本發(fā)明涉及檢測領(lǐng)域，具體講是一種結(jié)合震動與聲波監(jiān)測的齒輪箱故障檢測方法。

背景技術(shù)：

齒輪箱由于其傳動比固定、傳動力矩大、結(jié)構(gòu)緊湊，在各種機(jī)器設(shè)備中得到了廣泛的應(yīng)用，成為各類機(jī)器的變速傳動部件。尤其是在風(fēng)力發(fā)電機(jī)組中，齒輪箱能影響著整個能源的有效利用率，一旦齒輪箱發(fā)生故障，會導(dǎo)致停止整個風(fēng)力發(fā)動機(jī)組的運(yùn)行。而據(jù)統(tǒng)計(jì)，在齒輪箱失效零件中，齒輪本身的失效比重最大，約占60％，可見齒輪傳動是誘發(fā)機(jī)器故障的重要部位。因此，進(jìn)行齒輪箱故障診斷有著重要的意義。

齒輪箱的故障診斷研究已經(jīng)過去了幾十年，其中齒輪箱的振動測試是最常用的一種方法，它通過觀察齒輪箱內(nèi)各齒輪在故障情況下的振動特性的變化，來進(jìn)行時域分析和頻域分析，并與正常狀態(tài)下的振動信號進(jìn)行比較，從而提取該故障的特征?，F(xiàn)有技術(shù)中振動測試通常是將傳感器安裝在齒輪箱上，因此齒輪箱的振動特性可以通過振動傳感器的振動測量來觀察。如國家知識產(chǎn)權(quán)局網(wǎng)站上公開的公開號為CN104458248A的“一種齒輪箱故障診斷系統(tǒng)”專利申請，它包括依次連接的數(shù)據(jù)采集模塊、數(shù)據(jù)處理模塊，所述數(shù)據(jù)采集模塊與齒輪箱連接，在齒輪箱的上表面安裝振動傳感器是為了采集齒輪箱垂直方向的振動信號，在側(cè)面安裝的振動傳感器是為了采集齒輪箱水平方向的振動信號，從而全面的采集齒輪箱的工作狀態(tài)信號。又如國家知識產(chǎn)權(quán)局網(wǎng)站上公開的公開號為CN103940606A的“齒輪箱故障診斷實(shí)驗(yàn)平臺”專利申請，它包括一齒輪箱，齒輪箱的輸入軸連接有電機(jī)，至少有齒輪箱輸出軸一端設(shè)置一軸偏置調(diào)整裝置，齒輪箱中各齒輪軸兩端的軸承座位置以及電機(jī)的軸向兩端位置分別設(shè)有加速度振動傳感器，加速度振動傳感器與振動檢測儀連接，振動檢測儀連接于電腦。

但是，上述這些現(xiàn)有技術(shù)中的齒輪箱故障診斷均存在著以下的缺點(diǎn)：

1)由于在實(shí)際狀態(tài)中測得的振動信號非常復(fù)雜，一般包括了齒輪之間的嚙合振動、凸輪軸的轉(zhuǎn)動振動、齒輪箱箱體的共振，等等；同時，現(xiàn)場采樣的信號還包括了大量的測量噪聲，傳感器采集的信號往往是由不同信號源產(chǎn)生的混合信號，因此信噪比低，大大影響了振動信號特征對診斷方法的準(zhǔn)確率；

2)另外，傳感器是安裝在齒輪箱上，當(dāng)齒輪箱內(nèi)各齒輪及軸在運(yùn)轉(zhuǎn)時，會產(chǎn)生大量的熱量，這些熱量會使齒輪箱內(nèi)的空氣溫度逐漸升高，從而使傳感器周圍的環(huán)境溫度異常，而同、 傳感器這種電子元件受溫度的影響是非常大的，因此會導(dǎo)致傳感器采集的信號不準(zhǔn)確，繼而影響故障檢測的準(zhǔn)確率，甚至?xí)斐蓚鞲衅鞯膿p壞。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

本發(fā)明所要解決的技術(shù)問題是，提供一種補(bǔ)償振動測試中存在的由于大量噪聲而引起的故障診斷準(zhǔn)確率低，采用振動信號和聲波信號的結(jié)合方法，從而大大提高檢測準(zhǔn)確度的結(jié)合震動與聲波監(jiān)測的齒輪箱故障檢測方法。

為解決上述技術(shù)問題，本發(fā)明提供的一種結(jié)合震動與聲波監(jiān)測的齒輪箱故障檢測方法，它包括振動信號故障檢測系統(tǒng)和聲波信號故障檢測系統(tǒng)，兩個系統(tǒng)的信號發(fā)生器均安裝在齒輪箱上；齒輪箱故障檢測方法的具體步驟如下：

1)將振動信號故障檢測系統(tǒng)中的加速度傳感器吸附在齒輪箱箱體上，將聲波信號故障檢測系統(tǒng)中的聲學(xué)傳感器安裝在齒輪箱外，并在齒輪轉(zhuǎn)軸上安裝測速傳感器；

2)在齒輪箱外部設(shè)置信號調(diào)節(jié)和數(shù)據(jù)采集設(shè)備，并將步驟1)中的加速度傳感器、聲學(xué)傳感器和測速傳感器通過導(dǎo)線與信號調(diào)節(jié)和數(shù)據(jù)采集設(shè)備進(jìn)行電連接，在齒輪箱測試時對齒輪箱的振動信號和聲波信號進(jìn)行采集；

3)將步驟2)中信號調(diào)節(jié)和數(shù)據(jù)采集設(shè)備采集到的數(shù)據(jù)通過數(shù)據(jù)處理器進(jìn)行數(shù)據(jù)處理，從而得到振動波形和聲波波形；

4)將數(shù)據(jù)處理后得出的振動波形和正常的齒輪箱振動波形進(jìn)行比對，將數(shù)據(jù)處理后得出的聲波波形和正常的齒輪箱聲波波形進(jìn)行比對，通過聲波波形的比對數(shù)據(jù)來補(bǔ)充振動波形的比對數(shù)據(jù)，最后判斷被檢測的齒輪箱是故障的還是正常的。

作為進(jìn)一步改進(jìn)，在步驟3)的數(shù)據(jù)處理器中，它對信號和數(shù)據(jù)的處理步驟如下：

1)將通過加速度傳感器采集到的數(shù)據(jù)單獨(dú)進(jìn)行時域同步平均法分析和處理，然后作出振動波形圖；

2)將通過聲學(xué)傳感器接收到的齒輪箱內(nèi)故障齒輪嚙合進(jìn)產(chǎn)生的聲波信號轉(zhuǎn)換成數(shù)據(jù)后，單獨(dú)進(jìn)行時域同步平均法分析和處理，然后作出聲波波形圖；

3)將被測齒輪箱的振動波形圖與正常齒輪箱的振動波形圖合并比對，將被測齒輪箱的聲波波形圖與正常齒輪箱的聲波波形圖合并比對。

采用以上的檢測方法后，本發(fā)明與現(xiàn)有技術(shù)相比，具有以下優(yōu)點(diǎn)：

1)通過振動信號故障檢測系統(tǒng)和聲波信號故障檢測系統(tǒng)的疊加，在振動信號故障檢測的基礎(chǔ)上增加了聲波信號故障檢測，彌補(bǔ)了振動信號故障檢測時出現(xiàn)的準(zhǔn)確率低下的問題，使最后檢測出的數(shù)據(jù)更加準(zhǔn)確，更能掌握故障齒輪箱的故障因素；

2)聲學(xué)傳感器的聲波接收、外信號調(diào)節(jié)和數(shù)據(jù)采集設(shè)備對信號的采集、數(shù)據(jù)處理器對數(shù) 據(jù)的分析和處理、以及最后進(jìn)行的與正常齒輪箱聲波波形的對比，使齒輪箱故障檢測的操作更加合理、更加簡捷；

3)在齒輪箱內(nèi)的齒輪轉(zhuǎn)軸上安裝的測速傳感器，則是為后續(xù)的數(shù)據(jù)處理中，利用時域同步平均法時，能更加有效地診斷出齒輪局部異常并確定其準(zhǔn)確位置。

附圖說明

圖1是本發(fā)明結(jié)合震動與聲波監(jiān)測的齒輪箱故障檢測方法中硬件和軟件之間的聯(lián)系示意圖。

圖2是本發(fā)明結(jié)合震動與聲波監(jiān)測的齒輪箱故障檢測方法中數(shù)據(jù)處理的流程示意圖。

具體實(shí)施方式

下面結(jié)合附圖和具體實(shí)施方式對本發(fā)明作進(jìn)一步詳細(xì)地說明。

由圖1和圖2所示的本發(fā)明結(jié)合震動與聲波監(jiān)測的齒輪箱故障檢測方法中的流程示意圖可知，它包括振動信號故障檢測系統(tǒng)和聲波信號故障檢測系統(tǒng)，兩個系統(tǒng)的信號發(fā)生器均安裝在齒輪箱上；齒輪箱故障檢測方法的具體步驟如下：

1)將振動信號故障檢測系統(tǒng)中的加速度傳感器吸附在齒輪箱箱體上，將聲波信號故障檢測系統(tǒng)中的聲學(xué)傳感器安裝在齒輪箱外，并在齒輪轉(zhuǎn)軸上安裝測速傳感器；

2)在齒輪箱外部設(shè)置信號調(diào)節(jié)和數(shù)據(jù)采集設(shè)備，并將步驟1)中的加速度傳感器、聲學(xué)傳感器和測速傳感器通過導(dǎo)線與信號調(diào)節(jié)和數(shù)據(jù)采集設(shè)備進(jìn)行電連接，在齒輪箱測試時對齒輪箱的振動信號和聲波信號進(jìn)行采集；

3)將步驟2)中信號調(diào)節(jié)和數(shù)據(jù)采集設(shè)備采集到的數(shù)據(jù)通過數(shù)據(jù)處理器進(jìn)行數(shù)據(jù)處理，從而得到振動波形和聲波波形；

4)將數(shù)據(jù)處理后得出的振動波形和正常的齒輪箱振動波形進(jìn)行比對，將數(shù)據(jù)處理后得出的聲波波形和正常的齒輪箱聲波波形進(jìn)行比對，通過聲波波形的比對數(shù)據(jù)來補(bǔ)充振動波形的比對數(shù)據(jù)，最后判斷被檢測的齒輪箱是故障的還是正常的。

在步驟3)的數(shù)據(jù)處理器中，它對信號和數(shù)據(jù)的處理步驟如下：

1)將通過加速度傳感器采集到的數(shù)據(jù)單獨(dú)進(jìn)行時域同步平均法分析和處理，然后作出振動波形圖；

2)將通過聲學(xué)傳感器接收到的齒輪箱內(nèi)故障齒輪嚙合進(jìn)產(chǎn)生的聲波信號轉(zhuǎn)換成數(shù)據(jù)后，單獨(dú)進(jìn)行時域同步平均法分析和處理，然后作出聲波波形圖；

3)將被測齒輪箱的振動波形圖與正常齒輪箱的振動波形圖合并比對，將被測齒輪箱的聲波波形圖與正常齒輪箱的聲波波形圖合并比對。

以上所述，僅是本發(fā)明較佳可行的實(shí)施示例，不能因此即局限本發(fā)明的權(quán)利范圍，對熟 悉本領(lǐng)域的技術(shù)人員來說，凡運(yùn)用本發(fā)明的技術(shù)方案和技術(shù)構(gòu)思做出的其他各種相應(yīng)的改變都應(yīng)屬于在本發(fā)明權(quán)利要求的保護(hù)范圍之內(nèi)。