專利名稱:一種同步齒輪箱初始故障的在線監(jiān)測與診斷裝置的制作方法
技術領域:
本發(fā)明屬于在線初始故障監(jiān)測與診斷裝置。具體涉及一種同步齒輪箱初始故障的在線監(jiān) 測與診斷裝置。
背景技術:
設備診斷技術是當前在國內(nèi)外發(fā)展迅速、用途廣泛的新技術。而齒輪及齒輪箱作為機械 設備中一種必不可少的連接和傳遞動力的通用零部件,在金屬切割機床、航空、電力系統(tǒng)、 冶金機械等現(xiàn)代化工業(yè)設備中得到了廣泛的應用。但由于其本身結(jié)構(gòu)復雜,工作環(huán)境惡劣等 原因,齒輪及齒輪箱容易受到損害和出現(xiàn)故障。1、 早期的故障診斷主要是依靠人工,利用觸、摸、聽、看等手段對設備進行診斷。通過 經(jīng)驗的積累,人們可以對一些設備故障做出判斷。[劉峻華.汽輪機故障診斷技術的發(fā)展與展 望.中國論文下載中心.2001 (3)]但這種手段由于其局限性和不完備性,現(xiàn)在已不能適應生 產(chǎn)對設備可靠性的要求。2、 以檢測儀表為主體的監(jiān)測系統(tǒng),目前我國大部分儀器都配備著這種裝置,[鐘秉林. 《機械故障診斷學》.上海科學技術出版社.2000],但是其監(jiān)測信號是隨機的,機組在強烈震動之前征兆不是很明顯,而一旦振幅突然增大,則為時已晚,不能防止突發(fā)性故障。此外, 儀表本身沒有分析功能,還是要依賴于人的經(jīng)驗,可靠性依然不強。3、 儀表配備軟硬件分析裝置,這是對第2種監(jiān)測方法的一種改進與補充,[徐敏.設備故 障診斷手冊.西安交通大學.1998],但是依然存在以下幾個缺點a. 診斷決策依然要依賴于診斷專家。b. 不能連續(xù)的分析,容易丟失數(shù)據(jù),不能防止突發(fā)性故障。c. 故障與征兆之間無因果聯(lián)系,所以難免會出現(xiàn)誤診。綜上所述,目前的監(jiān)測系統(tǒng)對人的依賴性太大,不能實時監(jiān)測,有小的故障隱患時難以 及時發(fā)現(xiàn),不能保證設備的正常運行和避免突發(fā)事故,從而導致需要整體拆機維修,造成更 大的浪費與經(jīng)濟損失。發(fā)明內(nèi)容本發(fā)明旨在克服上述技術缺陷,其任務是提供一種便于操作的、可提高設備利用率的、及時和準確的、經(jīng)濟效益高的同步齒輪箱初始故障的在線監(jiān)測與診斷裝置。為完成上述任務,本發(fā)明采用的技術方案是先將2N(N為正整數(shù))個相同的加速度傳感 器分別裝在同步齒輪箱的待測位置;再將每個加速度傳感器的輸出端分別與第一N路多路開 關和第二 N路多路開關的輸入端Xo Xn-!連接;第一 N路多路開關的輸出公共端COM與變 參數(shù)共振解調(diào)信號調(diào)理箱的第一子系統(tǒng)和第二子系統(tǒng)的同號輸入端IN+連接,第二 N路多路 開關的輸出公共端COM與變參數(shù)共振解調(diào)信號調(diào)理箱的第一子系統(tǒng)和第二子系統(tǒng)的反號輸 入端IN-連接;第一子系統(tǒng)的輸出端AHo AH2分別與A/D轉(zhuǎn)換卡的輸入端BHHBH2依次對 應連接,第二子系統(tǒng)的輸出端AHQ~AH2分別與A/D轉(zhuǎn)換卡的輸入端BH3~BH5依次對應連接, A/D轉(zhuǎn)換卡的輸出端D0 D2w分別通過總線與主控機的PCI擴展槽連接,主控機通過以太網(wǎng) 與服務器連接。專家系統(tǒng)故障分析軟件安裝在主控機內(nèi),專家系統(tǒng)故障分析軟件在Labview操作平臺上 運行。所述的變參數(shù)共振解調(diào)信號調(diào)理箱由兩個結(jié)構(gòu)和電路連接方式完全相同的第一子系統(tǒng)和第二子系統(tǒng)組成;第一子系統(tǒng)中的差動儀表放大器的同號輸入端IN+和反號輸入端IN-分別與第一 N路多路開關和第二 N路多路開關的輸出公共端COM連接,差動儀表放大器的輸出端 Ao分別與第一低通濾波器輸入端Bo和第一諧振器的輸入端INa連接,第一低通濾波器的輸出 端Yo與第二低通濾波器的輸入端Bi連接;第一諧振器的輸出端BPB與第二諧振器的輸入端 INa逢接,第二諧振器的輸出端BPB與高頻濾波器的輸入端IN+連接,高頻濾波器的輸出端 OUT與絕對值電路的輸入端IN+連接,絕對值電路的輸出端OUT與第三低通濾波器的輸入端 IN+連接,第三低通濾波器的輸出端OUT與第四低通濾波器的輸入端IN+連接,第四低通濾 波器的輸出端AH,與峰值檢測電路的輸入端IN+連接;第一子系統(tǒng)的第二低通濾波器的輸出 端AHo、第四低通濾波器的輸出端AHi和峰值檢測電路的輸出端AH2分別與A/D轉(zhuǎn)換芯片的 輸入端BH(HBH2對應依次連接。變參數(shù)共振解調(diào)信號調(diào)理箱的第二子系統(tǒng)除第二低通濾波器的輸出端AH0、第四低通濾 波器的輸出端AHi和峰值檢測電路的輸出端AH2分別與A/D轉(zhuǎn)換芯片的輸入端BH廣BH5對 應連接外,其它同第一子系統(tǒng)。所述的第一諧振器和第二諧振器均采用可編程的變品質(zhì)因數(shù)Q和可變諧振頻率fo的諧振 電路,該諧振電路采用MAX7400可編程的濾波器,可編程濾波器中Fo F4為諧振頻率f 0的 可編程控制端,采用最多32種可變諧振頻率f o,可編程濾波器中Qo q6為品質(zhì)因數(shù)Q的可編程控制端,采用最多128種不同的品質(zhì)因數(shù)Q。所述的第一諧振器和第二諧振器的時鐘頻率為f,滿足f/f0=100的關系;時鐘頻率f由V/F壓頻變換,時鐘頻率f的取值范圍為0 1MHz。所述的專家系統(tǒng)故障分析軟件的主流程是將A/D卡讀取數(shù)據(jù)分別進行時域分析和頻域 分析。通過時域分析的1024點數(shù)字信號的解調(diào)峰值與知識庫的正常值進行比對,若其解調(diào)峰 值超出了知識庫中正常值的兩倍,則被測對象存在故障。軟件的知識庫是在新機器運行時保 存的正常狀態(tài)下的數(shù)據(jù),為推理機的推理結(jié)果提供參考和依據(jù),知識庫可以不斷的進行更新 和維護。當1024點采樣信號頻譜的一倍頻的幅值較大時,且所述的時域分析亦存在故障,則進入 人機交互界面,并顯示診斷的結(jié)論,說明被測對象有松動;當頻域分析的1024點采樣信號的頻譜中有軸承的故障特征頻率,且所述的時域分析亦存 在故障,則進入人機交互界面,并顯示診斷的結(jié)論,說明被測對象軸承有故障;當頻域分析的1024點采樣信號的頻譜中有齒輪的嚙合頻率和邊頻,且所述的時域分析亦 存在故障,則進入人機交互界面,并顯示診斷的結(jié)論,說明被測對象齒輪有故障。由于采用上述技術方案,本發(fā)明利用加速度傳感器監(jiān)測同步齒輪箱的振動情況,提取同 步齒輪箱軸承、齒輪的初始故障信息。將被測點的信號通過變參數(shù)共振解調(diào)信號調(diào)理箱進行 處理,同時將這些信息存入服務器,可實現(xiàn)同步齒輪箱的遠程監(jiān)測與診斷。使得同步齒輪箱 的工作狀態(tài)在局域網(wǎng)上可以方便地進行瀏覽,使各級管理人員隨時了解設備的工作狀態(tài)。因此,本發(fā)明具有便于操作、可提高設備利用率、經(jīng)濟效益高、及時和準確的進行同步 齒輪箱初始故障的在線監(jiān)測與診斷的特點。
圖1是本發(fā)明的一種結(jié)構(gòu)示意圖;圖2是圖1中的變參數(shù)共振解調(diào)信號調(diào)理箱;圖3是專家系統(tǒng)故障分析軟件主流程框圖。
具體實施方式
下面結(jié)合附圖對本發(fā)明作進一步的描述,并非對本發(fā)明保護范圍的限制。 一種同步齒輪箱初始故障的在線監(jiān)測與診斷裝置。先將2N(N為8)個相同的加速度傳感 器分別裝在同步齒輪箱的軸承、齒輪待測位置,加速度傳感器采用美國PCB-608A11的產(chǎn)品。 如圖1所示,再將每個加速度傳感器的輸出端分別與第一N路多路開關和第二N路多路開關的輸入端Xo Xn-!連接;第一 N路多路開關的輸出公共端COM與變參數(shù)共振解調(diào)信號調(diào)理 箱的第一子系統(tǒng)和第二子系統(tǒng)的同號輸入端IN+連接,第二 N路多路開關的輸出公共端COM 與變參數(shù)共振解調(diào)信號調(diào)理箱的第一子系統(tǒng)和第二子系統(tǒng)的反號輸入端IN.連接;第一子系統(tǒng) 的輸出端AHo AH2分別與A/D轉(zhuǎn)換卡的輸入端BHo BH2依次對應連接,第二子系統(tǒng)的輸出 端AHQ~AH2分別與A/D轉(zhuǎn)換卡的輸入端BH3~BH5依次對應連接,A/D轉(zhuǎn)換卡的輸出端 D0~D2l>1分別通過總線與主控機的PCI擴展槽連接,主控機通過以太網(wǎng)與服務器連接。專家系統(tǒng)故障分析軟件安裝在主控機內(nèi),專家系統(tǒng)故障分析軟件在Labview操作平臺上 運行。所述的變參數(shù)共振解調(diào)信號調(diào)理箱如圖2所示由兩個結(jié)構(gòu)和電路連接方式完全相同的第一子系統(tǒng)和第二子系統(tǒng)組成。第一子系統(tǒng)中的差動儀表放大器的同號輸入端IN+和反號輸 入端IN—分別與第一 N路多路開關和第二 N路多路開關的輸出公共端COM連接,差動儀表 放大器的輸出端Ao分別與第一低通濾波器輸入端Bo和第一諧振器的輸入端INa連接,第一 低通濾波器的輸出端Yo與第二低通濾波器的輸入端Bi連接;第一諧振器的輸出端BPB與第 二諧振器的輸入端INa連接,第二諧振器的輸出端BPB與高頻濾波器的輸入端IN+連接,高 頻濾波器的輸出端OUT與絕對值電路的輸入端IN+連接,絕對值電路的輸出端OUT與第三 低通濾波器的輸入端IN+連接,第三低通濾波器的輸出端OUT與第四低通濾波器的輸入端IN+ 連接,第四低通濾波器的輸出端AF^與峰值檢測電路的輸入端IN+連接;第一子系統(tǒng)的第二 低通濾波器的輸出端AHo、第四低通濾波器的輸出端AH,和峰值檢測電路的輸出端AH2分別 與A/D轉(zhuǎn)換芯片的輸入端BHo BH2對應依次連接。變參數(shù)共振解調(diào)信號調(diào)理箱的第二子系統(tǒng)除第二低通濾波器的輸出端AHo、第四低通濾 波器的輸出端A&和峰值檢測電路的輸出端AH2分別與A/D轉(zhuǎn)換芯片的輸入端BH3 BH5對 應連接外,其它同第一子系統(tǒng)。所述的第一諧振器和第二諧振器均采用可編程的變品質(zhì)因數(shù)Q和可變諧振頻率fQ的諧振 電路,該諧振電路采用MAX7400可編程的濾波器,可編程濾波器中Fo F4為諧振頻率f o的 可編程控制端,采用最多32種可變諧振頻率f o,可編程濾波器中Qo Q6為品質(zhì)因數(shù)Q的可 編程控制端,采用最多128種不同的品質(zhì)因數(shù)Q。所述的第一諧振器和第二諧振器的時鐘頻率為f,滿足f/f(^100的關系;時鐘頻率f由 V/F壓頻變換,時鐘頻率f的取值范圍為0 1mHzk。所述的專家系統(tǒng)故障分析軟件的主流程如圖3所示將A/D卡讀取數(shù)據(jù)分別進行時域分析和頻域分析。通過時域分析的1024點數(shù)字信號的解調(diào)峰值與知識庫的正常值進行比對,若 其解調(diào)峰值超出了知識庫中正常值的兩倍,則被測對象存在故障。軟件的知識庫是在新機器 運行時保存的正常狀態(tài)下的數(shù)據(jù),為推理機的推理結(jié)果提供參考和依據(jù),知識庫可以不斷的 進行更新和維護。1024點采樣信號頻譜的一倍頻的幅值較大時,且上述的時域分析亦存在故障,則進入人 機交互界面,并顯示診斷的結(jié)論,說明被測對象有松動;當頻域分析的1024點采樣信號的頻譜中有軸承的故障特征頻率,且上述的時域分析亦存 在故障,則進入人機交互界面,并顯示診斷的結(jié)論,說明被測對象軸承有故障;當頻域分析的1024點采樣信號的頻譜中有齒輪的嚙合頻率和邊頻,且上述的時域分析亦 存在故障,則進入人機交互界面,并顯示診斷的結(jié)論,說明被測對象齒輪有故障。本具體實施方式
具有便于操作、及時、準確地反映同步齒輪箱的初始故障的特點。
權(quán)利要求
1、一種同步齒輪箱在線初始故障的監(jiān)測與診斷系統(tǒng),其特征在于先將2N(N為正整數(shù))個相同的加速度傳感器分別裝在同步齒輪箱的待測位置;再將每個加速度傳感器的輸出端分別與第一N路多路開關和第二N路多路開關的輸入端X0~XN-1連接;第一N路多路開關的輸出公共端COM與變參數(shù)共振解調(diào)信號調(diào)理箱的第一子系統(tǒng)和第二子系統(tǒng)的同號輸入端IN+連接,第二N路多路開關的輸出公共端COM與變參數(shù)共振解調(diào)信號調(diào)理箱的第一子系統(tǒng)和第二子系統(tǒng)的反號輸入端IN-連接;第一子系統(tǒng)的輸出端AH0~AH2分別與A/D轉(zhuǎn)換卡的輸入端BH0~BH2依次對應連接,第二子系統(tǒng)的輸出端AH0~AH2分別與A/D轉(zhuǎn)換卡的輸入端BH3~BH5依次對應連接,A/D轉(zhuǎn)換卡的輸出端D0~D2n-1分別通過總線與主控機的PCI擴展槽連接,主控機通過以太網(wǎng)與服務器連接;專家系統(tǒng)故障分析軟件安裝在主控機內(nèi),專家系統(tǒng)故障分析軟件在Labview操作平臺上運行。
2、 根據(jù)權(quán)利要求l所述的同步齒輪箱在線初始故障的監(jiān)測與診斷系統(tǒng),其特征在于所述 的變參數(shù)共振解調(diào)信號調(diào)理箱由兩個結(jié)構(gòu)和電路連接方式完全相同的第一子系統(tǒng)和第二子系 統(tǒng)組成;第一子系統(tǒng)中的差動儀表放大器的同號輸入端IN+和反號輸入端IN-分別與第一 N 路多路開關和第二N路多路開關的輸出公共端COM連接,差動儀表放大器的輸出端Ao分別 與第一低通濾波器輸入端Bo和第一諧振器的輸入端INa連接,第一低通濾波器的輸出端Y0 與第二低通濾波器的輸入端Bi連接;第一諧振器的輸出端BPB與第二諧振器的輸入端INa連 接,第二諧振器的輸出端BPB與高頻濾波器的輸入端IN+連接,高頻濾波器的輸出端OUT與 絕對值電路的輸入端IN+連接,絕對值電路的輸出端OUT與第三低通濾波器的輸入端IN十連 接,第三低通濾波器的輸出端OUT與第四低通濾波器的輸入端IN+連接,第四低通濾波器的 輸出端AH,與峰值檢測電路的輸入端IN+連接;第一子系統(tǒng)的第二低通濾波器的輸出端AH0、 第四低通濾波器的輸出端AH!和峰值檢測電路的輸出端AH2分別與A/D轉(zhuǎn)換芯片的輸入端 BHo BH2對應依次連接;變參數(shù)共振解調(diào)信號調(diào)理箱的第二子系統(tǒng)除第二低通濾波器的輸出端AHo、第四低通濾 波器的輸出端AHi和峰值檢測電路的輸出端AH2分別與A/D轉(zhuǎn)換芯片的輸入端BH廣BH5對 應連接外,其它同第一子系統(tǒng)。
3、 根據(jù)權(quán)利要求1所述的同步齒輪箱在線初始故障的監(jiān)測與診斷系統(tǒng),其特征在于所述 的第一諧振器和第二諧振器均采用可編程的變品質(zhì)因數(shù)Q和可變諧振頻率fo的諧振電路,該 諧振電路采用MAX7400可編程的濾波器,可編程濾波器中FG~F4為諧振頻率f Q的可編程控 制端,采用最多32種可變諧振頻率f Q,可編程濾波器中Qo Q6為品質(zhì)因數(shù)Q的可編程控制 端,采用最多128種不同的品質(zhì)因數(shù)Q。
4、 根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的同步齒輪箱在線初始故障的監(jiān)測與診斷系統(tǒng),其特征在于 所述的第一諧振器和第二諧振器的時鐘頻率為f,滿足f/fQ=100的關系;時鐘頻率f由V/F 壓頻變換,時鐘頻率f的取值范圍為0 1raHzk。
5、 根據(jù)權(quán)利要求書1所述的同步齒輪箱在線初始故障的監(jiān)測與診斷系統(tǒng),其特征在于所 述的專家系統(tǒng)故障分析軟件的主流程是將A/D卡讀取數(shù)據(jù)分別進行時域分析和頻域分析; 通過時域分析的1024點數(shù)字信號的解調(diào)峰值與知識庫的正常值進行比對,若其解調(diào)峰值超出 了知識庫中正常值的兩倍,則被測對象存在故障;1024點采樣信號頻譜的一倍頻的幅值較大時,且上述的時域分析亦存在故障,則進入人 機交互界面,并顯示診斷的結(jié)論,說明被測對象有松動;當頻域分析的1024點采樣信號的頻譜中有軸承的故障特征頻率,且上述的時域分析亦存 在故障,則進入人機交互界面,并顯示診斷的結(jié)論,說明被測對象軸承有故障;當頻域分析的1024點采樣信號的頻譜中有齒輪的嚙合頻率和邊頻,且上述的時域分析亦 存在故障,則進入人機交互界面,并顯示診斷的結(jié)論,說明被測對象齒輪有故障。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種同步齒輪箱初始故障的在線監(jiān)測與診斷裝置。其技術方案是將2N(N為正整數(shù))個加速傳感器裝在同步齒輪箱待測位置;將加速度傳感器的輸出端與第一和第二N路多路開關的輸入端X<sub>0</sub>~X<sub>N-1</sub>連接,第一N路多路開關的輸出公共端COM與兩個子系統(tǒng)的同號輸入端IN<sub>+</sub>連接,第二N路多路開關的輸出公共端COM與兩個子系統(tǒng)的反號輸入端IN<sub>-</sub>連接。兩個子系統(tǒng)的輸出端AH<sub>0</sub>~AH<sub>2</sub>與A/D轉(zhuǎn)換卡的輸入端BH<sub>0</sub>~BH<sub>5</sub>連接,A/D轉(zhuǎn)換卡的輸出端D<sub>0</sub>~D<sub>2n-1</sub>與主控機的PCI擴展槽連接,主控機通過以太網(wǎng)與服務器連接。專家系統(tǒng)故障分析軟件安裝在主控機內(nèi),在Labview操作平臺上運行。本發(fā)明具有便于操作,及時、準確地反映同步齒輪箱的初始故障的特點。
文檔編號G01M13/02GK101334335SQ200810048348
公開日2008年12月31日 申請日期2008年7月10日 優(yōu)先權(quán)日2008年7月10日
發(fā)明者余靜嫻, 靜 劉, 周鳳星, 程耕國, 譚明喧 申請人:武漢科技大學