[發明專利]一種齒輪箱運行狀態在線監測方法、系統及存儲介質

有效

• 申請號: 202011203125.6
• 申請日: 2020-11-02
• 公開（公告）號: CN112326236B
• 公開（公告）日: 2023-04-18
• 發明（設計）人: 王立勇;籍永建;馮淦淇
• 申請（專利權）人: 北京信息科技大學
• 主分類號: G01M13/021
• 分類號: G01M13/021;G01M13/028;G06F17/14
• 代理公司: 北京遠創理想知識產權代理事務所(普通合伙) 11513
• 代理人: 張素妍

本發明涉及一種齒輪箱運行狀態在線監測方法、系統及存儲介質，其包括：建立齒輪箱的所有待測部件正常運行時的頻率特征數據庫；選擇待測點及待測部件，獲取實時的振動信號；獲取待測部件的Hilbert譜圖，并與頻率特征數據庫中的頻譜圖進行對比；得到故障頻率，并在頻譜圖上標出故障頻率。本發明解決了齒輪箱零部件產生輕微故障時，產生的沖擊信號幅度小、能量分散寬，傳統的信號處理方法難以捕捉到這些沖擊信號的問題。

技術領域

本發明涉及機械故障診斷技術領域，特別是關于一種齒輪箱運行狀態在線監測方法、系統及存儲介質。

背景技術

現有生產技術中，齒輪箱被廣泛應用于輸送設備、化工設備與汽車傳動等機械裝置中，其主要作用是改變輸出速度、改變傳動方向、改變傳動力矩、分配動力和離合，因此，齒輪箱在機械設備中有著十分重要的作用。在許多高精尖的大型機械設備中，齒輪箱的工作時長較長，例如，紡紗機的齒輪箱全年工作350天以上，因此，齒輪箱一旦出現故障，將會給企業帶來不可估量的經濟損失，齒輪箱運行過程中，工作人員無法直接觀測其實際運行狀態，齒輪箱故障診斷技術應運而生。

機械在運行過程中，產生的振動信號包含大量復雜信息，這些信息運用適當的方法處理后可揭示機器的狀態，因此振動信號在機械故障診斷被看成參考信號。根據齒輪箱內零部件失效的統計情況，齒輪和軸承的失效比重遠超過其他零件，齒輪和軸承的失效一般是由缺乏潤滑或安裝等因素引起，隨著齒輪箱的工作時間變長，齒輪和軸承的磨損加劇，振動幅度將慢慢變大，當軸承和齒輪達到疲勞極限后，就會出現齒輪斷裂、軸承脫落等故障。齒輪和軸承的磨損會產生點蝕，當與之一起運動的部件遇到點蝕處時，將產生沖擊信號，該沖擊信號的強度與軸承和齒輪表面磨損的程度相關。

機械故障診斷需要大量實時運行數據、分析系統和故障狀態的準確辨識，信號數據的分析是故障狀態識別中的關鍵的一環，信號的分析性能也是整個檢測系統是否實用的評判標準。目前，齒輪箱的振動信號主要通過傳感器采集，監測人員對采集的信號進行分析后，即可實時監測齒輪箱的運行狀態。頻譜分析能夠顯示出齒輪箱各個振動信號的譜圖，是齒輪箱故障診斷的常用方法，因此，若將齒輪箱的振動信號轉化為振動頻譜分析圖，則可以較為方便地對齒輪箱的故障狀態進行監測。

發明內容

針對上述問題，本發明的目的是提供一種齒輪箱運行狀態在線監測方法、系統及存儲介質，其解決了齒輪箱零部件產生輕微故障時，由于產生的沖擊信號幅度小、能量分散寬，傳統信號處理方法難以捕捉到這些沖擊信號的問題。

為實現上述目的，本發明采取以下技術方案：一種齒輪箱運行狀態在線監測方法，其包括以下步驟：

1)建立齒輪箱的所有待測部件正常運行時的頻率特征數據庫；

2)選擇待測點及待測部件，獲取實時的振動信號；

3)獲取待測部件的Hilbert譜圖，并與頻率特征數據庫中的頻譜圖進行對比；

4)得到故障頻率，并在頻譜圖上標出故障頻率。

進一步，所述齒輪箱的待測部件包括齒輪箱中各型號軸承、定軸輪齒系和行星齒輪系。

進一步，所述待測部件的Hilbert譜圖的獲取方法包括以下步驟：

3.1)采用經驗模態分解方法將振動信號進行自適應分解，得到若干個本征模態函數IMF’，確定本征模態參數個數K'；

3.2)對原始信號進行VMD處理，針對VMD中需要提前設置的本征模態函數個數K，用K'代替，獲得新的本征模態函數IMF；對各IMF進行分析，畫出各個IMF能量圖；

3.3)設定能量閾值范圍和相關系數閾值范圍，若本征模態函數IMF能量與相關系數都在設定的閾值范圍內，則保留閾值范圍內的有效本征模態函數IMF個數，去除IMF中的虛假分量，最終得到M個有效的本征模態函數IMF；