專利名稱：一種大功率齒輪箱故障診斷設(shè)備的制作方法
專利說明
一、技術(shù)領(lǐng)域本實(shí)用新型屬于機(jī)械故障診斷設(shè)備。尤其是涉及一種具有往復(fù)、非連續(xù)運(yùn)動(dòng)、承受變載荷的大功率齒輪箱故障診斷設(shè)備。
二背景技術(shù)：
齒輪故障的振動(dòng)診斷開始于70年代初，早期的齒輪診斷僅限于直接分析一些簡單測(cè)量的振動(dòng)參數(shù)，診斷方法也較容易，這些簡單的參數(shù)和方法對(duì)齒輪故障反應(yīng)的靈敏度不高，無法準(zhǔn)確判斷故障的部位。70年代到80年代中期，齒輪故障診斷的頻域法發(fā)展很快，其中R.B.Randall、James.I.Taylor等人做了一些有益的研究，出現(xiàn)了一些較好的頻域分析方法，積累了一些故障診斷成功的實(shí)例，對(duì)齒輪磨損和齒輪裂縫等故障診斷較為成功。就大型齒輪而言，國內(nèi)學(xué)者劉仲川、佟德純等于90年代在共振解調(diào)法用于診斷故障方面曾先后進(jìn)行了一些研究，亦有一些故障診斷成功的實(shí)例，但對(duì)于具有往復(fù)、非連續(xù)運(yùn)動(dòng)、承受變載荷的大齒輪診斷技術(shù)系統(tǒng)的研究，目前尚未見報(bào)道。
軸的故障診斷在旋轉(zhuǎn)機(jī)械中研究較多，對(duì)軸的不對(duì)中、不平衡、軸裂紋等故障產(chǎn)生的機(jī)理和診斷方法有較深入研究，針對(duì)齒輪箱、尤其是大功率齒輪箱軸的齒輪和軸承的故障診斷，并借鑒旋轉(zhuǎn)機(jī)械中的研究成果，可以診斷出軸的某些故障。但如何在大功率齒輪箱中監(jiān)測(cè)和診斷如軸裂紋這樣的故障是很困難的。
鑒于齒輪箱、尤其是大功率齒輪箱在經(jīng)濟(jì)發(fā)展中的重要作用，八十年代以來，一些高校和研究所曾開發(fā)研制過一些齒輪箱在線監(jiān)測(cè)與故障診斷系統(tǒng)，取得了一些階段性成果。如將聲發(fā)射技術(shù)中的振鈴計(jì)數(shù)法進(jìn)行齒輪的狀態(tài)監(jiān)測(cè)，用解調(diào)法判斷齒輪的點(diǎn)蝕和膠合，用小波分析法判斷齒輪的裂紋等。但這些研究工作尚未成熟，且不能用到大中型骨干企業(yè)的關(guān)鍵設(shè)備的狀態(tài)監(jiān)測(cè)和診斷工作中。如解調(diào)技術(shù)僅限于用軟件方法去解決一般齒輪箱的故障，更沒有在可靠的解調(diào)硬件電路之上進(jìn)行信息的再處理工作，至今尚沒有一個(gè)初步實(shí)用的齒輪箱故障專家或智能診斷系統(tǒng)。
80年代后期到90年代初，計(jì)算機(jī)輔助故障測(cè)試系統(tǒng)(CAT)應(yīng)用于齒輪箱故障診斷領(lǐng)域，一些計(jì)算機(jī)輔助故障測(cè)試系統(tǒng)的出現(xiàn)及國內(nèi)外一些先進(jìn)的動(dòng)態(tài)信號(hào)分析儀器和系統(tǒng)的研制成功，為齒輪箱故障診斷提供了有力的手段。如MK-210HE for Windows超世紀(jì)電子診斷測(cè)定儀(日本川鐵Advantech Co.Ltd)雖操作簡單且具有精確的測(cè)試結(jié)果，但由于價(jià)格昂貴，大大限制了在生產(chǎn)現(xiàn)場(chǎng)中的應(yīng)用。
三
發(fā)明內(nèi)容
本實(shí)用新型的任務(wù)是提供一種能精確預(yù)知設(shè)備故障的異常發(fā)生、預(yù)測(cè)修理時(shí)間、降低維修成本、保證安全生產(chǎn)、適于現(xiàn)場(chǎng)應(yīng)用的價(jià)格低廉的基于共振解調(diào)和小波分析的大功率齒輪箱故障診斷設(shè)備。
為完成上述任務(wù)，本實(shí)用新型所采用的技術(shù)方案是裝在齒輪箱上的加速度傳感器通過雙8路多路開關(guān)分別與差動(dòng)儀表放大器聯(lián)接，恒流源通過雙8路多路開關(guān)為加速度傳感器提供電流，差動(dòng)儀表放大器與可變Q值和可變諧振頻率f0的諧振器聯(lián)接，二級(jí)諧振器的輸入端和輸出端分別與諧振器輸出端、高頻濾波器的輸入端聯(lián)接，絕對(duì)值電路的輸入端和輸出端分別與高頻濾波器的輸出端、串聯(lián)的低通濾波器的輸入端聯(lián)接，12位A/D轉(zhuǎn)換芯片的輸入端和輸出端分別與低通濾波器的輸出端和單片機(jī)的輸入端聯(lián)接，單片機(jī)連接液晶屏顯示器。
可變Q值和可變諧振頻率f0的諧振器采用可編程的變品質(zhì)因數(shù)Q和可變諧振頻率f0的諧振電路，諧振電路采用MAX7400可編程的濾波器，可編程濾波器中F0～F4為可變諧振頻率f0的可編程控制端，可選擇32種可變諧振頻率f0，可編程濾波器中Q0～Q6為品質(zhì)因數(shù)Q的可編程控制端，可選擇128種不同的品質(zhì)因數(shù)Q，這些端子由電子開關(guān)控制接+5V或-5V。
濾波器的時(shí)鐘頻率為f，且滿足f/f0＝100的關(guān)系，時(shí)鐘頻率f可由V/F壓頻變換在0～1mHzk范圍內(nèi)選取?？勺冎C振頻率f0的選取要根據(jù)具體機(jī)械設(shè)備的轉(zhuǎn)速確定，因機(jī)械故障信號(hào)均包含與轉(zhuǎn)速成正比的特征頻率，因此，根據(jù)特征頻率來確定f0，再選擇Q值，得到所需要的帶寬。
由于采用上述技術(shù)方案，本實(shí)用新型的價(jià)格僅為日本川鐵Advantech Co.Ltd生產(chǎn)的MK-210HE for Windows超世紀(jì)電子診斷測(cè)定儀的1/8～1/10，且具有能精確預(yù)知設(shè)備故障的異常發(fā)生、預(yù)測(cè)修理時(shí)間、降低維修成本、保證安全生產(chǎn)、適于現(xiàn)場(chǎng)應(yīng)用等優(yōu)點(diǎn)。
本實(shí)用新型不僅適用于大功率齒輪箱故障診斷，還廣泛適用于電機(jī)、泵和其他齒輪、軸承等的故障診斷。
四

圖1是本實(shí)用新型的工作示意圖；圖2是圖1中的可變Q值和可變諧振頻率的諧振器[5]電路示意圖。
五具體實(shí)施方式
本實(shí)用新型如圖1所示，裝在齒輪箱上的加速度傳感器[1]通過8路多路開關(guān)[2]、[14]分別與差動(dòng)儀表放大器[4]連接，恒流源[3]通過8路多路開關(guān)[2]、[14]為加速度傳感器[1]提供2～20MA的電流。8路多路開關(guān)[2]、[14]為MAX310組成的雙8路多路開關(guān)，構(gòu)成同時(shí)輸入8路傳感器信號(hào)的電路。差動(dòng)儀表放大器[4]與可變Q值和可變諧振頻率f0的諧振器[5]聯(lián)接，兩路公共輸出端輸出信號(hào)作為差動(dòng)儀表放大器[4]AD654的輸入信號(hào)。二級(jí)諧振器[6]的輸入端和輸出端分別與諧振器[5]、高頻濾波器[7]聯(lián)接，可變Q值和可變諧振頻率f0的諧振器[5]由MAX7400構(gòu)成，AD654的輸出信號(hào)作為諧振器[5]的輸入信號(hào)，將沖擊信號(hào)提取出來轉(zhuǎn)換為高頻振蕩信號(hào)。二級(jí)諧振器[6]進(jìn)一步加強(qiáng)高頻振蕩信號(hào)的能量，去掉高頻振蕩信號(hào)中的干擾。絕對(duì)值電路[8]的輸入端和輸出端分別與高頻濾波器[7]的輸出端、串聯(lián)的低通濾波器[9]、[10]的輸入端聯(lián)結(jié)，將高頻振蕩信號(hào)轉(zhuǎn)換為單極性，單極性的高頻振蕩信號(hào)取其包絡(luò)。12位A/D轉(zhuǎn)換芯片[11]的輸入端和輸出端分別與低通濾波器[10]的輸出端和單片機(jī)[12]的輸入端聯(lián)接，單片機(jī)[12]聯(lián)接液晶屏顯示器[13]。
本實(shí)用新型采用可編程的變品質(zhì)因數(shù)Q和可變諧振頻率f0的諧振電路。變Q值和可變諧振頻率f0的可編程沖擊信號(hào)提取電路由MAX7400可編程的濾波器構(gòu)成，如圖2所示。可編程濾波器中F0～F4為可變諧振頻率f0的可編程控制端，可選擇32種可變諧振頻率f0，可編程濾波器中Q0～Q6為品質(zhì)因數(shù)Q的可編程控制端，可選擇128種不同的品質(zhì)因數(shù)Q，這些端子由電子開關(guān)控制接+5V或-5V。
濾波器的時(shí)鐘頻率為f，且滿足f/f0＝100的關(guān)系。時(shí)鐘頻率f可由V/F壓頻變換在0～1mHzk范圍內(nèi)選取?？勺冎C振頻率f0的選取要根據(jù)具體機(jī)械設(shè)備的轉(zhuǎn)速確定，因機(jī)械故障信號(hào)均包含與轉(zhuǎn)速成正比的特征頻率，因此，根據(jù)特征頻率來確定可變諧振頻率f0，再選擇Q值，得到所需要的帶寬。在所選擇的帶寬范圍內(nèi)，只允許含有高頻成分的故障沖擊信號(hào)通過，從而達(dá)到?jīng)]有故障沖擊就沒有解調(diào)波形輸出的效果?？勺冎C振頻率f0和品質(zhì)因素Q值的共振解調(diào)線路其優(yōu)點(diǎn)在于振動(dòng)信號(hào)的采集可以不用價(jià)格昂貴的高頻加速度傳感器，可根據(jù)加速度傳感器的頻帶，選擇可變諧振頻率f0和品質(zhì)因素Q值就可以得到非常滿意的測(cè)量效果。
本實(shí)用新型將可編程的變Q值、可變諧振頻率f0的共振解調(diào)電路和基于共振解調(diào)技術(shù)與小波分析的故障診斷系統(tǒng)應(yīng)用于便攜式故障診斷儀器。本實(shí)施方式采用雙CPU的結(jié)構(gòu)，發(fā)揮凌陽單片機(jī)DSP功能和77E58的位控功能。兩個(gè)單片機(jī)之間通信，比較完美的進(jìn)行數(shù)字信號(hào)處理和液晶屏的管理。
大型軸承和齒輪組成的大功率齒輪箱，在我國約有一萬多臺(tái)(套)大功率齒輪(箱)廣泛用于電力、機(jī)械、冶金、建材、采礦等行業(yè)，在國民經(jīng)濟(jì)中起著極為重要的作用。這些裝備一旦發(fā)生故障停機(jī)，不僅嚴(yán)重?fù)p壞設(shè)備且給生產(chǎn)造成巨大損失。本實(shí)用新型則具有能精確預(yù)知設(shè)備故障的異常發(fā)生、預(yù)測(cè)修理時(shí)間、降低維修成本、保證了安全生產(chǎn)。尤其是其價(jià)格僅為日本川鐵AdvantechCo.Ltd生產(chǎn)的MK-210HE for Windows超世紀(jì)電子診斷測(cè)定儀的1/8～1/10，適于現(xiàn)場(chǎng)應(yīng)用，可極大提高生產(chǎn)力。
權(quán)利要求1.一種大功率齒輪箱故障診斷設(shè)備，其特征在于裝在齒輪箱上的加速度傳感器[1]通過8路多路開關(guān)[2]、[14]分別與差動(dòng)儀表放大器[4]聯(lián)接，恒流源[3]通過8路多路開關(guān)[2]、[14]為加速度傳感器[1]提供電流，差動(dòng)儀表放大器[4]與可變Q值和可變諧振頻率f0的諧振器[5]聯(lián)接，二級(jí)諧振器[6]的輸入端和輸出端分別與諧振器[5]的輸出端、高頻濾波器[7]的輸入端聯(lián)接，絕對(duì)值電路[8]的輸入端和輸出端分別與高頻濾波器[7]的輸出端、串聯(lián)的低通濾波器[9]、[10]的輸入端聯(lián)接，12位A/D轉(zhuǎn)換芯片[11]的輸入端和輸出端分別與低通濾波器[10]的輸出端和單片機(jī)[12]的輸入端聯(lián)接，單片機(jī)[12]連接液晶屏顯示器[13]。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的大功率齒輪箱故障診斷設(shè)備，其特征在于可變Q值和可變諧振頻率f0的諧振器[5]采用可編程的變品質(zhì)因數(shù)Q和可變諧振頻率f0的諧振電路，諧振電路采用MAX7400可編程的濾波器，可編程濾波器中F0～F4為諧振頻率f0的可編程控制端，可選擇32種可變諧振頻率f0，可編程濾波器中Q0～Q6為品質(zhì)因數(shù)Q的可編程控制端，可選擇128種不同的品質(zhì)因數(shù)Q，這些端子由電子開關(guān)控制接+5V或-5V。
3.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的大功率齒輪箱故障診斷設(shè)備，其特征在于諧振器[5]的時(shí)鐘頻率為f，且滿足f/f0＝100的關(guān)系。時(shí)鐘頻率f可由V/F壓頻變換在0～1mHzk范圍內(nèi)選取。
專利摘要本實(shí)用新型涉及一種大功率齒輪箱故障診斷設(shè)備。技術(shù)方案是加速度傳感器[1]通過8路多路開關(guān)[2]、[14]分別與差動(dòng)儀表放大器[4]聯(lián)接，差動(dòng)儀表放大器[4]與可變Q值和可變諧振頻率的諧振器[5]聯(lián)接，二級(jí)諧振器[6]分別與諧振器[5]、高頻濾波器[7]聯(lián)接，絕對(duì)值電路[8]分別與高頻濾波器[7]、串聯(lián)的低通濾波器[9]、[10]聯(lián)接，12位A/D轉(zhuǎn)換芯片[11]分別與低通濾波器[10]和控制液晶屏顯示器[13]的單片機(jī)[12]聯(lián)接。可變Q值和可變諧振頻率的諧振器[5]的時(shí)鐘頻率f可由V/F壓頻變換在0～1mHzk范圍內(nèi)選取，且滿足f/f
文檔編號(hào)G01N29/12GK2681138SQ200420017390
公開日2005年2月23日 申請(qǐng)日期2004年3月11日 優(yōu)先權(quán)日2004年3月11日
發(fā)明者周鳳星, 程耕國 申請(qǐng)人:武漢科技大學(xué)