[發明專利]一種適用于低轉速下行星輪系故障診斷的振動分離方法

有效

• 申請號: 201810025104.6
• 申請日: 2018-01-11
• 公開（公告）號: CN108362492B
• 公開（公告）日: 2019-12-06
• 發明（設計）人: 張倫;胡蔦慶;陳凌;陳徽鵬;張宇;程哲;沈建;周洋
• 申請（專利權）人: 中國人民解放軍國防科技大學
• 主分類號: G01M13/028
• 分類號: G01M13/028;G01M13/021
• 代理公司: 11401 北京金智普華知識產權代理有限公司
• 代理人: 楊采良<國際申請>=<國際公布>=<進入

本發明公開了一種適用于低轉速下行星輪系故障診斷的振動分離方法，包括如下步驟：步驟一，數據采集和重采樣：同步采集行星輪系多個測點的振動信號和轉速脈沖信號，根據行星架旋轉的轉速脈沖信號進行數據分割和重采樣；步驟二，數據提?。簭母髦芷谛盘栔刑崛〕雠c目標齒輪相關的振動信號，形成組合集；步驟三，振動分離向量重構：根據齒輪嚙合時序關系，從組合集中按照一定的映射重構方法，得到各齒輪部件的振動分離向量。該方法操作簡便、監測精度高、適用范圍廣、適用于低轉速運行下的行星輪系監測與故障診斷問題。

技術領域

本發明屬于在線監測與故障診斷技術領域，具體涉及一種適用于低轉速下行星輪系故障診斷的振動分離方法，主要適用于在低轉速和一定工況變化情況下，從原始振動信號中分離出行星輪系中各齒輪振動信號。

背景技術

行星輪系在直升機主減速器、風機齒輪箱等大型裝備的傳動系統中有廣泛的應用，行星輪系的健康狀況對裝備的運行性能有很大的影響，一旦傳動鏈中行星輪系發生故障，將造成裝備停機，給生產帶來極大的影響。為此，行星輪系的狀態監測和故障診斷研究成為近年來的熱點之一。

就目前而言，國內外的學者們針對行星輪系的故障診斷開展了一系列研究工作，將譜分析法、時頻分析法等定軸齒輪故障診斷方法拓展到行星輪系的故障診斷中，在一定程度上解決了行星輪系的故障診斷問題。但是，行星輪系故障診斷的核心困難仍然沒有得到解決：首先，行星輪系中通常包含多個行星輪，存在多個輪齒嚙合副，故障輪齒嚙合引發的沖擊現象不明顯，故障特征比較微弱；其次，行星輪系中振動信號的傳遞路徑較長，振動信號由振動源傳遞到傳感器的過程中故障特征衰減嚴重；最后，行星輪系中存在的軸、軸承等其他動部件的狀態特征信號也對故障信號造成影響。除此之外，行星輪系在裝備中位于傳動系統末端，轉速較低，各故障頻率比較接近，而行星輪系中有多種動部件，要在頻譜或時頻譜中分辨出各故障特征頻率成分對譜分辨率提出了很高的要求，盡管在理論上可以通過延長信號采樣長度的方法提高譜分辨率，但這無疑增加了計算的難度和對硬件系統的配置要求。

發明內容

針對現有技術中存在的上述問題，本發明公開了一種適用于低轉速下行星輪系故障診斷的振動分離方法，該方法基于輪齒嚙合關系求解和行星架回轉的幅值調制效應，通過行星架的轉速脈沖信號對振動信號進行分割、提取、組合，然后解算輪齒嚙合關系，建立分離出的數據和輪齒之間的映射關系，重構出各個齒輪部件的特征信號，重構得到的特征信號稱為振動分離向量。振動分離向量中保留了目標動部件的動態特征，消除了其他部件振動的影響，消除了行星架回轉的幅值調制效應，包含目標部件更多的故障信息。該方法操作簡便、監測精度高、適用范圍廣、適用于低轉速運行下的行星輪系監測與故障診斷問題。

為此，本發明采用了以下技術方案：

一種適用于低轉速下行星輪系故障診斷的振動分離方法，包括如下步驟：

步驟一，數據采集和重采樣：同步采集行星輪系多個測點的振動信號和轉速脈沖信號，根據行星架旋轉的轉速脈沖信號進行數據分割和重采樣；

步驟二，數據提取：從各周期信號中提取出與目標齒輪相關的振動信號，形成組合集；

步驟三，振動分離向量重構：根據齒輪嚙合時序關系，從組合集中按照一定的映射重構方法，得到各齒輪部件的振動分離向量。

進一步地，所述步驟一的具體流程如下：

第一步，數據采集：使用同步采樣方法，對多個測點的振動信號以及行星架的轉速脈沖信號進行采樣，采樣要求同步進行，即各通道的采樣時鐘必須一致；測量并記錄加速度傳感器和行星輪相對于轉速傳感器的安裝位置，記錄齒圈齒數N_r，行星輪齒數N_p，太陽輪齒數N_s，行星輪個數NP；

第二步，數據分割：以轉速脈沖信號為基準，對各通道振動數據進行分割；

第三步，數據濾波：對數據進行濾波處理，濾除不相干頻率成分；