[發(fā)明專利]一種低速重載機(jī)械的早期故障檢測(cè)系統(tǒng)

有效

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 201310701841.0
• 申請(qǐng)日: 2013-12-19
• 公開（公告）號(hào): CN103616252A
• 公開（公告）日: 2014-03-05
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 周鳳星;嚴(yán)?？?/a>;董烈超
• 申請(qǐng)（專利權(quán)）人: 武漢科技大學(xué)
• 主分類號(hào): G01M99/00
• 分類號(hào): G01M99/00
• 代理公司: 武漢科皓知識(shí)產(chǎn)權(quán)代理事務(wù)所(特殊普通合伙) 42222
• 代理人: 張火春

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明屬于旋轉(zhuǎn)機(jī)械故障診斷技術(shù)領(lǐng)域，具體涉及一種低速重載機(jī)械的早期故障檢測(cè)系統(tǒng)。

背景技術(shù)

低速重載機(jī)械是一類轉(zhuǎn)速在60rpm以內(nèi)、承載量大的旋轉(zhuǎn)機(jī)械，如高爐旋轉(zhuǎn)布料器、連鑄鋼包回轉(zhuǎn)臺(tái)、轉(zhuǎn)爐旋轉(zhuǎn)支撐機(jī)構(gòu)等設(shè)備。這類設(shè)備突出特點(diǎn)是傳動(dòng)機(jī)構(gòu)運(yùn)行工況呈現(xiàn)典型的間歇性，始終處于起制動(dòng)的過渡狀態(tài)。當(dāng)軸承在出現(xiàn)點(diǎn)蝕、裂紋、剝落等缺陷時(shí)，振動(dòng)信號(hào)會(huì)產(chǎn)生能表征早期故障的微弱沖擊信號(hào)，由于低速重載機(jī)械的特殊工況，其振動(dòng)信號(hào)不具備周期性、沖擊信號(hào)幅值十分微弱且出現(xiàn)頻率很低。因此，在進(jìn)行故障的早期診斷時(shí)，存在以下問題：

(1)?由于待診斷設(shè)備轉(zhuǎn)速很低，故障信號(hào)的沖擊幅值很小，現(xiàn)有的故障檢測(cè)系統(tǒng)所采用的加速度傳感器的靈敏度十分有限，加上受到環(huán)境噪聲的影響，很難有效地采集待診斷設(shè)備的振動(dòng)沖擊信號(hào)；

(2)?由于待診斷設(shè)備轉(zhuǎn)速過低，使得每次故障沖擊信號(hào)的時(shí)間間隔較長(zhǎng)，現(xiàn)有的故障檢測(cè)系統(tǒng)需要采集大量的振動(dòng)數(shù)據(jù)才能實(shí)現(xiàn)故障診斷。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明旨在克服上述技術(shù)的不足，目的是提供一種能方便提取微弱沖擊信號(hào)、采樣點(diǎn)少和故障判斷精確的低速重載機(jī)械早期故障檢測(cè)系統(tǒng)。

為實(shí)現(xiàn)上述目的，本發(fā)明采用的技術(shù)方案是：所述的早期故障檢測(cè)系統(tǒng)包括壓振傳感器、放大器、超低頻鎖相環(huán)、模數(shù)轉(zhuǎn)換器和計(jì)算機(jī)。壓振傳感器的信號(hào)輸出端1a與放大器的信號(hào)輸入端2a連接，放大器的信號(hào)輸出端2b與超低頻鎖相環(huán)的信號(hào)輸入端3a連接，超低頻鎖相環(huán)的信號(hào)輸出端3b與模數(shù)轉(zhuǎn)換器的模擬輸入端4a連接，模數(shù)轉(zhuǎn)換器的數(shù)字輸出端4b與計(jì)算機(jī)的串口com1連接。

所述的壓振傳感器包括外殼、電路板、質(zhì)量塊、壓電元件、螺栓和底座。底座由下到上依次設(shè)有壓電元件、質(zhì)量塊和電路板，壓電元件、質(zhì)量塊和電路板通過螺栓固定在底座的上平面，外殼固定在底座的上部。外殼、電路板、質(zhì)量塊、壓電元件和底座同中心安裝。

所述的電路板包括帶通濾波器、高通濾波器和低通濾波器；帶通濾波器的信號(hào)輸出端12b連接高通濾波器的信號(hào)輸入端13a，高通濾波器的信號(hào)輸出端13b連接低通濾波器的信號(hào)輸入端14a。低通濾波器的信號(hào)輸出端14b與放大器的信號(hào)輸入端2a連接；帶通濾波器的信號(hào)輸入端12a與壓電元件的電壓輸出端9a連接。

所述的計(jì)算機(jī)中裝有低速重載機(jī)械早期故障檢測(cè)軟件。

所述質(zhì)量塊的材質(zhì)為銅、鐵和鋁中的一種。

所述壓電元件的材質(zhì)為鈦酸鋇陶瓷、鋯鈦酸鉛陶瓷和鈮鎂酸鉛陶瓷中的一種。

所述的低速重載機(jī)械早期故障檢測(cè)軟件的主流程是：

步驟1：采集待診斷設(shè)備的軸承振動(dòng)信號(hào)和軸承旋轉(zhuǎn)頻率；

步驟2：判斷所述軸承振動(dòng)信號(hào)的最大幅值是否大于設(shè)定的閾值，如果是，則存在故障，進(jìn)入步驟3；否則，進(jìn)入步驟5；

步驟3：對(duì)所述軸承振動(dòng)信號(hào)進(jìn)行稀疏分解，提取所述軸承振動(dòng)信號(hào)中的沖擊信號(hào)，計(jì)算沖擊信號(hào)出現(xiàn)的頻率；

步驟4：根據(jù)軸承旋轉(zhuǎn)頻率和沖擊信號(hào)出現(xiàn)的頻率，確定故障類型，給出故障報(bào)警信號(hào)；

步驟5：判斷是否收到停止檢測(cè)指令，如果是，結(jié)束檢測(cè)；否則，返回步驟1。

所述的故障類型為外圈故障、內(nèi)圈故障和滾動(dòng)體故障中的一種以上。

由于采用上述技術(shù)方案，本發(fā)明通過壓振傳感器內(nèi)部的帶通濾波器、高通濾波器和低通濾波器實(shí)現(xiàn)對(duì)沖擊信號(hào)的共振解調(diào)，使微弱沖擊信號(hào)在幅值上得到增強(qiáng)，降低了沖擊信號(hào)提取的難度；利用超低頻鎖相環(huán)對(duì)特定頻率段的追蹤功能，將采集的軸承振動(dòng)信號(hào)中的沖擊信號(hào)進(jìn)行鎖定，大量壓縮了采集的軸承振動(dòng)信號(hào)的采樣點(diǎn)數(shù)；同時(shí)利用低速重載機(jī)械早期故障檢測(cè)軟件，通過稀疏算法建立故障沖擊信號(hào)的原子庫(kù)，對(duì)采集的軸承振動(dòng)信號(hào)進(jìn)行稀疏表示，更加精確的提取故障沖擊信號(hào)并濾去噪聲，進(jìn)而通過提取到的沖擊信號(hào)信息對(duì)故障類型進(jìn)行準(zhǔn)確判定，最終實(shí)現(xiàn)沖擊信號(hào)提取準(zhǔn)確，故障診斷精確的低速重載機(jī)械的早期故障診斷。

因此，本發(fā)明具有能方便提取微弱沖擊信號(hào)、采樣點(diǎn)少和故障判斷精確的特點(diǎn)。

附圖說明

圖1是本發(fā)明的一種結(jié)構(gòu)示意圖；

圖2是圖1中壓振傳感器1的一種結(jié)構(gòu)示意圖；

圖3是圖2中電路板7的一種結(jié)構(gòu)示意圖；

圖4是本發(fā)明中的低速重載機(jī)械早期故障檢測(cè)軟件的主流程框圖；

圖5是本發(fā)明中的壓振傳感器1采集到的一種振動(dòng)信號(hào)時(shí)域圖；

圖6是本發(fā)明對(duì)圖5所示信號(hào)處理后的沖擊信號(hào)時(shí)域圖；

圖7是本發(fā)明中的壓振傳感器1采集到的另一種振動(dòng)信號(hào)時(shí)域圖；