[發(fā)明專(zhuān)利]一種齒輪箱復(fù)合故障診斷方法及系統(tǒng)

有效

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 201210315311.8
• 申請(qǐng)日: 2012-08-30
• 公開(kāi)（公告）號(hào): CN102937522A
• 公開(kāi)（公告）日: 2013-02-20
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 王衍學(xué);向家偉;蔣占四;楊曉清
• 申請(qǐng)（專(zhuān)利權(quán)）人: 桂林電子科技大學(xué)
• 主分類(lèi)號(hào): G01M13/02
• 分類(lèi)號(hào): G01M13/02
• 代理公司: 桂林市持衡專(zhuān)利商標(biāo)事務(wù)所有限公司 45107
• 代理人: 陳躍琳

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及齒輪箱故障檢測(cè)領(lǐng)域，具體涉及一種齒輪箱復(fù)合故障診斷方法及系統(tǒng)。

背景技術(shù)

齒輪箱由于其傳動(dòng)比固定，傳動(dòng)力矩大，結(jié)構(gòu)緊湊，成為常用的變速傳動(dòng)部件，在各種機(jī)械設(shè)備中得到了廣泛的應(yīng)用。由于齒輪常在高速、重載和強(qiáng)沖擊等惡劣環(huán)境條件下運(yùn)行，極易發(fā)生磨損、疲勞、斷齒和裂紋等多種故障，并進(jìn)一步誘發(fā)其它故障，從而導(dǎo)致巨大經(jīng)濟(jì)損失。因此，對(duì)齒輪箱的運(yùn)行狀態(tài)進(jìn)行監(jiān)測(cè)并及時(shí)識(shí)別出其發(fā)生的故障，具有重要的工程意義。

在齒輪運(yùn)行中由于齒輪的制造與安裝誤差、剝落、裂紋等故障會(huì)直接成為振動(dòng)的激勵(lì)源，這些激勵(lì)源都以齒輪軸的回轉(zhuǎn)為周期，齒輪振動(dòng)信號(hào)中含有該軸的回轉(zhuǎn)頻率及其倍頻。因此障齒輪的振動(dòng)信號(hào)往往表現(xiàn)為回轉(zhuǎn)頻率對(duì)嚙合頻率的調(diào)制，在譜圖上形成以嚙合頻率為中心，等間隔分布的邊頻帶。實(shí)際上參與調(diào)制的信號(hào)還包括嚙合頻率的倍頻，由于調(diào)頻和調(diào)幅的共同作用，最后形成的頻譜表現(xiàn)為以嚙合頻率及其各次諧波為中心的一系列非對(duì)稱(chēng)邊頻帶群。齒輪箱故障診斷的核心是對(duì)采集的振動(dòng)信號(hào)的分析處理，然而當(dāng)前齒輪箱故障診斷方法主要是針對(duì)單一的故障模式，如齒輪斷齒、點(diǎn)蝕、齒根裂紋以及等齒輪的制造與安裝誤差。針對(duì)單一齒輪故障的診斷方法有頻域分析、倒頻譜分析和窄帶解調(diào)分析等。在齒輪的頻域診斷中是通過(guò)邊頻帶反映的故障源信息，即不同的齒輪故障對(duì)應(yīng)的邊頻帶特征不同來(lái)診斷。例如齒輪的剝落、齒根裂紋或部分?jǐn)帻X等局部故障引起的邊頻帶較寬且平坦，即邊頻帶階數(shù)多且幅值大小均勻；齒輪點(diǎn)蝕等分布故障引起的邊頻帶，其邊頻階數(shù)少且集中在嚙合頻率及其倍頻的兩側(cè)；齒輪不平衡、不對(duì)中、機(jī)械松動(dòng)等故障引起的調(diào)制邊頻帶不對(duì)稱(chēng)。然而，由于邊頻成分往往具有不穩(wěn)定性，在實(shí)際工作環(huán)境下，尤其是當(dāng)幾種故障并存時(shí)，邊頻的變化將呈現(xiàn)出綜合效果，其變化規(guī)律很難用上述某一種典型情況描述，因此傳統(tǒng)頻域邊頻帶分析很難識(shí)別出齒輪箱的多個(gè)故障。傳統(tǒng)倒頻譜方法在齒輪故障診斷中另一種常用方法，倒頻譜受傳輸途徑的影響很小，能將原來(lái)譜圖中成族的邊頻帶簡(jiǎn)化為單根譜線(xiàn)，可以識(shí)別出復(fù)雜頻譜圖中的周期結(jié)構(gòu)，分離和提取出信號(hào)的周期成分，但是當(dāng)齒輪振動(dòng)信號(hào)信噪比較低時(shí)，倒頻譜分析往往顯得無(wú)能為力。此外，齒輪多故障存在時(shí)，利用倒頻譜圖中的單根譜線(xiàn)無(wú)法準(zhǔn)確判斷齒輪故障類(lèi)型和故障原因。窄帶解調(diào)技術(shù)被廣泛應(yīng)用于齒輪故障診斷，它以某一階齒輪嚙合頻率為中心頻率，通過(guò)選取適當(dāng)?shù)膸挘瑢?duì)振動(dòng)信號(hào)進(jìn)行帶通濾波后解調(diào)分析，獲取齒輪故障特征信息。如果中心頻率和帶寬選取不當(dāng)時(shí)，可能會(huì)導(dǎo)致對(duì)齒輪運(yùn)行狀態(tài)的錯(cuò)誤判斷。本發(fā)明專(zhuān)利提出一種新型的針對(duì)齒輪箱復(fù)合故障特征提取的診斷方法。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明所要解決的技術(shù)問(wèn)題是提供一種齒輪箱復(fù)合故障診斷方法及系統(tǒng)，其通過(guò)簡(jiǎn)單的振動(dòng)信號(hào)測(cè)量，采用雙樹(shù)復(fù)小波變換高效、可靠地分解得到多個(gè)子帶復(fù)信號(hào)，進(jìn)而采用能量算子解調(diào)方法解調(diào)每一個(gè)子帶信號(hào)，提取齒輪相關(guān)特征并識(shí)別診斷。

為解決上述問(wèn)題，本發(fā)明是通過(guò)以下方案實(shí)現(xiàn)的：

本發(fā)明一種齒輪箱復(fù)合故障診斷方法，包括如下步驟：

（1）采用加速度振動(dòng)傳感器拾取齒輪箱振動(dòng)信號(hào)，該加速度傳感器安裝在待測(cè)齒輪箱輸入軸端蓋上；

（2）對(duì)采集的風(fēng)電機(jī)組齒輪箱振動(dòng)信號(hào)進(jìn)行1/4采樣平移雙樹(shù)復(fù)小波變換，得到信號(hào)的多個(gè)子帶分解信號(hào)；即

首先、構(gòu)造1/4采樣平移雙樹(shù)復(fù)小波變換所用雙樹(shù)濾波器組，該雙樹(shù)濾波器組的第一層分解使用的濾波器組與原始雙樹(shù)復(fù)小波分解第一層的濾波器組相同，而后續(xù)的高層分解所用濾波器組均采用延遲1/4采樣構(gòu)造，即后一層濾波器組在前一層濾波器組的基礎(chǔ)上延遲1/4個(gè)采樣周期；

其次、利用構(gòu)造好的雙樹(shù)濾波器組，采用兩個(gè)并列的離散小波變換對(duì)拾取的齒輪箱振動(dòng)信號(hào)進(jìn)行并行分解，得到齒輪箱振動(dòng)的多個(gè)子帶分解信號(hào)；上述多個(gè)子帶分解信號(hào)包含有一個(gè)低頻子帶分解信號(hào)和一系列高頻子帶分解信號(hào)；其中每個(gè)子帶分解信號(hào)的實(shí)部和虛部分別由第一個(gè)離散小波變換和第二個(gè)離散小波變換構(gòu)成；

（3）逐一對(duì)分解得到的多個(gè)子帶分解信號(hào)進(jìn)行能量算子解調(diào)處理，提取出齒輪復(fù)合故障相關(guān)特征并進(jìn)行識(shí)別診斷。

上述步驟（2）中所述雙樹(shù)濾波器組的第一層分解使用的濾波器組為雙正交濾波器。

上述步驟（2）中所述雙樹(shù)濾波器組的高層分解使用的濾波器組為線(xiàn)性相位Q平移濾波器。

上述步驟（2）中所述所述雙樹(shù)濾波器組的分解層數(shù)介于3～5層之間。

上述步驟（3）中所述能量算子解調(diào)的方法為：