專利名稱：一種同步齒輪箱初始故障的在線監(jiān)測(cè)與診斷裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明屬于在線初始故障監(jiān)測(cè)與診斷裝置。具體涉及一種同步齒輪箱初始故障的在線監(jiān) 測(cè)與診斷裝置。
背景技術(shù)：
設(shè)備診斷技術(shù)是當(dāng)前在國(guó)內(nèi)外發(fā)展迅速、用途廣泛的新技術(shù)。而齒輪及齒輪箱作為機(jī)械 設(shè)備中一種必不可少的連接和傳遞動(dòng)力的通用零部件，在金屬切割機(jī)床、航空、電力系統(tǒng)、 冶金機(jī)械等現(xiàn)代化工業(yè)設(shè)備中得到了廣泛的應(yīng)用。但由于其本身結(jié)構(gòu)復(fù)雜，工作環(huán)境惡劣等 原因，齒輪及齒輪箱容易受到損害和出現(xiàn)故障。1、 早期的故障診斷主要是依靠人工，利用觸、摸、聽、看等手段對(duì)設(shè)備進(jìn)行診斷。通過 經(jīng)驗(yàn)的積累，人們可以對(duì)一些設(shè)備故障做出判斷。[劉峻華.汽輪機(jī)故障診斷技術(shù)的發(fā)展與展 望.中國(guó)論文下載中心.2001 (3)]但這種手段由于其局限性和不完備性，現(xiàn)在已不能適應(yīng)生 產(chǎn)對(duì)設(shè)備可靠性的要求。2、 以檢測(cè)儀表為主體的監(jiān)測(cè)系統(tǒng)，目前我國(guó)大部分儀器都配備著這種裝置，[鐘秉林. 《機(jī)械故障診斷學(xué)》.上?？茖W(xué)技術(shù)出版社.2000]，但是其監(jiān)測(cè)信號(hào)是隨機(jī)的，機(jī)組在強(qiáng)烈震動(dòng)之前征兆不是很明顯，而一旦振幅突然增大，則為時(shí)已晚，不能防止突發(fā)性故障。此外， 儀表本身沒有分析功能，還是要依賴于人的經(jīng)驗(yàn)，可靠性依然不強(qiáng)。3、 儀表配備軟硬件分析裝置，這是對(duì)第2種監(jiān)測(cè)方法的一種改進(jìn)與補(bǔ)充，[徐敏.設(shè)備故 障診斷手冊(cè).西安交通大學(xué).1998]，但是依然存在以下幾個(gè)缺點(diǎn)a. 診斷決策依然要依賴于診斷專家。b. 不能連續(xù)的分析，容易丟失數(shù)據(jù)，不能防止突發(fā)性故障。c. 故障與征兆之間無因果聯(lián)系，所以難免會(huì)出現(xiàn)誤診。綜上所述，目前的監(jiān)測(cè)系統(tǒng)對(duì)人的依賴性太大，不能實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)，有小的故障隱患時(shí)難以 及時(shí)發(fā)現(xiàn)，不能保證設(shè)備的正常運(yùn)行和避免突發(fā)事故，從而導(dǎo)致需要整體拆機(jī)維修，造成更 大的浪費(fèi)與經(jīng)濟(jì)損失。發(fā)明內(nèi)容本發(fā)明旨在克服上述技術(shù)缺陷，其任務(wù)是提供一種便于操作的、可提高設(shè)備利用率的、及時(shí)和準(zhǔn)確的、經(jīng)濟(jì)效益高的同步齒輪箱初始故障的在線監(jiān)測(cè)與診斷裝置。為完成上述任務(wù)，本發(fā)明采用的技術(shù)方案是先將2N(N為正整數(shù))個(gè)相同的加速度傳感 器分別裝在同步齒輪箱的待測(cè)位置；再將每個(gè)加速度傳感器的輸出端分別與第一N路多路開 關(guān)和第二 N路多路開關(guān)的輸入端Xo Xn-!連接；第一 N路多路開關(guān)的輸出公共端COM與變 參數(shù)共振解調(diào)信號(hào)調(diào)理箱的第一子系統(tǒng)和第二子系統(tǒng)的同號(hào)輸入端IN+連接，第二 N路多路 開關(guān)的輸出公共端COM與變參數(shù)共振解調(diào)信號(hào)調(diào)理箱的第一子系統(tǒng)和第二子系統(tǒng)的反號(hào)輸 入端IN-連接；第一子系統(tǒng)的輸出端AHo AH2分別與A/D轉(zhuǎn)換卡的輸入端BHHBH2依次對(duì) 應(yīng)連接，第二子系統(tǒng)的輸出端AHQ~AH2分別與A/D轉(zhuǎn)換卡的輸入端BH3~BH5依次對(duì)應(yīng)連接， A/D轉(zhuǎn)換卡的輸出端D0 D2w分別通過總線與主控機(jī)的PCI擴(kuò)展槽連接，主控機(jī)通過以太網(wǎng) 與服務(wù)器連接。專家系統(tǒng)故障分析軟件安裝在主控機(jī)內(nèi)，專家系統(tǒng)故障分析軟件在Labview操作平臺(tái)上 運(yùn)行。所述的變參數(shù)共振解調(diào)信號(hào)調(diào)理箱由兩個(gè)結(jié)構(gòu)和電路連接方式完全相同的第一子系統(tǒng)和第二子系統(tǒng)組成；第一子系統(tǒng)中的差動(dòng)儀表放大器的同號(hào)輸入端IN+和反號(hào)輸入端IN-分別與第一 N路多路開關(guān)和第二 N路多路開關(guān)的輸出公共端COM連接，差動(dòng)儀表放大器的輸出端 Ao分別與第一低通濾波器輸入端Bo和第一諧振器的輸入端INa連接，第一低通濾波器的輸出 端Yo與第二低通濾波器的輸入端Bi連接；第一諧振器的輸出端BPB與第二諧振器的輸入端 INa逢接，第二諧振器的輸出端BPB與高頻濾波器的輸入端IN+連接，高頻濾波器的輸出端 OUT與絕對(duì)值電路的輸入端IN+連接，絕對(duì)值電路的輸出端OUT與第三低通濾波器的輸入端 IN+連接，第三低通濾波器的輸出端OUT與第四低通濾波器的輸入端IN+連接，第四低通濾 波器的輸出端AH,與峰值檢測(cè)電路的輸入端IN+連接；第一子系統(tǒng)的第二低通濾波器的輸出 端AHo、第四低通濾波器的輸出端AHi和峰值檢測(cè)電路的輸出端AH2分別與A/D轉(zhuǎn)換芯片的 輸入端BH(HBH2對(duì)應(yīng)依次連接。變參數(shù)共振解調(diào)信號(hào)調(diào)理箱的第二子系統(tǒng)除第二低通濾波器的輸出端AH0、第四低通濾 波器的輸出端AHi和峰值檢測(cè)電路的輸出端AH2分別與A/D轉(zhuǎn)換芯片的輸入端BH廣BH5對(duì) 應(yīng)連接外，其它同第一子系統(tǒng)。所述的第一諧振器和第二諧振器均采用可編程的變品質(zhì)因數(shù)Q和可變諧振頻率fo的諧振 電路，該諧振電路采用MAX7400可編程的濾波器，可編程濾波器中Fo F4為諧振頻率f 0的 可編程控制端，采用最多32種可變諧振頻率f o，可編程濾波器中Qo q6為品質(zhì)因數(shù)Q的可編程控制端，采用最多128種不同的品質(zhì)因數(shù)Q。所述的第一諧振器和第二諧振器的時(shí)鐘頻率為f，滿足f/f0=100的關(guān)系；時(shí)鐘頻率f由V/F壓頻變換，時(shí)鐘頻率f的取值范圍為0 1MHz。所述的專家系統(tǒng)故障分析軟件的主流程是將A/D卡讀取數(shù)據(jù)分別進(jìn)行時(shí)域分析和頻域 分析。通過時(shí)域分析的1024點(diǎn)數(shù)字信號(hào)的解調(diào)峰值與知識(shí)庫(kù)的正常值進(jìn)行比對(duì)，若其解調(diào)峰 值超出了知識(shí)庫(kù)中正常值的兩倍，則被測(cè)對(duì)象存在故障。軟件的知識(shí)庫(kù)是在新機(jī)器運(yùn)行時(shí)保 存的正常狀態(tài)下的數(shù)據(jù)，為推理機(jī)的推理結(jié)果提供參考和依據(jù)，知識(shí)庫(kù)可以不斷的進(jìn)行更新 和維護(hù)。當(dāng)1024點(diǎn)采樣信號(hào)頻譜的一倍頻的幅值較大時(shí)，且所述的時(shí)域分析亦存在故障，則進(jìn)入 人機(jī)交互界面，并顯示診斷的結(jié)論，說明被測(cè)對(duì)象有松動(dòng)；當(dāng)頻域分析的1024點(diǎn)采樣信號(hào)的頻譜中有軸承的故障特征頻率，且所述的時(shí)域分析亦存 在故障，則進(jìn)入人機(jī)交互界面，并顯示診斷的結(jié)論，說明被測(cè)對(duì)象軸承有故障；當(dāng)頻域分析的1024點(diǎn)采樣信號(hào)的頻譜中有齒輪的嚙合頻率和邊頻，且所述的時(shí)域分析亦 存在故障，則進(jìn)入人機(jī)交互界面，并顯示診斷的結(jié)論，說明被測(cè)對(duì)象齒輪有故障。由于采用上述技術(shù)方案，本發(fā)明利用加速度傳感器監(jiān)測(cè)同步齒輪箱的振動(dòng)情況，提取同 步齒輪箱軸承、齒輪的初始故障信息。將被測(cè)點(diǎn)的信號(hào)通過變參數(shù)共振解調(diào)信號(hào)調(diào)理箱進(jìn)行 處理，同時(shí)將這些信息存入服務(wù)器，可實(shí)現(xiàn)同步齒輪箱的遠(yuǎn)程監(jiān)測(cè)與診斷。使得同步齒輪箱 的工作狀態(tài)在局域網(wǎng)上可以方便地進(jìn)行瀏覽，使各級(jí)管理人員隨時(shí)了解設(shè)備的工作狀態(tài)。因此，本發(fā)明具有便于操作、可提高設(shè)備利用率、經(jīng)濟(jì)效益高、及時(shí)和準(zhǔn)確的進(jìn)行同步 齒輪箱初始故障的在線監(jiān)測(cè)與診斷的特點(diǎn)。


圖1是本發(fā)明的一種結(jié)構(gòu)示意圖；圖2是圖1中的變參數(shù)共振解調(diào)信號(hào)調(diào)理箱；圖3是專家系統(tǒng)故障分析軟件主流程框圖。
具體實(shí)施方式
下面結(jié)合附圖對(duì)本發(fā)明作進(jìn)一步的描述，并非對(duì)本發(fā)明保護(hù)范圍的限制。 一種同步齒輪箱初始故障的在線監(jiān)測(cè)與診斷裝置。先將2N(N為8)個(gè)相同的加速度傳感 器分別裝在同步齒輪箱的軸承、齒輪待測(cè)位置，加速度傳感器采用美國(guó)PCB-608A11的產(chǎn)品。 如圖1所示，再將每個(gè)加速度傳感器的輸出端分別與第一N路多路開關(guān)和第二N路多路開關(guān)的輸入端Xo Xn-!連接；第一 N路多路開關(guān)的輸出公共端COM與變參數(shù)共振解調(diào)信號(hào)調(diào)理 箱的第一子系統(tǒng)和第二子系統(tǒng)的同號(hào)輸入端IN+連接，第二 N路多路開關(guān)的輸出公共端COM 與變參數(shù)共振解調(diào)信號(hào)調(diào)理箱的第一子系統(tǒng)和第二子系統(tǒng)的反號(hào)輸入端IN.連接；第一子系統(tǒng) 的輸出端AHo AH2分別與A/D轉(zhuǎn)換卡的輸入端BHo BH2依次對(duì)應(yīng)連接，第二子系統(tǒng)的輸出 端AHQ~AH2分別與A/D轉(zhuǎn)換卡的輸入端BH3~BH5依次對(duì)應(yīng)連接，A/D轉(zhuǎn)換卡的輸出端 D0~D2l>1分別通過總線與主控機(jī)的PCI擴(kuò)展槽連接，主控機(jī)通過以太網(wǎng)與服務(wù)器連接。專家系統(tǒng)故障分析軟件安裝在主控機(jī)內(nèi)，專家系統(tǒng)故障分析軟件在Labview操作平臺(tái)上 運(yùn)行。所述的變參數(shù)共振解調(diào)信號(hào)調(diào)理箱如圖2所示由兩個(gè)結(jié)構(gòu)和電路連接方式完全相同的第一子系統(tǒng)和第二子系統(tǒng)組成。第一子系統(tǒng)中的差動(dòng)儀表放大器的同號(hào)輸入端IN+和反號(hào)輸 入端IN—分別與第一 N路多路開關(guān)和第二 N路多路開關(guān)的輸出公共端COM連接，差動(dòng)儀表 放大器的輸出端Ao分別與第一低通濾波器輸入端Bo和第一諧振器的輸入端INa連接，第一 低通濾波器的輸出端Yo與第二低通濾波器的輸入端Bi連接；第一諧振器的輸出端BPB與第 二諧振器的輸入端INa連接，第二諧振器的輸出端BPB與高頻濾波器的輸入端IN+連接，高 頻濾波器的輸出端OUT與絕對(duì)值電路的輸入端IN+連接，絕對(duì)值電路的輸出端OUT與第三 低通濾波器的輸入端IN+連接，第三低通濾波器的輸出端OUT與第四低通濾波器的輸入端IN+ 連接，第四低通濾波器的輸出端AF^與峰值檢測(cè)電路的輸入端IN+連接；第一子系統(tǒng)的第二 低通濾波器的輸出端AHo、第四低通濾波器的輸出端AH,和峰值檢測(cè)電路的輸出端AH2分別 與A/D轉(zhuǎn)換芯片的輸入端BHo BH2對(duì)應(yīng)依次連接。變參數(shù)共振解調(diào)信號(hào)調(diào)理箱的第二子系統(tǒng)除第二低通濾波器的輸出端AHo、第四低通濾 波器的輸出端A&和峰值檢測(cè)電路的輸出端AH2分別與A/D轉(zhuǎn)換芯片的輸入端BH3 BH5對(duì) 應(yīng)連接外，其它同第一子系統(tǒng)。所述的第一諧振器和第二諧振器均采用可編程的變品質(zhì)因數(shù)Q和可變諧振頻率fQ的諧振 電路，該諧振電路采用MAX7400可編程的濾波器，可編程濾波器中Fo F4為諧振頻率f o的 可編程控制端，采用最多32種可變諧振頻率f o，可編程濾波器中Qo Q6為品質(zhì)因數(shù)Q的可 編程控制端，采用最多128種不同的品質(zhì)因數(shù)Q。所述的第一諧振器和第二諧振器的時(shí)鐘頻率為f，滿足f/f(^100的關(guān)系；時(shí)鐘頻率f由 V/F壓頻變換，時(shí)鐘頻率f的取值范圍為0 1mHzk。所述的專家系統(tǒng)故障分析軟件的主流程如圖3所示將A/D卡讀取數(shù)據(jù)分別進(jìn)行時(shí)域分析和頻域分析。通過時(shí)域分析的1024點(diǎn)數(shù)字信號(hào)的解調(diào)峰值與知識(shí)庫(kù)的正常值進(jìn)行比對(duì)，若 其解調(diào)峰值超出了知識(shí)庫(kù)中正常值的兩倍，則被測(cè)對(duì)象存在故障。軟件的知識(shí)庫(kù)是在新機(jī)器 運(yùn)行時(shí)保存的正常狀態(tài)下的數(shù)據(jù)，為推理機(jī)的推理結(jié)果提供參考和依據(jù)，知識(shí)庫(kù)可以不斷的 進(jìn)行更新和維護(hù)。1024點(diǎn)采樣信號(hào)頻譜的一倍頻的幅值較大時(shí)，且上述的時(shí)域分析亦存在故障，則進(jìn)入人 機(jī)交互界面，并顯示診斷的結(jié)論，說明被測(cè)對(duì)象有松動(dòng)；當(dāng)頻域分析的1024點(diǎn)采樣信號(hào)的頻譜中有軸承的故障特征頻率，且上述的時(shí)域分析亦存 在故障，則進(jìn)入人機(jī)交互界面，并顯示診斷的結(jié)論，說明被測(cè)對(duì)象軸承有故障；當(dāng)頻域分析的1024點(diǎn)采樣信號(hào)的頻譜中有齒輪的嚙合頻率和邊頻，且上述的時(shí)域分析亦 存在故障，則進(jìn)入人機(jī)交互界面，并顯示診斷的結(jié)論，說明被測(cè)對(duì)象齒輪有故障。本具體實(shí)施方式
具有便于操作、及時(shí)、準(zhǔn)確地反映同步齒輪箱的初始故障的特點(diǎn)。
權(quán)利要求
1、一種同步齒輪箱在線初始故障的監(jiān)測(cè)與診斷系統(tǒng)，其特征在于先將2N(N為正整數(shù))個(gè)相同的加速度傳感器分別裝在同步齒輪箱的待測(cè)位置；再將每個(gè)加速度傳感器的輸出端分別與第一N路多路開關(guān)和第二N路多路開關(guān)的輸入端X0～XN-1連接；第一N路多路開關(guān)的輸出公共端COM與變參數(shù)共振解調(diào)信號(hào)調(diào)理箱的第一子系統(tǒng)和第二子系統(tǒng)的同號(hào)輸入端IN+連接，第二N路多路開關(guān)的輸出公共端COM與變參數(shù)共振解調(diào)信號(hào)調(diào)理箱的第一子系統(tǒng)和第二子系統(tǒng)的反號(hào)輸入端IN-連接；第一子系統(tǒng)的輸出端AH0～AH2分別與A/D轉(zhuǎn)換卡的輸入端BH0～BH2依次對(duì)應(yīng)連接，第二子系統(tǒng)的輸出端AH0～AH2分別與A/D轉(zhuǎn)換卡的輸入端BH3～BH5依次對(duì)應(yīng)連接，A/D轉(zhuǎn)換卡的輸出端D0～D2n-1分別通過總線與主控機(jī)的PCI擴(kuò)展槽連接，主控機(jī)通過以太網(wǎng)與服務(wù)器連接；專家系統(tǒng)故障分析軟件安裝在主控機(jī)內(nèi)，專家系統(tǒng)故障分析軟件在Labview操作平臺(tái)上運(yùn)行。
2、 根據(jù)權(quán)利要求l所述的同步齒輪箱在線初始故障的監(jiān)測(cè)與診斷系統(tǒng)，其特征在于所述 的變參數(shù)共振解調(diào)信號(hào)調(diào)理箱由兩個(gè)結(jié)構(gòu)和電路連接方式完全相同的第一子系統(tǒng)和第二子系 統(tǒng)組成；第一子系統(tǒng)中的差動(dòng)儀表放大器的同號(hào)輸入端IN+和反號(hào)輸入端IN-分別與第一 N 路多路開關(guān)和第二N路多路開關(guān)的輸出公共端COM連接，差動(dòng)儀表放大器的輸出端Ao分別 與第一低通濾波器輸入端Bo和第一諧振器的輸入端INa連接，第一低通濾波器的輸出端Y0 與第二低通濾波器的輸入端Bi連接；第一諧振器的輸出端BPB與第二諧振器的輸入端INa連 接，第二諧振器的輸出端BPB與高頻濾波器的輸入端IN+連接，高頻濾波器的輸出端OUT與 絕對(duì)值電路的輸入端IN+連接，絕對(duì)值電路的輸出端OUT與第三低通濾波器的輸入端IN十連 接，第三低通濾波器的輸出端OUT與第四低通濾波器的輸入端IN+連接，第四低通濾波器的 輸出端AH,與峰值檢測(cè)電路的輸入端IN+連接；第一子系統(tǒng)的第二低通濾波器的輸出端AH0、 第四低通濾波器的輸出端AH!和峰值檢測(cè)電路的輸出端AH2分別與A/D轉(zhuǎn)換芯片的輸入端 BHo BH2對(duì)應(yīng)依次連接；變參數(shù)共振解調(diào)信號(hào)調(diào)理箱的第二子系統(tǒng)除第二低通濾波器的輸出端AHo、第四低通濾 波器的輸出端AHi和峰值檢測(cè)電路的輸出端AH2分別與A/D轉(zhuǎn)換芯片的輸入端BH廣BH5對(duì) 應(yīng)連接外，其它同第一子系統(tǒng)。
3、 根據(jù)權(quán)利要求1所述的同步齒輪箱在線初始故障的監(jiān)測(cè)與診斷系統(tǒng)，其特征在于所述 的第一諧振器和第二諧振器均采用可編程的變品質(zhì)因數(shù)Q和可變諧振頻率fo的諧振電路，該 諧振電路采用MAX7400可編程的濾波器，可編程濾波器中FG~F4為諧振頻率f Q的可編程控 制端，采用最多32種可變諧振頻率f Q，可編程濾波器中Qo Q6為品質(zhì)因數(shù)Q的可編程控制 端，采用最多128種不同的品質(zhì)因數(shù)Q。
4、 根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的同步齒輪箱在線初始故障的監(jiān)測(cè)與診斷系統(tǒng)，其特征在于 所述的第一諧振器和第二諧振器的時(shí)鐘頻率為f，滿足f/fQ=100的關(guān)系；時(shí)鐘頻率f由V/F 壓頻變換，時(shí)鐘頻率f的取值范圍為0 1raHzk。
5、 根據(jù)權(quán)利要求書1所述的同步齒輪箱在線初始故障的監(jiān)測(cè)與診斷系統(tǒng)，其特征在于所 述的專家系統(tǒng)故障分析軟件的主流程是將A/D卡讀取數(shù)據(jù)分別進(jìn)行時(shí)域分析和頻域分析； 通過時(shí)域分析的1024點(diǎn)數(shù)字信號(hào)的解調(diào)峰值與知識(shí)庫(kù)的正常值進(jìn)行比對(duì)，若其解調(diào)峰值超出 了知識(shí)庫(kù)中正常值的兩倍，則被測(cè)對(duì)象存在故障；1024點(diǎn)采樣信號(hào)頻譜的一倍頻的幅值較大時(shí)，且上述的時(shí)域分析亦存在故障，則進(jìn)入人 機(jī)交互界面，并顯示診斷的結(jié)論，說明被測(cè)對(duì)象有松動(dòng)；當(dāng)頻域分析的1024點(diǎn)采樣信號(hào)的頻譜中有軸承的故障特征頻率，且上述的時(shí)域分析亦存 在故障，則進(jìn)入人機(jī)交互界面，并顯示診斷的結(jié)論，說明被測(cè)對(duì)象軸承有故障；當(dāng)頻域分析的1024點(diǎn)采樣信號(hào)的頻譜中有齒輪的嚙合頻率和邊頻，且上述的時(shí)域分析亦 存在故障，則進(jìn)入人機(jī)交互界面，并顯示診斷的結(jié)論，說明被測(cè)對(duì)象齒輪有故障。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種同步齒輪箱初始故障的在線監(jiān)測(cè)與診斷裝置。其技術(shù)方案是將2N(N為正整數(shù))個(gè)加速傳感器裝在同步齒輪箱待測(cè)位置；將加速度傳感器的輸出端與第一和第二N路多路開關(guān)的輸入端X₀～X_N-1連接，第一N路多路開關(guān)的輸出公共端COM與兩個(gè)子系統(tǒng)的同號(hào)輸入端IN₊連接，第二N路多路開關(guān)的輸出公共端COM與兩個(gè)子系統(tǒng)的反號(hào)輸入端IN_-連接。兩個(gè)子系統(tǒng)的輸出端AH₀～AH₂與A/D轉(zhuǎn)換卡的輸入端BH₀～BH₅連接，A/D轉(zhuǎn)換卡的輸出端D₀～D_2n-1與主控機(jī)的PCI擴(kuò)展槽連接，主控機(jī)通過以太網(wǎng)與服務(wù)器連接。專家系統(tǒng)故障分析軟件安裝在主控機(jī)內(nèi)，在Labview操作平臺(tái)上運(yùn)行。本發(fā)明具有便于操作，及時(shí)、準(zhǔn)確地反映同步齒輪箱的初始故障的特點(diǎn)。
文檔編號(hào)G01M13/02GK101334335SQ200810048348
公開日2008年12月31日 申請(qǐng)日期2008年7月10日 優(yōu)先權(quán)日2008年7月10日
發(fā)明者余靜嫻, 靜 劉, 周鳳星, 程耕國(guó), 譚明喧 申請(qǐng)人:武漢科技大學(xué)