專利名稱：用于識(shí)別傳動(dòng)裝置上的故障的方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種用于在具有至少一對(duì)相互嚙合的齒輪的齒輪傳動(dòng)級(jí)中識(shí)別故障的方法，其中，通過至少一個(gè)振動(dòng)傳感器檢測(cè)振動(dòng)信號(hào)，該振動(dòng)信號(hào)與在傳動(dòng)級(jí)的運(yùn)行中出現(xiàn)的振動(dòng)對(duì)應(yīng)一致，并對(duì)檢測(cè)到的振動(dòng)信號(hào)進(jìn)行分析，以便識(shí)別可能的故障。此外本發(fā)明還涉及一種用于在齒輪傳動(dòng)級(jí)中識(shí)別故障的裝置。
背景技術(shù)：
在工業(yè)領(lǐng)域中的許多機(jī)器中，傳動(dòng)裝置都是核心的部件。這些傳動(dòng)裝置在運(yùn)行中受到的載荷大，并因此導(dǎo)致磨損大，其中這可能引起故障，這些故障可能使得傳動(dòng)裝置和整個(gè)機(jī)器的功能惡化和尤其是失效。為了使這種和故障有關(guān)的失效和由此帶來的經(jīng)濟(jì)損失最小化或者說將其阻止，要致力于觀察傳動(dòng)裝置的功能。在此采用了狀態(tài)監(jiān)測(cè)系統(tǒng)(Condition Monitoring Systems - CMS),利用該系統(tǒng)可以在連續(xù)運(yùn)行中監(jiān)測(cè)部件、例如 傳動(dòng)裝置是否按規(guī)定工作，或者是否功能有故障或者說有這樣的傾向。故障的出現(xiàn)或者即將來臨可以按此方式提前識(shí)別，從而可以采取適合的措施，以便局部限制故障，或者說同時(shí)地且有效地消除故障。以下可以通過提前的故障識(shí)別來減小機(jī)器的運(yùn)行限制或停機(jī)時(shí)間。當(dāng)前，這樣的狀態(tài)監(jiān)測(cè)系統(tǒng)，尤其是在通過風(fēng)力來產(chǎn)生能量的背景里具有意義，這是因?yàn)楸仨毐ＷC風(fēng)力發(fā)電設(shè)備的持久可靠的運(yùn)行，以便實(shí)現(xiàn)連續(xù)的供電，并且是設(shè)備的經(jīng)濟(jì)性運(yùn)行的先決條件。在這里特別注意到傳動(dòng)裝置的狀態(tài)監(jiān)測(cè)，這是因?yàn)轱L(fēng)力發(fā)電設(shè)備的傳動(dòng)裝置在風(fēng)力發(fā)電設(shè)備的多個(gè)部件中是每次故障的停機(jī)時(shí)間最長(zhǎng)的。長(zhǎng)的停機(jī)時(shí)間在此受到復(fù)雜的修理過程和故障部件有時(shí)難于夠到的影響而導(dǎo)致。狀態(tài)監(jiān)測(cè)-或者說狀態(tài)診斷系統(tǒng)，正如在風(fēng)力領(lǐng)域所應(yīng)用的那樣，一般包括設(shè)備的溫度監(jiān)測(cè)裝置；在設(shè)備里使用潤(rùn)滑油的狀態(tài)監(jiān)測(cè)裝置；和振動(dòng)監(jiān)測(cè)裝置。在振動(dòng)監(jiān)測(cè)裝置中借助于適合的振動(dòng)傳感器監(jiān)測(cè)隨著部件的運(yùn)行而產(chǎn)生的振動(dòng)，以便能夠探測(cè)與風(fēng)力發(fā)電設(shè)備的、或者說其部件的正常運(yùn)行的偏差情況，這些偏差說明了存在的故障。監(jiān)測(cè)并記錄了當(dāng)前的運(yùn)行參數(shù)、例如轉(zhuǎn)速或者載荷。狀態(tài)監(jiān)測(cè)在已知的方法中一般要進(jìn)行較長(zhǎng)的時(shí)間。為了識(shí)別故障，將檢測(cè)到的信號(hào)與參考值進(jìn)行比較，該參考值在校準(zhǔn)測(cè)量的范疇中檢測(cè)到或者借助于模擬方法已經(jīng)得至IJ?？梢詫?duì)存在有故障時(shí)所檢測(cè)到的振動(dòng)圖例進(jìn)行編目，并且然后將它們提供用于與今后要檢測(cè)的振動(dòng)圖例進(jìn)行比較。只有在檢測(cè)編目的振動(dòng)圖例和將振動(dòng)圖例與其比較，預(yù)計(jì)到相同的運(yùn)行參數(shù)時(shí)，才能夠通過比較進(jìn)行可靠的故障診斷。由于風(fēng)速變化很大，風(fēng)力發(fā)電設(shè)備經(jīng)受的載荷譜就比較寬，而受運(yùn)行限制的參數(shù)在一個(gè)寬的范圍上。因而一般不能夠或者只是用高的費(fèi)用才能夠給所有可以考慮的系統(tǒng)運(yùn)行狀態(tài)存入?yún)⒖贾?。由于這種原因，例如用一種所謂的包絡(luò)線技術(shù)來工作。參考信號(hào)在此分別分配有一個(gè)最小的和最大的值，因此對(duì)受運(yùn)行限制的偏差的范圍進(jìn)行估計(jì)和預(yù)定。如果信號(hào)位于這個(gè)參考窗口之外，那么偏差被解釋為取決于故障的。然而這可能有不精確性，而且對(duì)于一種可靠的故障識(shí)別來說，必須請(qǐng)出專家，專家對(duì)檢測(cè)的信號(hào)進(jìn)行分析，并根據(jù)其經(jīng)驗(yàn)可以識(shí)別出可能的故障。這被認(rèn)為是不足的，這是因?yàn)橛绕涫怯捎诎惭b的風(fēng)力發(fā)電設(shè)備很多，因此要考慮到可以請(qǐng)的專家不夠，而且除此之外請(qǐng)專家來識(shí)別故障會(huì)導(dǎo)致費(fèi)用高。因而力求對(duì)在狀態(tài)監(jiān)測(cè)范圍里所檢測(cè)到的數(shù)據(jù)，在存在有故障的方面的分析進(jìn)行改進(jìn)。在此，對(duì)于可靠的故障診斷來說尤其必要的是將通過當(dāng)前運(yùn)行參數(shù)的變化所引起的檢測(cè)到的信號(hào)的變化與取決于故障的變化區(qū)分開。在公開出版物“探測(cè)初期風(fēng)力渦輪機(jī)傳動(dòng)箱故障用于在線狀態(tài)監(jiān)測(cè)的信號(hào)分析方法，，的范疇中(，，Detecting Incipient Wind Turbine Gearbox Failure:The SignalAnalysis Method for On-Line Condition Monitoring“)，作者是 CJ Craptree 等人，歐洲風(fēng)能會(huì)議(European Wind Energy Conference2010 (EffEC 2010))提出建議將在狀態(tài)診斷的范疇中所檢測(cè)到的信號(hào)標(biāo)準(zhǔn)化為一個(gè)運(yùn)行參數(shù)、在這里為載荷，因而應(yīng)該使故障識(shí)別的可靠性得到改善。除此之外還提出了一種在線狀態(tài)監(jiān)測(cè)的分析方法，通過該方法在早期階段來識(shí)別出現(xiàn)的傳動(dòng)裝置故障，其方法是對(duì)多個(gè)在狀態(tài)監(jiān)測(cè)的范疇中記錄的獨(dú)立信號(hào)加以考慮并進(jìn)行比較。對(duì)這種多參數(shù)計(jì)算途徑來說，尤其是對(duì)被記錄的傳動(dòng)裝置振動(dòng)和 油狀態(tài)加以考慮。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的是，提出另一種用于識(shí)別故障的方法，該方法可以實(shí)現(xiàn)對(duì)傳動(dòng)裝置上的故障的可靠識(shí)別或者說預(yù)測(cè)，其中，故障識(shí)別可以自動(dòng)化地進(jìn)行，并且可以經(jīng)濟(jì)有利地應(yīng)用該方法。該目的根據(jù)本發(fā)明由此來實(shí)現(xiàn)借助于振動(dòng)傳感器檢測(cè)振動(dòng)信號(hào)，該振動(dòng)信號(hào)與振動(dòng)對(duì)應(yīng)一致，振動(dòng)是由于滾切-和沖擊運(yùn)動(dòng)，在至少一對(duì)齒輪的、在載荷的作用下進(jìn)行的齒嚙合而引起的。將振動(dòng)信號(hào)與校準(zhǔn)振動(dòng)信號(hào)進(jìn)行比較，并且由振動(dòng)信號(hào)與校準(zhǔn)振動(dòng)信號(hào)的偏差求出作用在傳動(dòng)裝置上的轉(zhuǎn)矩。接下來，在評(píng)估振動(dòng)信號(hào)時(shí)，在可能的故障方面，對(duì)求出的轉(zhuǎn)矩加以考慮。本發(fā)明基于以下認(rèn)識(shí)一對(duì)齒輪的處于嚙合的齒在有載荷時(shí)發(fā)生變形。變形按照胡克定理對(duì)于直線彈性情況來說，取決于所施加的力和變形構(gòu)件的彈簧常數(shù)。因此在齒輪傳動(dòng)級(jí)中，齒的剛性與所施加轉(zhuǎn)矩一起確定了 嚙合齒的變形程度有多大。這種關(guān)系根據(jù)本發(fā)明被充分利用，以求出轉(zhuǎn)矩。由于處于嚙合狀態(tài)中的齒的取決于載荷的變形，齒的嚙合的過程發(fā)生變化。這種變化可以借助于振動(dòng)傳感器探測(cè)到。為此在傳動(dòng)裝置上檢測(cè)振動(dòng)信號(hào)，這種信號(hào)與由于滾切-和沖擊運(yùn)動(dòng)，在載荷作用下進(jìn)行齒嚙合時(shí)所引起的振動(dòng)對(duì)應(yīng)一致。檢測(cè)到的振動(dòng)信號(hào)則被與校準(zhǔn)振動(dòng)信號(hào)比較，并由振動(dòng)信號(hào)與校準(zhǔn)振動(dòng)信號(hào)的偏差確定作用在傳動(dòng)裝置上的轉(zhuǎn)矩。如果借助于振動(dòng)傳感器來監(jiān)測(cè)傳動(dòng)裝置的狀態(tài)，就可以識(shí)別故障情況，這是因?yàn)閭鲃?dòng)裝置部件的取決于磨損和故障的變形也導(dǎo)致所檢測(cè)到的振動(dòng)信號(hào)的變化。為此對(duì)于檢測(cè)到的振動(dòng)信號(hào)例如就重要的點(diǎn)而言進(jìn)行分析，并與參考值進(jìn)行比較。同時(shí)在振動(dòng)信號(hào)里可能存在有取決于故障的、形狀為尖峰或者邊沿(Flanken)的偏差。信號(hào)里的尖峰或者邊沿也可能取決于故障地發(fā)生移動(dòng)。通過根據(jù)本發(fā)明的對(duì)作用在傳動(dòng)裝置上的轉(zhuǎn)矩的考慮，在分析信號(hào)時(shí)就可以將純粹取決于運(yùn)行的振動(dòng)信號(hào)變化與取決于故障的變化區(qū)分開。在這里可以將檢測(cè)到的振動(dòng)信號(hào)例如標(biāo)準(zhǔn)化為根據(jù)本發(fā)明求出的轉(zhuǎn)矩，其中，可以應(yīng)用各種不同的已知的數(shù)學(xué)的或者取決于功能的方法。因此簡(jiǎn)單地保證了可靠的故障識(shí)別或者說故障預(yù)測(cè)，并因此保證了包括傳動(dòng)裝置的設(shè)備的經(jīng)濟(jì)運(yùn)行。在本發(fā)明的一種實(shí)施方式中可以設(shè)計(jì)為檢測(cè)與另一對(duì)齒輪的一個(gè)齒哨合對(duì)應(yīng)一致的一個(gè)振動(dòng)信號(hào)。然后將振動(dòng)信號(hào)與一個(gè)校準(zhǔn)振動(dòng)信號(hào)進(jìn)行比較，并由兩個(gè)振動(dòng)信號(hào)與相應(yīng)的校準(zhǔn)振動(dòng)信號(hào)的偏差值求出作用在傳動(dòng)裝置上的轉(zhuǎn)矩。在此可以檢測(cè) 動(dòng)信號(hào)，該振動(dòng)信號(hào)與設(shè)置在一個(gè)軸上的在軸向有間距的位置上的兩對(duì)嚙合的齒輪對(duì)應(yīng)一致。因此為了確定轉(zhuǎn)矩，也可以考慮取決于載荷的軸的變形。在載荷作用下無論是齒輪對(duì)的齒，還是位于兩個(gè)齒輪對(duì)之間的軸部段都可能有變形。測(cè)定兩個(gè)與齒的嚙合對(duì)應(yīng)一致的振動(dòng)信號(hào)與相應(yīng)的校準(zhǔn)振動(dòng)信號(hào)的偏差的差值則也包括了取決于載荷的軸的變形。與兩對(duì)齒輪對(duì)應(yīng)一致的在此可以是單獨(dú)的振動(dòng)信號(hào)，或者是一個(gè)信號(hào)的不同的振動(dòng)信號(hào)分量。在有利的設(shè)計(jì)方案中可以將一個(gè)振動(dòng)信號(hào)用作為校準(zhǔn)振動(dòng)信號(hào)，該振動(dòng)信號(hào)與由于滾切-和沖擊運(yùn)動(dòng)，在至少一對(duì)齒輪的、在已知的載荷和轉(zhuǎn)速的作用下進(jìn)行的一個(gè)齒嚙合而引起的振動(dòng)對(duì)應(yīng)一致。為了能夠查明檢測(cè)到的振動(dòng)信號(hào)的由于受所施加的轉(zhuǎn)矩的影響而引起的變化，一般必須將信號(hào)與適合的參考進(jìn)行比較。這可以通過如下方法實(shí)現(xiàn)在已知的載荷和轉(zhuǎn)速的作用下接收振動(dòng)信號(hào)，該信號(hào)與齒嚙合是對(duì)應(yīng)配合的。也可以在一種校準(zhǔn)測(cè)量的范圍里確定傳遞函數(shù)，借助于該函數(shù)使得不連續(xù)的轉(zhuǎn)矩值對(duì)應(yīng)配合于振動(dòng)信號(hào)的不連續(xù)的偏差。一般對(duì)于每種類型的傳動(dòng)裝置都必須進(jìn)行校準(zhǔn)。可以使用已知的方法，正如它們例如在傳動(dòng)裝置試驗(yàn)臺(tái)上應(yīng)用的那樣。在本發(fā)明的另一個(gè)實(shí)施例中設(shè)計(jì)為檢測(cè)多個(gè)振動(dòng)信號(hào)，該多個(gè)振動(dòng)信號(hào)與多個(gè)布置在傳動(dòng)裝置中的不同位置上的齒嚙合對(duì)應(yīng)一致，形成振動(dòng)信號(hào)與校準(zhǔn)振動(dòng)信號(hào)的偏差的平均值，并且由平均值求出轉(zhuǎn)矩。通過形成平均值，可以按已知的方式求出可靠的測(cè)量值。根據(jù)本發(fā)明的一種優(yōu)選的實(shí)施形式設(shè)計(jì)為由振動(dòng)信號(hào)求出至少一對(duì)相互嚙合的齒輪的齒嚙合持續(xù)時(shí)間，并由齒嚙合持續(xù)時(shí)間與在已知的載荷和轉(zhuǎn)速的作用下的一個(gè)齒嚙合持續(xù)時(shí)間的變化過程的偏差求出轉(zhuǎn)矩。尤其是可以預(yù)定求出在兩個(gè)齒之間，在嚙合開始點(diǎn)A和嚙合結(jié)束點(diǎn)E之間的齒嚙合持續(xù)時(shí)間，和/或求出在單齒嚙合范圍的起始點(diǎn)B和單齒嚙合范圍的終止點(diǎn)D之間的齒嚙合持續(xù)時(shí)間，作為齒嚙合持續(xù)時(shí)間。根據(jù)本發(fā)明對(duì)測(cè)得的振動(dòng)信號(hào)在齒嚙合的持續(xù)時(shí)間方面進(jìn)行分析，其中，齒嚙合的重要點(diǎn)例如可以以振動(dòng)信號(hào)里的尖峰或者邊沿的形式進(jìn)行識(shí)別。受載荷的限制發(fā)生齒嚙合持續(xù)時(shí)間的特征性變化。整個(gè)嚙合持續(xù)時(shí)間，也就是在嚙合開始點(diǎn)A和嚙合結(jié)束點(diǎn)E之間的持續(xù)時(shí)間隨載荷的升高而增大，而在單齒嚙合范圍的起始點(diǎn)B和終止點(diǎn)D之間的齒嚙合持續(xù)時(shí)間則隨載荷的升高而減小。這種特征性的性能可以由借助于振動(dòng)傳感器而檢測(cè)的振動(dòng)信號(hào)里得到，并且根據(jù)本發(fā)明被考慮用于確定轉(zhuǎn)矩。本發(fā)明的另一種實(shí)施形式的特征在于，連續(xù)地監(jiān)測(cè)和存儲(chǔ)所檢測(cè)到的轉(zhuǎn)矩值，并在所檢測(cè)的轉(zhuǎn)矩值之一處于預(yù)定的允許的轉(zhuǎn)矩值之外時(shí)，發(fā)出報(bào)警信號(hào)。在此以有利的方式，地點(diǎn)分開地(oi'tsau.fgek3st)檢測(cè)并存儲(chǔ)轉(zhuǎn)矩值，并且信息包括對(duì)不允許的轉(zhuǎn)矩值的說明以及位置說明，即在哪個(gè)位置上在傳動(dòng)裝置中檢測(cè)到了轉(zhuǎn)矩值。按此方式保證了 在有高的轉(zhuǎn)矩偏差時(shí)發(fā)出信號(hào)，并且確保了 可以識(shí)別出在傳動(dòng)裝置中的，檢測(cè)到這種高的值的位置。也可以將各個(gè)轉(zhuǎn)矩值與一個(gè)在不同的傳動(dòng)位置上所形成的平均值進(jìn)行比較，以便識(shí)別與平均值的一種局部偏差。根據(jù)本發(fā)明的一種優(yōu)選的實(shí)施方式設(shè)計(jì)為至少一個(gè)振動(dòng)信號(hào)進(jìn)行傅里葉變換。通過傅里葉變換例如可以將取決于時(shí)間的振動(dòng)信號(hào)變換成頻率域，并且可以對(duì)信號(hào)進(jìn)行取決于頻率的分析。在取決于頻率的表示中則可以找到特征性的信號(hào)變化過程，例如像在不連續(xù)的頻率值的情況下的尖峰，并且使之與取決于運(yùn)行的值、例如齒嚙合基本頻率相關(guān)聯(lián)。這由齒輪的轉(zhuǎn)速和齒數(shù)得出。如果在頻率域里表示出振動(dòng)信號(hào)，那么可以從振動(dòng)信號(hào)里濾波得到位于預(yù)定頻率范圍里的部分、尤其是那個(gè)以預(yù)定的頻率間隔圍繞齒嚙合基本頻率而延伸的部分。因此可以使對(duì)于分析所必需的頻率范圍被隔絕，以便例如只是考慮對(duì)于轉(zhuǎn)矩確定來說至關(guān)重要的 信號(hào)分量。另一個(gè)實(shí)施方式的特征在于，借助于轉(zhuǎn)速計(jì)來求出齒嚙合基本頻率。由當(dāng)前的轉(zhuǎn)速可以利用已知的齒輪齒數(shù)共同計(jì)算出齒嚙合基本頻率。振動(dòng)信號(hào)可以借助于固體聲-振動(dòng)接收器(Kiirperschall
-Schwingungsaufnehmern)和 / 或空氣聲-振動(dòng)接收器(LuftschalI-Schwingungsaufnehmern)來檢測(cè)。尤其是可以設(shè)計(jì)為借助于狀態(tài)監(jiān)測(cè)系統(tǒng)的振動(dòng)傳感器來檢測(cè)振動(dòng)信號(hào)。應(yīng)用狀態(tài)監(jiān)測(cè)系統(tǒng)的已有的振動(dòng)傳感器是特別有利的，這是因?yàn)椴槐卦趥鲃?dòng)裝置或者說包括傳動(dòng)裝置的設(shè)備上安裝附加的構(gòu)件來應(yīng)用根據(jù)本發(fā)明的方法。在有利的設(shè)計(jì)方案中，傳動(dòng)裝置和/或包括傳動(dòng)裝置的裝置的溫度可以被監(jiān)測(cè)并且在可能的故障方面被納入對(duì)振動(dòng)信號(hào)的評(píng)估中。此外，傳動(dòng)裝置潤(rùn)滑油的狀態(tài)、尤其是傳動(dòng)裝置潤(rùn)滑油的粘度和/或純度和/或濕度和/或其它特征值可以被監(jiān)測(cè)并且在可能的故障方面被納入對(duì)振動(dòng)信號(hào)的評(píng)估中。對(duì)其它受運(yùn)行限制的參數(shù)的檢測(cè)及其對(duì)振動(dòng)信號(hào)的分析的考慮，可以使得受運(yùn)行限制的和受故障限制的變化區(qū)分開。如果檢測(cè)到多個(gè)運(yùn)行參數(shù)，那么可以通過已知的數(shù)學(xué)方法，尤其是可以建立多重參數(shù)關(guān)系，并且可以實(shí)現(xiàn)可靠的故障識(shí)別或者說故障預(yù)測(cè)。最后，本發(fā)明的另一個(gè)主題涉及一種用于在齒輪傳動(dòng)級(jí)中識(shí)別故障的裝置，該裝置包括至少一個(gè)振動(dòng)傳感器和一個(gè)控制裝置，其中，振動(dòng)傳感器設(shè)計(jì)用于檢測(cè)振動(dòng)信號(hào)，該振動(dòng)信號(hào)與振動(dòng)對(duì)應(yīng)一致，振動(dòng)是由于滾切-和沖擊運(yùn)動(dòng)，在至少一對(duì)齒輪的、在載荷的作用下進(jìn)行的齒嚙合而引起的，并且控制裝置設(shè)計(jì)用于，在應(yīng)用根據(jù)本發(fā)明的方法的情況下識(shí)別出在齒輪傳動(dòng)級(jí)上的故障。


在本發(fā)明的其它有利的設(shè)計(jì)方案和改進(jìn)方案方面，按照附圖參考從屬權(quán)利要求以及以下對(duì)一個(gè)實(shí)施例的說明。附圖所示為圖I示出傳動(dòng)裝置的示意圖；圖2示出一對(duì)處于嚙合狀態(tài)中的齒輪的示意圖；和圖3示出圖表，在該圖表中記錄了在施加的轉(zhuǎn)矩不同時(shí)，在嚙合段上的齒廓的壓力；
具體實(shí)施例方式圖I示出了傳動(dòng)裝置I的示意圖，例如應(yīng)用于風(fēng)力發(fā)電設(shè)備中的那樣，從而將轉(zhuǎn)子的旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)轉(zhuǎn)變成發(fā)電機(jī)的驅(qū)動(dòng)軸的轉(zhuǎn)動(dòng)。傳動(dòng)裝置I包括兩個(gè)齒輪傳動(dòng)級(jí)2，3，它們分別分配有振動(dòng)傳感器4,5和轉(zhuǎn)速計(jì)6,7。在所示的具體的實(shí)施例中，振動(dòng)傳感器是指固體聲振動(dòng)接收器4，5。然而也可以應(yīng)用其它的傳感器，例如像空氣聲振動(dòng)接收器。固體聲振動(dòng)接收器4，5在這里是用于監(jiān)測(cè)傳動(dòng)裝置I的、未示出的狀態(tài)監(jiān)測(cè)系統(tǒng)的集成組成部分。在狀態(tài)監(jiān)測(cè)系統(tǒng)中這里只是表示出中央控制裝置8，與該裝置連接的是固體聲振動(dòng)接收器4，5和轉(zhuǎn)速計(jì)6，7。在運(yùn)行中，借助于附屬的固體聲振動(dòng)接收器4接收通過第一個(gè)傳動(dòng)級(jí)2的齒輪對(duì)的處于嚙合狀態(tài)的齒而產(chǎn)生的聲音的振動(dòng)。當(dāng)施加有載荷時(shí)，齒輪對(duì)的齒發(fā)生變形，其中，變形的大小取決于齒的剛性和所施加的轉(zhuǎn)矩。由此，齒嚙合的過程發(fā)生變化，而這被探測(cè)至IJ。為此借助于固體聲-振動(dòng)接收器4檢測(cè)聲音的振動(dòng)信號(hào)，該信號(hào)與振動(dòng)對(duì)應(yīng)一致，這些振動(dòng)是由于滾切-和沖擊運(yùn)動(dòng)，在至少一對(duì)齒輪的、在載荷的作用下進(jìn)行的齒嚙合而引起的。然后將檢測(cè)的振動(dòng)信號(hào)與校準(zhǔn)振動(dòng)信號(hào)進(jìn)行比較，并由振動(dòng)信號(hào)與校準(zhǔn)振動(dòng)信號(hào)的偏差來確定作用在傳動(dòng)裝置I上的轉(zhuǎn)矩。這樣求得的轉(zhuǎn)矩根據(jù)本發(fā)明在評(píng)估振動(dòng)信號(hào)時(shí)，在可能的故障方面，要被加以考慮。具體來說，由振動(dòng)信號(hào)求出一對(duì)相互哨合的齒輪9, 10的齒哨合持續(xù)時(shí)間，并由齒嚙合持續(xù)時(shí)間與在已知的載荷和轉(zhuǎn)速的作用下的齒嚙合持續(xù)時(shí)間的變化過程的偏差確定 轉(zhuǎn)矩。作為齒嚙合持續(xù)時(shí)間，求出在兩個(gè)齒之間，在嚙合開始點(diǎn)A和嚙合結(jié)束點(diǎn)E之間的齒嚙合持續(xù)時(shí)間，和/或求出在單齒嚙合范圍的起始點(diǎn)B和單齒嚙合范圍的終止點(diǎn)D之間的齒嚙合的持續(xù)時(shí)間。為了說明齒嚙合的變化情況和所述的齒嚙合的特征點(diǎn)可以參見圖2，在該圖中示意性地示出了一對(duì)處于嚙合的齒輪9，10。同樣也表示出了齒嚙合的特征點(diǎn)A-E。齒嚙合的重要點(diǎn)例如可以用振動(dòng)信號(hào)里的尖峰或者邊沿的形式來識(shí)別出。由于施加的載荷而使得齒嚙合持續(xù)時(shí)間有特征性地發(fā)生變化。整個(gè)嚙合持續(xù)時(shí)間、也就是在嚙合開始點(diǎn)A和嚙合結(jié)束點(diǎn)E之間的持續(xù)時(shí)間隨載荷的升高而增大，而在嚙合范圍的起始點(diǎn)B和終止點(diǎn)D之間的齒嚙合的持續(xù)時(shí)間隨著載荷的升高而變小。這種性能通過圖3表示出，在該附圖中表示了不同載荷時(shí)嚙合段上的齒廓的壓力。由圖3可見齒嚙合沖擊沿著嚙合段的、取決于載荷的移動(dòng)?？偣脖硎境隽鶙l曲線11-16，它們與六個(gè)轉(zhuǎn)矩值對(duì)應(yīng)一致。最下面的曲線11表示了在最小載荷下嚙合段上的壓力，而最上面的曲線16表示了在最大載荷下嚙合段上的壓力。對(duì)于位于之間的曲線12-15來說，所施加的載荷一直從下向上增加。由這些曲線的比較得出隨著載荷的加大，總的嚙合持續(xù)時(shí)間增加，而單齒嚙合范圍的起始點(diǎn)B和終止點(diǎn)D之間的持續(xù)時(shí)間隨載荷增加而減小。這種變化通過借助于固體聲-振動(dòng)接收器4檢測(cè)的振動(dòng)信號(hào)探測(cè)到，并根據(jù)本發(fā)明用于確定轉(zhuǎn)矩。因?yàn)閭鲃?dòng)裝置部件的取決于磨損和故障的變形同樣也導(dǎo)致所檢測(cè)的振動(dòng)信號(hào)的變化，因此可以通過對(duì)振動(dòng)信號(hào)的評(píng)估來識(shí)別傳動(dòng)裝置I上的故障。為此對(duì)于振動(dòng)信號(hào)的重要點(diǎn)進(jìn)行分析，并與參考值進(jìn)行比較，以便識(shí)別可能的故障。取決于故障的偏差可以是振動(dòng)信號(hào)里的尖峰或者邊沿的形式，或者信號(hào)里的尖峰或者邊沿可以取決于故障移動(dòng)。根據(jù)本發(fā)明的在處理信號(hào)用于故障識(shí)別時(shí)對(duì)于作用在傳動(dòng)裝置I上的轉(zhuǎn)矩的考慮，可以將純粹取決于運(yùn)行的振動(dòng)信號(hào)的變化與取決于故障的變化區(qū)分開。振動(dòng)信號(hào)例如被標(biāo)準(zhǔn)化為根據(jù)本發(fā)明的轉(zhuǎn)矩，其中應(yīng)用了已知的數(shù)學(xué)的或者取決于函數(shù)的方法。因此按簡(jiǎn)單的途徑保證了可靠的故障識(shí)別或者說故障預(yù)測(cè)，并因此保證包括傳動(dòng)裝置I的設(shè)備的經(jīng)濟(jì)運(yùn)行。除此之外在運(yùn)行中借助于另外的固體聲-振動(dòng)接收器5，檢測(cè)與第二個(gè)傳動(dòng)級(jí)3的一對(duì)齒輪9,10的齒哨合對(duì)應(yīng)一致的振動(dòng)信號(hào),并將振動(dòng)信號(hào)與校準(zhǔn)振動(dòng)信號(hào)進(jìn)行比較。由兩個(gè)振動(dòng)信號(hào)與相應(yīng)的校準(zhǔn)振動(dòng)信號(hào)的偏差的差值求出作用在傳動(dòng)裝置I上的轉(zhuǎn)矩。位于第一和第二個(gè)傳動(dòng)級(jí)的齒輪9,10之間的未不出的軸在施加載荷時(shí)同樣也變形，并且通過檢測(cè)與齒輪對(duì)對(duì)應(yīng)一致的振動(dòng)信號(hào)也可以考慮到軸的這種變形，以便確定轉(zhuǎn)矩。相對(duì)于應(yīng)用兩個(gè)相互獨(dú)立的固體聲-振動(dòng)接收器4，5可替換的是，也可以只是在傳動(dòng)裝置的一個(gè)位置上設(shè)有固體聲-振動(dòng)接收器4，5，它們檢測(cè)振動(dòng)信號(hào)，其中，不同的振動(dòng)信號(hào)分量與兩對(duì)齒輪9，10對(duì)應(yīng)一致。
將振動(dòng)信號(hào)用作為校準(zhǔn)振動(dòng)信號(hào)，該信號(hào)與振動(dòng)對(duì)應(yīng)一致，振動(dòng)是由于滾切-和沖擊運(yùn)動(dòng)，在相應(yīng)的齒輪對(duì)的、在已知的載荷和轉(zhuǎn)速的作用下進(jìn)行的齒嚙合而引起的。為了能夠求出所檢測(cè)振動(dòng)信號(hào)的受到所施加轉(zhuǎn)矩的限制的變化，必須將振動(dòng)信號(hào)與參考值進(jìn)行比較。這種參考值例如通過如下方式建立在已知的載荷和轉(zhuǎn)速的作用下，接收配屬于齒嚙合的振動(dòng)信號(hào)。也可以在校準(zhǔn)測(cè)量的范疇中確定一種傳遞函數(shù)，借助于這種函數(shù)使不連續(xù)的轉(zhuǎn)矩配合于振動(dòng)信號(hào)的不連續(xù)偏差。除此之外可以在傳動(dòng)裝置I里的另外的位置上，借助于未在圖中表示出的固體聲-振動(dòng)接收器4，5檢測(cè)振動(dòng)信號(hào)，這些信號(hào)與另外的、布置在傳動(dòng)裝置I中的不同位置上的齒嚙合對(duì)應(yīng)一致。振動(dòng)信號(hào)的偏差的平均值則由校準(zhǔn)的振動(dòng)信號(hào)形成，并從平均值求出轉(zhuǎn)矩。在運(yùn)行期間對(duì)中央控制裝置8里的根據(jù)本發(fā)明求得的轉(zhuǎn)矩值進(jìn)行連續(xù)的監(jiān)測(cè)和存儲(chǔ)，并且如果其中一個(gè)檢測(cè)的值位于預(yù)定允許的轉(zhuǎn)矩值范圍之外，則發(fā)出報(bào)警信號(hào)。轉(zhuǎn)矩值地點(diǎn)分開地被檢測(cè)和存儲(chǔ)，并且信息包括對(duì)不允許的轉(zhuǎn)矩值的說明以及位置說明，即在哪個(gè)位置上在傳動(dòng)裝置I中檢測(cè)到了轉(zhuǎn)矩值。也可以將各個(gè)轉(zhuǎn)矩值與一個(gè)在不同傳動(dòng)位置上形成的平均值進(jìn)行比較，以便由平均值識(shí)別出局部偏差，并借助于報(bào)警信號(hào)對(duì)此進(jìn)行報(bào)
生口 ο在分析的范疇里，也可以對(duì)檢測(cè)的振動(dòng)信號(hào)進(jìn)行傅里葉變換。那么可以將一個(gè)例如取決于時(shí)間的振動(dòng)信號(hào)變換成頻率域，并且可以進(jìn)行對(duì)信號(hào)的一種取決于頻率的分析。在取決于頻率的表示中，則例如有特征性的信號(hào)變化，例如像在非連續(xù)頻率值時(shí)的尖峰，而且與例如像齒嚙合基本頻率的取決于運(yùn)行的參數(shù)相關(guān)聯(lián)。如果振動(dòng)信號(hào)表示在頻率域中，那么可以從其中濾波去掉一部分位于預(yù)定頻率范圍里的部分、尤其是那個(gè)圍繞齒嚙合基本頻率而延伸的部分。在分析范疇里可能有利的是按此方式隔離一個(gè)必要的頻率范圍，以便能夠例如只是考慮對(duì)于轉(zhuǎn)矩測(cè)定來說至關(guān)重要的信號(hào)分量。齒嚙合基本頻率借助于轉(zhuǎn)速計(jì)6，7來求得，其中它分別由轉(zhuǎn)速和齒輪9，10的齒的已知數(shù)量來計(jì)算出。此外，傳動(dòng)裝置I的和包括傳動(dòng)裝置I的裝置的溫度借助于未示出的溫度傳感器被監(jiān)測(cè)并且在可能的故障方面被納入對(duì)振動(dòng)信號(hào)的評(píng)估中。傳動(dòng)裝置潤(rùn)滑油的狀態(tài)，尤其是傳遞油液的粘度、純度、濕度和其它特征值也被監(jiān)測(cè)并且被納入評(píng)估中。對(duì)這些其它取決于運(yùn)行的參數(shù)的檢測(cè)和在分析振動(dòng)信號(hào)時(shí)的考慮，可以實(shí)現(xiàn)將取決于運(yùn)行的-和取決于故障的變化區(qū)分開。通過檢測(cè)這些多個(gè)運(yùn)行參數(shù)，尤其是考慮了根據(jù)本發(fā)明確定的轉(zhuǎn)矩，可以通過已 知的數(shù)學(xué)方法建立多參數(shù)的關(guān)系，并且可以實(shí)現(xiàn)可靠的故障識(shí)別或者說故障預(yù)測(cè)。盡管對(duì)本發(fā)明詳細(xì)地通過優(yōu)選的實(shí)施例進(jìn)行了敘述和說明，但本發(fā)明并不局限于公開的實(shí)施例，并且專業(yè)人員可以由此推導(dǎo)出另外的變化方案，而并不偏離本發(fā)明的保護(hù)范圍。
權(quán)利要求
1.一種用于在具有至少一對(duì)相互哨合的齒輪(9,10)的齒輪傳動(dòng)級(jí)(2,3)中識(shí)別故障的方法，其中，通過至少一個(gè)振動(dòng)傳感器(4，5)檢測(cè)振動(dòng)信號(hào)，所述振動(dòng)信號(hào)與在所述傳動(dòng)級(jí)(2，3)的運(yùn)行中出現(xiàn)的振動(dòng)對(duì)應(yīng)一致，并對(duì)檢測(cè)到的所述振動(dòng)信號(hào)進(jìn)行分析，以便識(shí)別可能的故障，其特征在于， -借助于所述振動(dòng)傳感器(4，5)檢測(cè)振動(dòng)信號(hào)，所述振動(dòng)信號(hào)與振動(dòng)對(duì)應(yīng)一致，振動(dòng)是由于滾切-和沖擊運(yùn)動(dòng)，在至少一對(duì)所述齒輪(9，10)的、在載荷的作用下進(jìn)行的齒嚙合而引起的， -將所述振動(dòng)信號(hào)與校準(zhǔn)振動(dòng)信號(hào)進(jìn)行比較， -由所述振動(dòng)信號(hào)與所述校準(zhǔn)振動(dòng)信號(hào)的偏差求出作用在傳動(dòng)裝置(I)上的轉(zhuǎn)矩，并且 -在評(píng)估所述振動(dòng)信號(hào)時(shí)，在可能的故障方面，對(duì)求出的轉(zhuǎn)矩加以考慮。
2.根據(jù)權(quán)利要求I所述的方法，其特征在于， -檢測(cè)與另一對(duì)齒輪(9,10)的一個(gè)齒哨合對(duì)應(yīng)一致的一個(gè)振動(dòng)信號(hào)， -將所述振動(dòng)信號(hào)與一個(gè)校準(zhǔn)振動(dòng)信號(hào)進(jìn)行比較， -由兩個(gè)振動(dòng)信號(hào)與相應(yīng)的校準(zhǔn)振動(dòng)信號(hào)的偏差值求出作用在 所述傳動(dòng)裝置(I)上的轉(zhuǎn)矩。
3.根據(jù)權(quán)利要求I或2所述的方法，其特征在于，將一個(gè)振動(dòng)信號(hào)用作為校準(zhǔn)振動(dòng)信號(hào)，所述振動(dòng)信號(hào)與由于滾切-和沖擊運(yùn)動(dòng)，在至少一對(duì)齒輪(9,10)的、在已知的載荷和轉(zhuǎn)速的作用下進(jìn)行的一個(gè)齒嚙合而引起的振動(dòng)對(duì)應(yīng)一致。
4.根據(jù)前述權(quán)利要求中任一項(xiàng)所述的方法，其特征在于， -檢測(cè)多個(gè)振動(dòng)信號(hào)，所述多個(gè)振動(dòng)信號(hào)與多個(gè)布置在所述傳動(dòng)裝置(I)中的不同位置上的齒嚙合對(duì)應(yīng)一致， -形成所述振動(dòng)信號(hào)與所述校準(zhǔn)振動(dòng)信號(hào)的偏差的平均值，并且 -由所述平均值求出轉(zhuǎn)矩。
5.根據(jù)前述權(quán)利要求中任一項(xiàng)所述的方法，其特征在于， -由所述振動(dòng)信號(hào)求出至少一對(duì)相互嚙合的所述齒輪(9，10)的齒嚙合持續(xù)時(shí)間，并且 -由所述齒嚙合持續(xù)時(shí)間與在已知的載荷和轉(zhuǎn)速的作用下的一個(gè)齒嚙合持續(xù)時(shí)間的變化過程的偏差求出轉(zhuǎn)矩。
6.根據(jù)權(quán)利要求7所述的方法，其特征在于，求出在兩個(gè)齒之間，在嚙合開始點(diǎn)A和嚙合結(jié)束點(diǎn)E之間的齒嚙合持續(xù)時(shí)間，和/或求出在單齒嚙合范圍的起始點(diǎn)B和單齒嚙合范圍的終止點(diǎn)D之間的齒嚙合持續(xù)時(shí)間，作為齒嚙合持續(xù)時(shí)間。
7.根據(jù)前述權(quán)利要求中任一項(xiàng)所述的方法，其特征在于，連續(xù)地監(jiān)測(cè)和存儲(chǔ)所檢測(cè)到的轉(zhuǎn)矩值，并在所檢測(cè)的轉(zhuǎn)矩值之一處于預(yù)定的允許的轉(zhuǎn)矩值范圍之外時(shí)，發(fā)出報(bào)警信號(hào)。
8.根據(jù)權(quán)利要求7所述的方法，其特征在于，地點(diǎn)分開地檢測(cè)并存儲(chǔ)轉(zhuǎn)矩值，并且信息包括對(duì)不允許的轉(zhuǎn)矩值的說明以及位置說明，即在哪個(gè)位置上在所述傳動(dòng)裝置(I)中檢測(cè)到了轉(zhuǎn)矩值。
9.根據(jù)前述權(quán)利要求中任一項(xiàng)所述的方法，其特征在于，至少一個(gè)振動(dòng)信號(hào)進(jìn)行傅里葉變換。
10.根據(jù)前述權(quán)利要求中任一項(xiàng)所述的方法，其特征在于，-在頻率域中表示出所述振動(dòng)信號(hào)， -從所述振動(dòng)信號(hào)里濾波得到位于預(yù)定頻率范圍里的部分、尤其是那個(gè)以預(yù)定的頻率間隔圍繞齒嚙合基本頻率而延伸的部分。
11.根據(jù)前述權(quán)利要求中任一項(xiàng)所述的方法，其特征在于，借助于轉(zhuǎn)速計(jì)(6，7)來求出所述齒嚙合基本頻率。
12.根據(jù)前述權(quán)利要求中任一項(xiàng)所述的方法，其特征在于，所述振動(dòng)信號(hào)借助于固體聲-振動(dòng)接收器(4，5)來接收。
13.根據(jù)前述權(quán)利要求中任一項(xiàng)所述的方法，其特征在于，所述振動(dòng)信號(hào)借助于空氣聲-振動(dòng)接收器(4，5)來檢測(cè)。
14.根據(jù)前述權(quán)利要求中任一項(xiàng)所述的方法，其特征在于，借助于狀態(tài)監(jiān)測(cè)系統(tǒng)的振動(dòng)傳感器(4，5)來檢測(cè)所述振動(dòng)信號(hào)。
15.根據(jù)前述權(quán)利要求中任一項(xiàng)所述的方法，其特征在于，所述傳動(dòng)裝置(I)和/或包括所述傳動(dòng)裝置(I)的裝置的溫度被監(jiān)測(cè)并且在可能的故障方面被納入對(duì)所述振動(dòng)信號(hào)的評(píng)估中。
16.根據(jù)前述權(quán)利要求中任一項(xiàng)所述的方法，其特征在于，傳動(dòng)裝置潤(rùn)滑油的狀態(tài)、尤其是所述傳動(dòng)裝置潤(rùn)滑油的粘度和/或純度和/或濕度和/或其它特征值被監(jiān)測(cè)并且在可能的故障方面被納入對(duì)所述振動(dòng)信號(hào)的評(píng)估中。
17.一種用于在齒輪傳動(dòng)級(jí)(2，3)中識(shí)別故障的裝置，所述裝置包括至少一個(gè)振動(dòng)傳感器(4，5 )和一個(gè)控制裝置(8 )，其中，所述振動(dòng)傳感器(4，5 )設(shè)計(jì)用于檢測(cè)振動(dòng)信號(hào)，所述振動(dòng)信號(hào)與振動(dòng)對(duì)應(yīng)一致，振動(dòng)是由于滾切-和沖擊運(yùn)動(dòng)，在至少一對(duì)齒輪(9,10)的、在載荷的作用下進(jìn)行的齒嚙合而引起的，并且所述控制裝置(8)設(shè)計(jì)用于，在應(yīng)用根據(jù)前述權(quán)利要求中任一項(xiàng)所述的方法的情況下識(shí)別出在所述齒輪傳動(dòng)級(jí)(2，3)上的故障。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種用于在具有至少一對(duì)相互嚙合的齒輪(9，10)的齒輪傳動(dòng)級(jí)(2，3)中識(shí)別故障的方法，其中，通過至少一個(gè)振動(dòng)傳感器(4，5)檢測(cè)振動(dòng)信號(hào)，該振動(dòng)信號(hào)與在傳動(dòng)級(jí)(2，3)的運(yùn)行中出現(xiàn)的振動(dòng)對(duì)應(yīng)一致，并對(duì)檢測(cè)到的振動(dòng)信號(hào)進(jìn)行分析，以便識(shí)別可能的故障，其中，借助于振動(dòng)傳感器(4，5)檢測(cè)振動(dòng)信號(hào)，該振動(dòng)信號(hào)與振動(dòng)對(duì)應(yīng)一致，該振動(dòng)是由于滾切-和沖擊運(yùn)動(dòng)，在至少一對(duì)齒輪(9，10)的、在載荷的作用下進(jìn)行的齒嚙合而引起的，將振動(dòng)信號(hào)與校準(zhǔn)振動(dòng)信號(hào)進(jìn)行比較，由振動(dòng)信號(hào)與校準(zhǔn)振動(dòng)信號(hào)的偏差求出作用在傳動(dòng)裝置(1)上的轉(zhuǎn)矩，并且在評(píng)估振動(dòng)信號(hào)時(shí)，在可能的故障方面，對(duì)求出的轉(zhuǎn)矩加以考慮。
文檔編號(hào)G01M13/02GK102889986SQ20121024668
公開日2013年1月23日 申請(qǐng)日期2012年7月16日 優(yōu)先權(quán)日2011年7月18日
發(fā)明者阿爾諾·克萊恩-希帕斯, 揚(yáng)-迪爾克·雷默斯 申請(qǐng)人:西門子公司