)为一体件；便携式轴承故障诊断仪（2)包括壳体和电路 装置；便携式轴承故障诊断仪（2)的电路装置包括A/D转换模块（21)、DSP数据分析模块 (22 )、ARM数据处理模块（23 )、存储模块（24 )、显示模块（25 )和电源模块（26 ); A/D转换模块（21)和DSP数据分析模块（22)分别设有信号输入端和信号输出端；ARM 数据处理模块（23)设有分析结果信号输入端、存储通信端和显示信号输出端；存储模块 (24)设有通信端；显示模块（25)设有信号输入端； A/D转换模块（21)的信号输入端与振动传感器（1)信号电连接；DSP数据分析模块 (22)的信号输入端与A/D转换模块（21)的信号输出端信号电连接；ARM数据处理模块（23) 的分析结果信号输入端与DSP数据分析模块（22)的信号输出端信号电连接；存储模块（24) 的通信端与ARM数据处理模块（23)的存储通信端双向信号电连接；显示模块（25)的信号 输入端与ARM数据处理模块（23)的显示信号输出端信号电连接；电源模块（26)用于提供 工作电源。
2. 根据权利要求1所述的基于振动检测的便携式滚动轴承故障诊断装置，其特征在 于：所述的振动传感器（1)为KGS18型矿用本安型振动加速度传感器。
3. 根据权利要求1或2所述的基于振动检测的便携式滚动轴承故障诊断装置，其特征 在于：其用于滚动轴承故障诊断的方法，包括以步骤： ① 振动传感器获取振动信号：安装于滚动轴承（3)上的振动传感器（1)实时接收滚动 轴承（3)的振动信号，并将接收到的振动信号传送给便携式轴承故障诊断仪（2)的A/D转换 丰旲块（21); ② A/D转换模块信号采集：便携式轴承故障诊断仪（2)的A/D转换模块（21)采集振动 传感器（1)上传的信号进行模数转换模块后将信号上传给DSP数据分析模块（22); ③ DSP数据分析模块分析处理：DSP数据分析模块（22)内置有包括滚动轴承（3)的内 圈故障、外圈故障、滚动体故障、保持架故障的故障集合，以及与滚动轴承（3)的故障集合相 对应的故障特征频率集合； DSP数据分析模块（22)内置有对滚动轴承（3)的故障特征频率计算公式： 内圈转频：
L )，式中：N为转速； 一个滚动体或保持架通过内环上一损伤点的频率：
式中，Z为滚动体个数，d为滚动体直径，D为轴承节径，《为压力角； 一个滚动体或保持架通过外环上一损伤点的频率：
滚动体上的一损点通过内环或外环的频率：
保持架的旋转频率：
上述计算式中所涉及的物理参数值根据滚动轴承（3)的实测数据输入到DSP数据分析 模块（22)中；DSP数据分析模块（22)依据上述公式进行计算，获得内圈故障、外圈故障、滚 动体故障、保持架故障的特征频率值SI、S2、S3、S4,即故障特征频率集合； DSP数据分析模块（22)对接收的滚动轴承（3)的实时振动信号采用傅立叶变换算法进 行频谱特征进行计算，获得时域波形下对应的频谱特征集Z (n) =(mO, ml，m2 ··· mn)，式 中n=0. 5p，且p=采样点数，m为对应序列下的频率幅值，Z (m)即为有效信号包含的设备振 动频率值集合；以特征频率值S为基准值确定Z (s)对应的m值，若ms〈l，判断相应的故障 特征不存在；若ms>l，则判断存在相应故障；DSP数据分析模块（22)将分析处理结果上传给 ARM数据处理模块（23); ④故障分析结果存储和显示：ARM数据处理模块（23)接收DSP数据分析模块（22)上传 的实时数据，将其传输给存储模块（24)进行存储；同时分析处理结果传输给显示模块（25) 进行实时显示。
【专利摘要】本发明提供一种基于振动检测的便携式轴承故障诊断装置，包括振动传感器和便携式轴承故障诊断仪；便携式轴承故障诊断仪包括壳体和电路装置；电路装置包括A/D转换模块、DSP数据分析模块、ARM数据处理模块、存储模块、显示模块和电源模块；A/D转换模块将采集处理后的振动传感器的信号上传给DSP数据分析模块进行分析和故障判断；ARM数据处理模块接收处理结果并分配存储和显示；诊断方法主要包括：振动传感器获取振动信号；A/D转换模块信号采集；DSP数据分析模块分析处理；故障分析结果存储和显示。本发明是操作简便快速、诊断精度和自动化程度高，能有效实现对滚动轴承故障的实时监测和故障诊断。
【IPC分类】G01M13-04
【公开号】CN104634570
【申请号】CN201510029260
【发明人】白宏峰, 李东晓, 李臻, 朱益军, 王昕 , 王克智, 王韬, 郭波, 杨刚, 徐霁宇, 荀洪菲, 刘鹏
【申请人】山西潞安环保能源开发股份有限公司, 天地（常州）自动化股份有限公司, 中煤科工集团常州研究院有限公司
【公开日】2015年5月20日
【申请日】2015年1月21日