[發明專利]一種行星輪系輪齒狀態評估方法、裝置、設備和介質

有效

• 申請號: 202110707786.0
• 申請日: 2021-06-24
• 公開（公告）號: CN113465916B
• 公開（公告）日: 2022-06-07
• 發明（設計）人: 侯成剛;楊元;梁景源
• 申請（專利權）人: 西安交通大學
• 主分類號: G01M13/021
• 分類號: G01M13/021;G01M13/028;G06F30/23
• 代理公司: 西安通大專利代理有限責任公司 61200
• 代理人: 王艾華

本發明公開了一種行星輪系輪齒狀態評估方法、裝置、設備和介質，通過Vold?Kalman濾波去除諧波信號，對殘差信號進行Protrugram分析，結合模態分析結果，識別沖擊振動所處頻帶并區分內外嚙合沖擊，構造零相移帶通濾波器提取內外嚙合沖擊振動信號，進行RMS時域同步平均分析，直觀評估行星輪系各輪齒的狀態。相比于傳統的基于故障特征頻率識別的故障診斷方法，本發明充分利用了沖擊振動信號所蘊含的頻率信息、相位信息和幅值信息，可以實現故障齒輪的定位，故障類型的區分，以及故障損傷嚴重程度的準確評估，結果直觀，可視化性強，便于現場維護人員參考。

技術領域

本發明屬于行星齒輪箱故障診斷技術領域，具體涉及一種基于RMS時域同步平均技術的行星輪系輪齒狀態評估方法、裝置、設備和介質。

背景技術

行星輪系具有重量輕、體積小、承載能力高、結構緊湊、以及傳動效率高等優點，在航空航天、冶金開采以及風力發電機組等大型機械設備中得到廣泛應用。由于工作環境惡劣，行星輪系易發生局部故障。當某輪齒出現局部故障時，由于局部承載能力的降低，將會使得故障進一步發展，誘發其它輪齒出現故障；故障發展嚴重時，將造成設備停機，產生經濟損失。

分析振動信號特征實現行星輪系故障診斷是目前最成熟的技術方法，得到了廣泛的應用。相比于定軸輪系，行星輪系中嚙合副眾多，各嚙合副的振動信號相互耦合疊加，并且因行星架的旋轉引入了路徑調制作用，使得整個輪系的振動信號極為復雜。局部故障發生時，會激發故障沖擊振動信號，但早期故障特征信號很微弱，往往淹沒于整個輪系的嚙合振動信號。傳統的故障診斷方法多基于特征頻率識別，只利用了沖擊振動信號的頻率信息，忽略了相位信息和幅值信息，難以實現局部故障類型的識別與損傷程度的判斷，無法準確評估輪齒狀態。因此，有必要研究一種準確且直觀的輪齒狀態評估方法，為行星齒輪箱的維護提供針對性建議。

行星輪系中各嚙合副產生的振動信號，由受迫振動和嚙合沖擊振動組成，受迫振動表現為以嚙合頻率為基頻的諧波函數，因周期性的剛度激勵而產生；嚙合沖擊振動表現為單邊衰減信號，因周期性的剛度突變而產生。健康狀態行星輪系中每個輪齒剛進入嚙合狀態時，不僅存在著剛度突增而產生的剛度沖擊，還存在著沖擊性最強的嚙入沖擊；當出現局部故障時，故障輪齒參與嚙合將產生幅值更大的故障沖擊振動信號。

發明內容

本發明提供了基于RMS時域同步平均技術的行星輪系輪齒狀態評估方法、裝置、設備和介質，判斷行星輪系是否出現局部故障，分析故障類型，評估故障嚴重程度，為現場設備維護提供指導性建議。

為達到上述目的，本發明所述基于RMS時域同步平均技術的行星輪系輪齒狀態評估方法，包括以下步驟：

S1、根據行星輪系參數，建立內、外嚙合副的有限元仿真模型，求解內、外嚙合副的模態，獲取內、外嚙合副的固有頻率；

S2、采集行星輪系振動信號，將行星輪系振動信號中的諧波信號去除，得到殘差信號；

S3、對殘差信號進行Protrugram分析，識別沖擊振動信號所處固有頻帶，并結合固有頻率區分內、外嚙合沖擊振動；

S4、根據S3識別得到的固有頻帶構建零相移帶通濾波器，對殘差信號進行濾波，提取沖擊振動信號；

S5、對S4得到的沖擊振動信號進行RMS時域同步平均分析，消除路徑調制的影響，根據是否出現異常峰值判斷是否出現故障，根據異常峰值的相位和幅值，判斷局部故障的類型和損傷程度。

進一步的，所述S1中，建立的內、外嚙合副有限元仿真模型中設置彈簧單元模擬輪齒嚙合關系，所述彈簧單元的剛度設置為內、外嚙合副時變嚙合剛度的平均值設置。

進一步的，所述S2中，利用Vold-Kalman濾波階次跟蹤濾波器將行星輪系振動信號中的諧波信號去除。