[發(fā)明專利]基于編碼器多位轉(zhuǎn)角信號(hào)的齒輪故障檢測(cè)方法

在審

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 201510818829.7
• 申請(qǐng)日: 2015-11-23
• 公開(kāi)（公告）號(hào): CN105277362A
• 公開(kāi)（公告）日: 2016-01-27
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 梁霖;劉飛;孔祥偉;栗茂林;徐光華
• 申請(qǐng)（專利權(quán)）人: 西安交通大學(xué)
• 主分類號(hào): G01M13/02
• 分類號(hào): G01M13/02
• 代理公司: 西安智大知識(shí)產(chǎn)權(quán)代理事務(wù)所 61215
• 代理人: 賀建斌

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明屬于機(jī)械設(shè)備狀態(tài)檢測(cè)與監(jiān)測(cè)技術(shù)領(lǐng)域，具體涉及一種利用編碼器多位轉(zhuǎn)角信號(hào)對(duì)傳動(dòng)系統(tǒng)中齒輪運(yùn)行故障進(jìn)行檢測(cè)的方法。

背景技術(shù)

齒輪箱系統(tǒng)作為機(jī)械設(shè)備中最普遍、最重要的部件之一，其運(yùn)行狀態(tài)將對(duì)整個(gè)設(shè)備的使用性能起到?jīng)Q定性的作用。對(duì)齒輪箱系統(tǒng)進(jìn)行運(yùn)行狀態(tài)的識(shí)別，是保障機(jī)械設(shè)備安全運(yùn)行的基礎(chǔ)，在風(fēng)力發(fā)電機(jī)組、高速運(yùn)載工具中、大型礦山機(jī)械等設(shè)備中表現(xiàn)的極其重要。發(fā)現(xiàn)齒輪箱系統(tǒng)的早期故障能夠有效地提高機(jī)械設(shè)備的運(yùn)行能力。在目前常用的檢測(cè)診斷方法中，基于振動(dòng)信號(hào)分析的齒輪箱系統(tǒng)故障特征方法被廣泛應(yīng)用在設(shè)備故障檢測(cè)與監(jiān)測(cè)中，主要是對(duì)振動(dòng)信號(hào)從時(shí)域、頻域分析中來(lái)判斷運(yùn)行狀態(tài)并識(shí)別故障。但振動(dòng)信號(hào)屬于間接信號(hào)，對(duì)運(yùn)行軸的運(yùn)行信息難以準(zhǔn)確反映，并且需要專業(yè)知識(shí)的人員進(jìn)行分析操作。而作為診斷流程中的重要環(huán)節(jié)，合理有效的檢測(cè)信息能夠準(zhǔn)確反映機(jī)械設(shè)備的運(yùn)行狀態(tài)，結(jié)合相關(guān)的處理方法將會(huì)進(jìn)一步提高對(duì)設(shè)備零部件的運(yùn)行狀態(tài)識(shí)別能力。目前基于振動(dòng)分析的齒輪箱系統(tǒng)狀態(tài)分析方法計(jì)算復(fù)雜，識(shí)別故障準(zhǔn)確率低。開(kāi)發(fā)一些新的信息獲取方法，依然是一個(gè)迫切需要解決的問(wèn)題。

現(xiàn)有的基于振動(dòng)信息采集分析方法存在以下不足：振動(dòng)信號(hào)的信噪比低，故障的識(shí)別率低；振動(dòng)信號(hào)中包含的運(yùn)行軸信息量少，且需要現(xiàn)場(chǎng)安裝傳感器；正常和故障狀態(tài)齒輪箱系統(tǒng)的振動(dòng)頻譜中，往往既有調(diào)幅也有調(diào)頻成分，頻率成分復(fù)雜，限制了診斷分析。

發(fā)明內(nèi)容

為了克服上述現(xiàn)有技術(shù)的缺點(diǎn)，本發(fā)明提供了一種基于編碼器多位轉(zhuǎn)角信號(hào)的齒輪故障檢測(cè)方法，這種方法具有快速、準(zhǔn)確識(shí)別運(yùn)行故障的特點(diǎn)。高的識(shí)別率能夠改善目前對(duì)齒輪運(yùn)行故障的判別能力。

為了達(dá)到上述目的，本發(fā)明所采用的技術(shù)方案是：

基于編碼器多位轉(zhuǎn)角信號(hào)的齒輪故障檢測(cè)方法，包括以下步驟：

1)安裝軸角編碼器來(lái)提取齒輪箱系統(tǒng)的運(yùn)行狀態(tài)信號(hào)，安裝方式分為兩種，一是在齒輪箱的輸入軸和輸出軸分別安裝編碼器，稱之為雙軸編碼器信息獲取方式；二是僅在齒輪箱的輸出軸安裝編碼器，稱之為輸出單軸編碼器信息獲取方式；

2)通過(guò)編碼器采集齒輪箱系統(tǒng)軸角編碼器轉(zhuǎn)角信號(hào)x_i(n)，n為采樣點(diǎn)數(shù)，i為信號(hào)編號(hào)，轉(zhuǎn)角信號(hào)實(shí)時(shí)辨識(shí)齒輪箱系統(tǒng)的運(yùn)行狀態(tài)，并提供其動(dòng)態(tài)運(yùn)行特征參數(shù)；

3)對(duì)轉(zhuǎn)角信號(hào)x_i(n)進(jìn)行預(yù)處理，即將采集的信號(hào)進(jìn)行去均值處理：

Xi(n)=xi(n)-xi‾(n)---(1)]]>

式中：X_i(n)為預(yù)處理后的信號(hào)；x_i(n)為原始信號(hào)；為原始信號(hào)均值；

4)尋找轉(zhuǎn)角信號(hào)中方波周期的參考點(diǎn)，首先在預(yù)處理后的編碼器轉(zhuǎn)角信號(hào)X_i(n)中尋找過(guò)零點(diǎn)，即滿足式(2)條件的點(diǎn)，然后將滿足條件的X_i(n)或者X_i(n+1)點(diǎn)設(shè)為方波周期計(jì)算的參考點(diǎn)O_i(n)，n為參考點(diǎn)的個(gè)數(shù)，i為信號(hào)的編號(hào)，

X_i(n)*X_i(n+1)＜0，n＝1，2，…，N；(2)

式中：X_i(n)為預(yù)處理后的信號(hào)，n代表預(yù)處理后的信號(hào)點(diǎn)數(shù)；

5)統(tǒng)計(jì)信號(hào)中的每個(gè)方波周期時(shí)序長(zhǎng)度，每個(gè)方波的周期T包括了3個(gè)參考點(diǎn)，分別取O_i(n)，n＝1，3，5…，N-1為每個(gè)方波的起點(diǎn),取O_i(n)，n＝3，5，7…，N為方波的終點(diǎn)，從起點(diǎn)到終點(diǎn)為一個(gè)方波信號(hào)；