行星齒輪箱故障診斷與預(yù)測(cè)試驗(yàn)裝置的制造方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明屬于機(jī)械設(shè)備狀態(tài)監(jiān)測(cè)與故障診斷領(lǐng)域，具體涉及一種以行星齒輪傳動(dòng)為對(duì)象的故障診斷與預(yù)測(cè)試驗(yàn)裝置。
【背景技術(shù)】
[0002]行星齒輪系統(tǒng)具有結(jié)構(gòu)緊湊、傳動(dòng)比大等特點(diǎn)，廣泛應(yīng)用于風(fēng)力發(fā)電機(jī)、直升機(jī)等工業(yè)裝備的傳動(dòng)系統(tǒng)中。上述工業(yè)裝備往往運(yùn)行環(huán)境惡劣、載荷轉(zhuǎn)速?gòu)?fù)雜多變，會(huì)對(duì)行星齒輪等傳動(dòng)部件產(chǎn)生較大沖擊，行星架的齒輪、軸承等關(guān)鍵部件容易產(chǎn)生裂紋、斷齒、疲勞點(diǎn)蝕等故障，此類故障的產(chǎn)生輕則導(dǎo)致傳動(dòng)不暢，影響傳動(dòng)效率，重則破壞整個(gè)傳動(dòng)鏈，造成巨大經(jīng)濟(jì)損失。
[0003]與定軸齒輪傳動(dòng)相比，行星齒輪系統(tǒng)內(nèi)部結(jié)構(gòu)復(fù)雜，行星架所承載的行星齒輪既有自轉(zhuǎn)又有公轉(zhuǎn)，所形成的調(diào)制現(xiàn)象對(duì)故障特征提取帶來困難，針對(duì)行星齒輪箱的狀態(tài)監(jiān)測(cè)、故障診斷及預(yù)測(cè)是工業(yè)裝備領(lǐng)域的研宄重點(diǎn)，也是難點(diǎn)。行星齒輪箱的服務(wù)對(duì)象(風(fēng)力發(fā)電機(jī)、直升機(jī))往往運(yùn)行于無人值守的野外、空中，獲取實(shí)際監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)難度很大，運(yùn)營(yíng)單位處于技術(shù)保密的考慮，其設(shè)備參數(shù)和運(yùn)行狀態(tài)也不對(duì)外公開，難以將診斷結(jié)果與設(shè)備的實(shí)際故障類型、故障程度及趨勢(shì)有機(jī)結(jié)合，阻礙了狀態(tài)監(jiān)測(cè)與智能診斷及預(yù)測(cè)方法在此類設(shè)備中的應(yīng)用，給及時(shí)制定維護(hù)維修策略帶來障礙。
[0004]設(shè)備故障預(yù)測(cè)技術(shù)是比故障診斷更高級(jí)的維修保障形式，是一門涉及機(jī)械、電子、信息與控制等多學(xué)科綜合的新興邊緣學(xué)科。近年來，該技術(shù)在石油化工、軍用飛機(jī)、電站設(shè)備等工業(yè)應(yīng)用方面取得較多研宄成果。準(zhǔn)確進(jìn)行故障預(yù)測(cè)需要大量的運(yùn)行樣本進(jìn)行模型訓(xùn)練，大型行星齒輪傳動(dòng)戰(zhàn)略地位重要，獲取訓(xùn)練樣本數(shù)據(jù)困難，因而設(shè)計(jì)并組建行星齒輪箱故障診斷與預(yù)測(cè)試驗(yàn)裝置至關(guān)重要，通過本裝置，可以獲取大量典型故障數(shù)據(jù)，建立齒輪故障與監(jiān)測(cè)信號(hào)的表征關(guān)系，模擬行星傳動(dòng)中某一部件從無到有的故障過程及對(duì)應(yīng)數(shù)據(jù)，為行星齒輪箱故障機(jī)理和先進(jìn)信號(hào)處理方法的研宄奠定基礎(chǔ)，并為實(shí)際行星齒輪箱的智能診斷、預(yù)知維護(hù)提供參考依據(jù)。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0005]本發(fā)明提供一種針對(duì)行星齒輪傳動(dòng)的故障診斷與預(yù)測(cè)試驗(yàn)裝置，用于研宄行星齒輪的故障機(jī)理及特征提取、故障診斷與預(yù)測(cè)方法。
[0006]1.圖1中，三相異步電動(dòng)機(jī)、行星齒輪箱(減速)、行星齒輪箱(增速)、扭矩儀(轉(zhuǎn)速計(jì))和三相永磁發(fā)電機(jī)通過聯(lián)軸器7聯(lián)接，組成傳動(dòng)鏈；
[0007]2.三相異步電動(dòng)機(jī)采用變頻器驅(qū)動(dòng)并調(diào)速，經(jīng)行星齒輪箱減速后的動(dòng)力可以模擬實(shí)際變轉(zhuǎn)速、變載荷外部激勵(lì)(如風(fēng)力發(fā)電機(jī)的風(fēng)載荷、直升飛機(jī)的發(fā)動(dòng)機(jī)輸出等)；
[0008]3.三相永磁發(fā)電機(jī)產(chǎn)生的電能經(jīng)過整流、逆變和控制環(huán)節(jié)并入電網(wǎng)1，節(jié)省異步電動(dòng)機(jī)驅(qū)動(dòng)所需能量；
[0009]4.同步拾取多路信號(hào)包括振動(dòng)4、轉(zhuǎn)速、扭矩、電壓2和電流3等信號(hào)，經(jīng)采集模塊5收集后通過網(wǎng)絡(luò)傳遞給上位機(jī)6，針對(duì)各類信號(hào)的分析與處理可以為行星齒輪箱的故障診斷和預(yù)測(cè)提供多種解決手段，互為補(bǔ)充；
[0010]5.試驗(yàn)裝置中兩個(gè)行星齒輪箱對(duì)稱布置，一個(gè)齒輪箱作為無故障參考，另一個(gè)齒輪箱模擬齒輪或軸承故障，通過對(duì)比相同工況下兩者的信號(hào)特點(diǎn)進(jìn)而研宄行星齒輪的運(yùn)行機(jī)理。
[0011]本發(fā)明的有益效果為:
[0012](I)采用異步電動(dòng)機(jī)拖動(dòng)，行星齒輪箱減速、增速，扭矩儀測(cè)扭、測(cè)速，發(fā)電機(jī)發(fā)電并網(wǎng)等一系列環(huán)節(jié)組成閉式結(jié)構(gòu)，既能模擬實(shí)際設(shè)備變速、變載荷的工況，又可以節(jié)省電能、減少消耗。
[0013](2)行星齒輪箱采用對(duì)稱布置的模式，在運(yùn)行工況完全相同的情況下，可以進(jìn)行有無故障的對(duì)比分析，分析結(jié)果相互驗(yàn)證，互為補(bǔ)充。
[0014](3)全面監(jiān)控試驗(yàn)裝置中振動(dòng)、扭矩、轉(zhuǎn)速、電壓、電流等信號(hào)，并基于多類信號(hào)研宄先進(jìn)特征提取、故障診斷及預(yù)測(cè)方法，解決了大型行星齒輪箱運(yùn)行數(shù)據(jù)獲取困難，故障診斷與預(yù)測(cè)理論基礎(chǔ)不足等問題。
【附圖說明】
[0015]圖1為行星齒輪箱故障診斷與預(yù)測(cè)試驗(yàn)裝置示意圖；
[0016]圖2為行星齒輪加速疲勞斷裂試驗(yàn)所測(cè)振動(dòng)信號(hào)及其特征值；
[0017]圖3為行星齒輪疲勞斷裂圖片。
【具體實(shí)施方式】
[0018]本發(fā)明提供了一種針對(duì)行星齒輪傳動(dòng)的故障診斷與預(yù)測(cè)裝置，下面結(jié)合附圖和【具體實(shí)施方式】對(duì)本發(fā)明做進(jìn)一步說明。
[0019](I)試驗(yàn)臺(tái)搭建調(diào)試完畢后，在載荷、轉(zhuǎn)速不變的狀態(tài)下連續(xù)運(yùn)行若干小時(shí)，直到其中有部件破壞；
[0020](2)全程采集振動(dòng)、電壓、電流、扭矩和轉(zhuǎn)速等信號(hào)，并進(jìn)行信號(hào)處理；
[0021](3)以振動(dòng)信號(hào)為例，圖2a為行星齒輪疲勞斷裂全程時(shí)間信號(hào)，從0_80s左右為跑合階段，從80s開始可能出現(xiàn)局部微小裂紋，從80s-380s，齒輪裂紋處于發(fā)展階段，直至380s之后輪齒斷裂，振動(dòng)加??；
[0022](4)圖2b和圖2c分別是行星齒輪在全壽命周期中振動(dòng)信號(hào)的有效值和峭度，通過研宄80s-380s裂紋發(fā)展過程中的特征量，可以分析齒輪疲勞劣化過程，研宄基于運(yùn)行數(shù)據(jù)的故障預(yù)測(cè)方法；
[0023](5)圖3為斷裂的行星齒輪。
[0024]實(shí)際實(shí)施過程中，可能會(huì)出現(xiàn)斷裂、點(diǎn)蝕、磨損等具體故障，甚至是多種故障的并存，信號(hào)特征提取的方法也不限于有效值和峭度，可以根據(jù)具體特點(diǎn)研宄反映劣化趨勢(shì)的有效特征量。運(yùn)行工況的選擇也很靈活，可進(jìn)一步研宄變工況下的故障劣化規(guī)律。
【主權(quán)項(xiàng)】
1.行星齒輪箱故障診斷與預(yù)測(cè)試驗(yàn)裝置，其特征在于:三相異步電動(dòng)機(jī)、行星齒輪箱(減速)、行星齒輪箱(增速)、扭矩儀(轉(zhuǎn)速計(jì))和三相永磁發(fā)電機(jī)通過聯(lián)軸器7聯(lián)接，組成傳動(dòng)鏈。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述行星齒輪箱故障診斷與預(yù)測(cè)試驗(yàn)裝置，其特征在于三相異步電動(dòng)機(jī)采用變頻器調(diào)速，經(jīng)行星齒輪箱減速后的動(dòng)力可以模擬實(shí)際變轉(zhuǎn)速、變載荷外部激勵(lì)(如風(fēng)力發(fā)電機(jī)的風(fēng)載荷、直升飛機(jī)的發(fā)動(dòng)機(jī)輸出等)。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述行星齒輪箱故障診斷與預(yù)測(cè)試驗(yàn)裝置，其特征在于三相永磁發(fā)電機(jī)產(chǎn)生的電能需經(jīng)過整流、逆變和控制環(huán)節(jié)并入電網(wǎng)1，節(jié)省異步電動(dòng)機(jī)驅(qū)動(dòng)所需能量。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述行星齒輪箱故障診斷與預(yù)測(cè)試驗(yàn)裝置，其特征在于多路信號(hào)包括振動(dòng)4、轉(zhuǎn)速、扭矩、電壓2和電流3等信號(hào)等可以被同步拾取，經(jīng)采集模塊5收集后通過網(wǎng)絡(luò)傳遞給上位機(jī)6，各類信號(hào)的分析與處理可以為行星齒輪箱的故障診斷和預(yù)測(cè)提供多種解決手段，互為補(bǔ)充。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述行星齒輪箱故障診斷與預(yù)測(cè)試驗(yàn)裝置，其特征在于兩個(gè)行星齒輪箱對(duì)稱布置，一個(gè)齒輪箱作為無故障參考，另一個(gè)齒輪箱模擬齒輪或軸承故障，通過對(duì)比相同工況下兩者的信號(hào)特點(diǎn)進(jìn)而研宄行星齒輪的運(yùn)行機(jī)理。
【專利摘要】本發(fā)明屬于機(jī)械設(shè)備狀態(tài)監(jiān)測(cè)與故障診斷領(lǐng)域，具體涉及一種以行星傳動(dòng)為對(duì)象的故障診斷與預(yù)測(cè)試驗(yàn)裝置。本發(fā)明旨在研究行星齒輪箱的振動(dòng)機(jī)理及損傷特性，通過聯(lián)軸器將異步電動(dòng)機(jī)、行星齒輪箱(減速)、行星齒輪箱(增速)、扭矩儀(轉(zhuǎn)速計(jì))和永磁發(fā)電機(jī)等聯(lián)接，異步電動(dòng)機(jī)通過變頻器調(diào)節(jié)，可以模擬速度與載荷波動(dòng)的動(dòng)力輸入(如風(fēng)力發(fā)電機(jī)、直升機(jī)等)，發(fā)電機(jī)產(chǎn)生的電能通過整流、逆變、控制等操作并入電網(wǎng)。在齒輪箱殼體安裝壓電加速度傳感器，扭矩儀可以同步監(jiān)測(cè)傳動(dòng)鏈的扭矩和轉(zhuǎn)速，發(fā)電機(jī)并網(wǎng)側(cè)安裝三相電壓和電流互感器，上述信號(hào)通過信號(hào)采集系統(tǒng)拾取。實(shí)施過程中，異步電動(dòng)機(jī)變工況運(yùn)行直至行星齒輪箱的某個(gè)部件破壞，對(duì)拾取的多路參量信號(hào)進(jìn)行狀態(tài)分析、故障診斷和失效預(yù)測(cè)；兩個(gè)行星齒輪箱采用對(duì)稱布置，兩者的運(yùn)行狀態(tài)可以互相驗(yàn)證。
【IPC分類】G01M13-02
【公開號(hào)】CN104596764
【申請(qǐng)?zhí)枴緾N201510050360
【發(fā)明人】滕偉, 張凱莉, 馬志勇, 柳亦兵
【申請(qǐng)人】華北電力大學(xué), 華電福新能源股份有限公司
【公開日】2015年5月6日
【申請(qǐng)日】2015年2月2日