專利名稱：：一種電刷滑環(huán)故障的診斷裝置及機(jī)理診斷和維修設(shè)計(jì)方法
技術(shù)領(lǐng)域：
：本發(fā)明涉及一種電刷滑環(huán)故障的診斷裝置及機(jī)理診斷和維修設(shè)計(jì)方法，屬于故障診斷與安全
技術(shù)領(lǐng)域：
；尤其適用于風(fēng)力發(fā)電機(jī)的雙饋發(fā)電機(jī)等和軌道交通接地回路等電刷滑環(huán)的運(yùn)行故障和結(jié)構(gòu)故障診斷及處理。
背景技術(shù)：
：在現(xiàn)有風(fēng)力發(fā)電機(jī)中，雙饋式發(fā)電機(jī)占有主流地位；而其中帶有電刷滑環(huán)的"有刷雙饋發(fā)電機(jī)"又占有很大比重。此類發(fā)電機(jī)大量發(fā)生電刷滑環(huán)故障，輕則引起自動跳閘停止發(fā)電，重則發(fā)生強(qiáng)烈的破壞作用，嚴(yán)重?fù)p害風(fēng)力發(fā)電機(jī)組的安全。在其他交流發(fā)電機(jī)中為了避免轉(zhuǎn)子感應(yīng)的軸電壓流過和損傷軸承，要求將軸承對機(jī)器外殼絕緣安裝，將軸上的軸電壓通過與之連接的滑環(huán)和電刷接機(jī)器外殼(地)，卻時(shí)常因?yàn)殡娝⒒h(huán)故障斷路而引發(fā)其他故障。此外，在軌道交通設(shè)備中，電力供給的接地回路是通過電刷滑環(huán)將電流傳輸?shù)杰囕喨缓笥绍囕唫鬏數(shù)戒撥墝?shí)現(xiàn)的，同樣易發(fā)生電刷滑環(huán)故障。因此，有必要提出識別運(yùn)轉(zhuǎn)中電刷滑環(huán)故障及故障機(jī)理，并據(jù)此指導(dǎo)電刷滑環(huán)的先進(jìn)維修以及改進(jìn)設(shè)計(jì)的方法，以便能及時(shí)實(shí)現(xiàn)對相應(yīng)故障進(jìn)行機(jī)理診斷和及時(shí)維修，防止危害風(fēng)力發(fā)電機(jī)和軌道交通設(shè)備等安全事故的發(fā)生。以雙饋式風(fēng)力發(fā)電機(jī)為例，該發(fā)電機(jī)可以在轉(zhuǎn)子的轉(zhuǎn)速頻率FN不等于發(fā)電頻率FG(中國電網(wǎng)規(guī)定為50Hz)的整分?jǐn)?shù)時(shí)發(fā)出頻率等于FG的電壓，其解決的方法是對轉(zhuǎn)子的電磁鐵以頻率FK的交流電勵磁，例如，電磁鐵的磁極對數(shù)為N(通常^2)時(shí)，如果轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)速頻率FN〈FG/N，則控制勵磁電源的頻率FK=(FG/N-FN)，使磁場的旋轉(zhuǎn)頻率為N(FN+FK)二N(FN+FG/N-FN)=FG，則可以保障所發(fā)電壓的頻率等于FG，從而為所發(fā)電能并網(wǎng)饋送準(zhǔn)備一個必要條件。為了對轉(zhuǎn)子有效勵磁，通常采用3相4線的方式對轉(zhuǎn)子饋電，于是設(shè)有A、B、C、D等4個滑環(huán)，分別通過電刷連接相應(yīng)的、頻率等于FK的A、B、C3相電壓饋送線和星形連接繞組中性點(diǎn)的接地線；其中，A、B、C相饋送的是相互相位相差120度的電壓較高、電流較大的電壓。因此，為了饋電可靠，一般采用均布的Z組電刷，例如2=2~3，而用于連接繞組中性點(diǎn)或者用于斷路軸電壓的D相的電刷則只有1組電刷甚至只有1個電刷，因?yàn)閭鹘y(tǒng)設(shè)計(jì)思想認(rèn)為在理想的狀況下，D相沒有或只有不大的電壓和電流。有的D相滑環(huán)還與發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)子直接連接，目的是把轉(zhuǎn)子感應(yīng)的"軸電流"通過D相的滑環(huán)和電刷接地；而在用永磁勵磁的發(fā)電機(jī)中可以沒有A、B、C三相勵磁電壓和對應(yīng)的電刷滑環(huán)，但一定有為了克服感應(yīng)軸電流而設(shè)的D相(可以沒有D代號)接地滑環(huán)和電刷；而在軌道交通領(lǐng)域中，則是通過安裝在車軸上的滑環(huán)(可以直接使用車軸代替滑環(huán))和電刷，將來自車外電力線經(jīng)過受電弓、車上用電設(shè)備的電流回路接到車軸和車輪，進(jìn)而通過與軌道接觸的車輪，將電流引到連接供電地線的軌道。實(shí)際運(yùn)行過程中，由于發(fā)電機(jī)的轉(zhuǎn)子與定子可能存在偏心，由于還可能存在其它異常，特別是勵磁電壓并非理想的正弦電壓和電流，而是以P麗方式產(chǎn)生的電壓和電流，因此，D相時(shí)常存在電壓，特別是存在電流，其中包括繞組中性點(diǎn)的不平衡電流或感應(yīng)產(chǎn)生的軸電流。而對于軌道交通而言，其接地電刷滑環(huán)則必然通過所有的電流。一旦發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)子相對定子產(chǎn)生偶然的較大隨機(jī)振動，就必然出現(xiàn)現(xiàn)有設(shè)計(jì)的D相滑環(huán)與D相唯一的電刷瞬間脫開，就會使D相的電刷滑環(huán)之間因發(fā)生拉弧而燒傷；繼而該燒傷的滑環(huán)與電刷因?yàn)橄鄬D(zhuǎn)動而發(fā)生相對轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)速頻率FN的、周而復(fù)始的摩擦沖擊，從而進(jìn)一步激發(fā)轉(zhuǎn)子產(chǎn)生較大的、周期性的振動；轉(zhuǎn)子的該周期性的振動，又激勵所有A、B、C、D相的滑環(huán)與其電刷相繼瞬時(shí)脫開/接觸而產(chǎn)生強(qiáng)大的沖擊，危及風(fēng)力發(fā)電機(jī)等的機(jī)械安全。而上述的機(jī)械故障引發(fā)電刷滑環(huán)出現(xiàn)瞬時(shí)斷開時(shí)，還引起風(fēng)力發(fā)電機(jī)勵磁異常，發(fā)電頻率或電壓變化，被并網(wǎng)控制裝置識別而令發(fā)電機(jī)對電網(wǎng)跳閘斷開，直接導(dǎo)致風(fēng)力發(fā)電機(jī)停止發(fā)電；或者引起軌道交通電力動車瞬時(shí)斷電，最終造成運(yùn)行事故。此外，上述雙饋發(fā)電機(jī)的電刷滑環(huán)及軌道交通接地電刷滑環(huán)不同于直流電機(jī)的換向器，換向器的滑環(huán)是由大量的、沿圓周分布的、相互絕緣的圓弧組成的，而雙饋發(fā)電機(jī)和軌道交通接地的滑環(huán)則是整體的圓環(huán)。在經(jīng)典的設(shè)計(jì)中，幾乎都是采用軟彈性的彈簧將電刷壓在滑環(huán)上實(shí)現(xiàn)引電的。這是因?yàn)槿藗兏鶕?jù)經(jīng)典理論認(rèn)為如果燒傷的滑環(huán)或換向器與電刷接觸摩擦產(chǎn)生的振動頻率H*FN高，而電刷支撐系統(tǒng)設(shè)計(jì)得很軟以致固有頻率FS很低時(shí)，則電刷受滑環(huán)或換向器振動激勵的電刷振動很小，可能具有更好的安全性和壽命(如圖1所示)。為了說明激勵振動與受迫振動的量值、頻率6和相位的關(guān)系，暫時(shí)假設(shè)滑環(huán)只激勵電刷振動而不限制電刷振動的情況設(shè)電刷的(低)固有頻率為FS-10Hz，共振放大因子G-10;轉(zhuǎn)速1500r/min，滑環(huán)的振動頻率為FN=25Hz，可見電刷受滑環(huán)激勵的振動增益是-14.39dB，即電刷的振動是滑環(huán)振動的0.1908倍。但是這種設(shè)計(jì)忽視了電刷相對滑環(huán)的振動相位特性電刷的振動比滑環(huán)的振動滯后近180度，也就是說，在實(shí)際振動產(chǎn)生過程中，當(dāng)滑環(huán)向著電刷運(yùn)動時(shí)，電刷也正好向著滑環(huán)運(yùn)動(如圖2所示)。當(dāng)振動峰值為lmra的滑環(huán)向電刷運(yùn)動到原始臨界位置(位移為0)時(shí)，電刷卻試圖撞入滑環(huán)11.88um，兩者反向運(yùn)動接觸時(shí)必然發(fā)生碰撞沖擊，顯然該設(shè)計(jì)未能防范本專利技術(shù)將要解決的系統(tǒng)強(qiáng)烈沖擊問題。事實(shí)上，質(zhì)量相對小的電刷總是在受到滑環(huán)振動的強(qiáng)迫牽制和限制，在配合運(yùn)轉(zhuǎn)狀態(tài)下，電刷的正向運(yùn)動不能小于滑環(huán)的正向運(yùn)動，不然，滑環(huán)就強(qiáng)迫它運(yùn)動，但電刷的正向運(yùn)動可以大于滑環(huán)的正向運(yùn)動，就是在受到滑環(huán)撞擊時(shí)可以彈跳；反之，電刷的反向運(yùn)動不能超越滑環(huán)的反向運(yùn)動，否則將受到滑環(huán)的阻擋，但可以滯后于滑環(huán)的運(yùn)動與滑環(huán)分離。物理模型如圖3所示。圖4是滑環(huán)振動與FS=100Hz的電刷振動相互作用的力學(xué)模型仿真圖。設(shè)電刷的共振頻率為FS=100Hz，諧振增益G-IO，開關(guān)SW廣SW3的開啟門限為10n，關(guān)閉門限為0,目的在于取得正的振幅；開關(guān)SW4SW6的開啟門限為-10m關(guān)閉門限為O,目的在于取得負(fù)的振幅；圖示狀態(tài)切入25Hz、lmm的正弦"滑環(huán)振動"；SW1取出電刷的正運(yùn)動，SW2取出滑環(huán)的正運(yùn)動，用U2作比較滑環(huán)的正運(yùn)動減去電刷的正運(yùn)動，若為正，則通過SW3取出該正運(yùn)動，經(jīng)過SW7、U4、SW9和U6(強(qiáng)迫放大100倍)，再經(jīng)過U1加速驅(qū)動電刷運(yùn)動，以便令電刷強(qiáng)迫向正方向運(yùn)動，直至它與滑環(huán)同步(沒有滯后)作正向運(yùn)動；SW4取出電刷的負(fù)運(yùn)動，SW5取出滑環(huán)的負(fù)運(yùn)動，用U3作比較電刷的負(fù)運(yùn)動減去滑環(huán)的負(fù)運(yùn)動，若為負(fù)，則通過SW6取出該負(fù)運(yùn)動，經(jīng)U6反相，經(jīng)過SW8、U4、SW9和U6(強(qiáng)迫放大)，再經(jīng)過U1加速驅(qū)動電刷運(yùn)動，以便令電刷強(qiáng)迫減小負(fù)方向運(yùn)動，直至它與滑環(huán)同步(沒有超前)作負(fù)向運(yùn)動。考察"F100G10電刷"振動、在滑環(huán)正向振動有大于電刷正向振動趨勢時(shí)的"環(huán)驅(qū)動刷"沖擊、在電刷負(fù)向振動有絕對值大于滑環(huán)負(fù)向絕對值振動趨勢時(shí)的"環(huán)阻擋刷"沖擊、以及電刷滑環(huán)之間的沖擊"總沖擊"如圖5。從圖5-1可見由于滑環(huán)的振動為-lmnTlmra的正弦運(yùn)動，共振頻率FS-100Hz、諧振增益G=10倍的電刷的負(fù)向運(yùn)動沒有小于-lmm，因?yàn)樗艿交h(huán)的阻擋；但電刷的正運(yùn)動到1.08咖，因?yàn)榛h(huán)不能拉住它。這就證明電刷滑環(huán)在振動時(shí)出現(xiàn)了分離。如果滑環(huán)對應(yīng)的電刷只有一個，則這種分離就必然導(dǎo)致斷電、拉弧、和電刷滑環(huán)燒傷。這就是雙饋發(fā)電機(jī)勵磁組件的D相滑環(huán)發(fā)生故障的機(jī)理這也就是必須在滑環(huán)圓周均布2個及以上電刷的原理。因?yàn)槎鄠€均布于滑環(huán)圓周的電刷與滑環(huán)的分離雖不可免，卻是分時(shí)發(fā)生的，其中一個電刷與滑環(huán)分離時(shí)，還有其它與之并聯(lián)的電刷與滑環(huán)接通，電路并沒有截?cái)啵”銦o由發(fā)生，電刷滑環(huán)便不會因此燒傷。電刷滑環(huán)在接觸時(shí)發(fā)生的再沖擊，既有滑環(huán)驅(qū)動電刷的沖擊，也有滑環(huán)阻擋電刷的沖擊。圖5-2的頻譜分析證明，只有一個電刷時(shí)的這些沖擊及其總沖擊頻譜的1階頻率，等于安裝在轉(zhuǎn)子上的滑環(huán)的(正弦)振動的頻率FN。顯然，如果滑環(huán)圓周存在S個均布的電刷，則總沖擊的1階頻率便是S*FN。反之，若S個均布電刷組件的測點(diǎn)出現(xiàn)S*FN的沖擊頻譜，則說明滑環(huán)存在不圓度、故障或轉(zhuǎn)子存在不平衡振動?？梢宰鳛殡娝⒒h(huán)將發(fā)生故障的最早預(yù)警信息，預(yù)示著終將引起單電刷的D相滑環(huán)損壞。
發(fā)明內(nèi)容本發(fā)明的目的旨在解決風(fēng)力發(fā)電機(jī)和軌道交通設(shè)備等多發(fā)電刷滑環(huán)故障的問題，提出一種電刷滑環(huán)故障的診斷裝置及機(jī)理診斷和維修設(shè)計(jì)方法，包括防止或降低電刷滑環(huán)故障的先進(jìn)維修以及改進(jìn)設(shè)計(jì)的方案，和針對設(shè)備現(xiàn)有電刷滑環(huán)故障的故障診斷裝置以及故障機(jī)理診斷方法。這種電刷滑環(huán)故障的診斷裝置及機(jī)理診斷和維修設(shè)計(jì)方法，其特征在于A、所述電刷滑環(huán)故障診斷裝置含有安裝在固定電刷的機(jī)器外殼上的至少一個、或一個以上的振動沖擊傳感器l,或/和一個軸電壓檢測傳感器3，與振動沖擊傳感器1及軸電壓檢測傳感器3連接的、帶有電刷滑環(huán)故障診斷軟件的振動及共振解調(diào)故障診斷儀2;B、由振動及共振解調(diào)故障診斷儀2的電刷滑環(huán)故障診斷軟件對振動沖擊傳感器1獲取的振動沖擊信號或/和軸電壓檢測傳感器3獲取的信號進(jìn)行分析，識別電刷滑環(huán)的故障；C、所述振動及共振解調(diào)故障診斷儀2含有振動檢測通道2-1、共振解調(diào)檢測通道2-2和帶有AD轉(zhuǎn)換采集器及診斷軟件的計(jì)算機(jī)2-3，其中的振動沖擊傳感器1或/和軸電壓檢測傳感器3的檢測信號接到振動檢測通道2-1和共振解調(diào)檢測通道2-2的輸8入端，振動檢測通道2-1和共振解調(diào)檢測通道2-2的輸出振動和沖擊信號接到帶有AD轉(zhuǎn)換采集器及診斷軟件的計(jì)算機(jī)2-3的AD輸入端，其所采集的信息由計(jì)算機(jī)的診斷軟件進(jìn)行故障診斷、故障機(jī)理分析，并最終做出對電刷滑環(huán)進(jìn)行維修及改進(jìn)設(shè)計(jì)的決策。識別電刷滑環(huán)故障的診斷軟件分析方法是-A、對于只設(shè)有1套電刷滑環(huán)的機(jī)械，在全轉(zhuǎn)速范圍內(nèi)，沖擊的幅度IFD〈=1500SV，沖擊頻率FC=S*FN時(shí)，則診斷為含有均布的電刷數(shù)S;若S4，則診斷為只有一個電刷或只有一個方位設(shè)有電刷；診斷決策的維修設(shè)計(jì)方案是沿滑環(huán)圓周增加均布的并聯(lián)電刷數(shù)到3個及以上；B、設(shè)額定轉(zhuǎn)速頻率FNM，低轉(zhuǎn)速頻率為FNL〈0.4*FNM，高轉(zhuǎn)速頻率為FNH〉0.6*FNM，低轉(zhuǎn)速L下的等于轉(zhuǎn)速頻率FNL整倍數(shù)S的沖擊幅度為IFDL(FNL，S)，高轉(zhuǎn)速H下的等于轉(zhuǎn)速頻率FNH整倍數(shù)S的沖擊幅度為IFDH(FNH，S)時(shí)；如果全轉(zhuǎn)速下的沖擊幅度IFD不大于2000SV、高轉(zhuǎn)速下的沖擊幅度IFDH(FNH,S)〉低轉(zhuǎn)速下的沖擊幅度IFDL(FNL,S)、并且IFDH(FNH，S)/IFDL(FNL,S)〉(FNH/FNL)2,則診斷為:電刷壓緊彈簧的剛度低、電刷系統(tǒng)的共振頻率FS小于高轉(zhuǎn)速頻率FNH;診斷決策維修設(shè)計(jì)方案是增加電刷壓緊彈簧的剛度，使其固有頻率FS大于轉(zhuǎn)子的最高旋轉(zhuǎn)頻率FNH的1.5倍及以上；C、對于已設(shè)有多套電刷滑環(huán)的機(jī)械，只要有某組電刷滑環(huán)含有S個或組均布的電刷，沖擊的頻率FC=S*FN時(shí)，則診斷為滑環(huán)具有不圓度或轉(zhuǎn)子的不平衡振動VIB大于1個重力加速度g;診斷決策維修設(shè)計(jì)方案是對滑環(huán)修圓或?qū)D(zhuǎn)子進(jìn)行平衡修正；D、當(dāng)多套電刷滑環(huán)中有一個滑環(huán)對應(yīng)的電刷數(shù)最小值SL4，而檢測得到的沖擊值達(dá)到IFD>=3000SV或振動加速度峰值達(dá)到VIB>=5g，并且沖擊或振動頻譜含有轉(zhuǎn)速頻率FN的X倍的突出頻譜FT=FN*X時(shí)，則診斷為該單電刷的滑環(huán)存在X處基本均布的故障；診斷決策維修設(shè)計(jì)方案是更換磨損的電刷，沿滑環(huán)圓周將并聯(lián)電刷增加到均布3個及以上，并修圓已經(jīng)損傷的滑環(huán)或更換滑環(huán)。機(jī)理診斷時(shí)依據(jù)電刷滑環(huán)故障的波形和頻譜規(guī)律做出診斷如下A、在檢測發(fā)現(xiàn)機(jī)器外殼安裝電刷處存在的強(qiáng)烈沖擊頻譜的1階頻率FC，等于滑環(huán)激振頻率FJ之小于1的整數(shù)比值1/2、1/3、2/3、1/4、3/4……，也即FOFJ承整數(shù)比值為1/2、1/3、2/3、1/4、3/4……時(shí)，則診斷結(jié)論為電刷彈簧疲勞后的剛度下降，其共振頻率FS下降到小于激振頻率FJ,診斷決策的維修設(shè)計(jì)方案為更換用合格的彈簧或/和支架組件，使之滿足電刷共振頻率FS大于滑環(huán)激振頻率FJ的1.5倍；B、對于只有單個電刷的電刷滑環(huán)，即S=l時(shí)，在機(jī)器外殼安裝電刷處存在每個轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)動周期對應(yīng)多個振動沖擊波形，并且總沖擊IFD〉2000SV或者總振動VIB〉3g時(shí)，則診斷為滑環(huán)上存在與該振動沖擊波形個數(shù)規(guī)律對應(yīng)的故障數(shù)；C、在每個轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)動周期中，在機(jī)器外殼安裝電刷處存在多組電刷、或各組電刷沿滑環(huán)圓周規(guī)律分布、或各個電刷沿圓周分布規(guī)律一一對應(yīng)的振動沖擊波形，則診斷為滑環(huán)存在不圓度或不平衡振動；D、滑環(huán)對應(yīng)的基本均布電刷組數(shù)或電刷個數(shù)為S個，轉(zhuǎn)速頻率為FN，機(jī)器外殼安裝電刷處存在的振動和沖擊共振解調(diào)分析譜中突出的頻譜F,若F二S水FN，則診斷為滑環(huán)存在的不圓度或不平衡振動。提高所有各滑環(huán)對應(yīng)的電刷的阻尼以便使其諧振增益限制于6=510，建議0=7。支持包括3相4線制的滑環(huán)A、B、C、D和對應(yīng)的電刷在內(nèi)的維修設(shè)計(jì)，所有電刷與其壓緊彈簧組成的機(jī)械二階系統(tǒng)的固有頻率FS大于轉(zhuǎn)子的最高旋轉(zhuǎn)頻率FNH的1.5倍及以上，或/和大于FN與滑環(huán)上的換向片數(shù)或故障數(shù)或最高激振源數(shù)H的乘積H氺FN的1.5倍及以上。所有各滑環(huán)對應(yīng)的電刷沿滑環(huán)圓周基本均布3個及3個以上。所述"電刷沿滑環(huán)圓周基本均布"，是在每組電刷只有單個電刷時(shí)，每個電刷按照滑環(huán)圓周基本均布。所含檢測電刷滑環(huán)故障的軸電壓檢測傳感器3，含有連接在軸承座上的信號線3-1和連接在機(jī)器外殼的地線3-2，以及電阻器R12~R15，電容器Cll，二極管SD1、SD2和電源VDD、NGND，信號線3-1接到電阻器R12的一端，電阻器R12的另一端接到電阻器R13的一端和電容器Cll的負(fù)端，電容器Cll的正端接電阻器R15的一端和二極管SD1的負(fù)端，二極管SD2的正端和電阻器R15的另一端接電源VDD，電容器Cll的正端還接到二極管SD2的負(fù)端，二極管SD2的正端接地線NGND，電阻器R12的另一端接地線NGND，信號地線3-2接到電阻器R13的一端，R13的另一端接到地線NGND，從電容器Cll的正端輸出對軸電壓經(jīng)過降壓和直流電平移位的"軸電壓脈沖"。根據(jù)以上技術(shù)方案提出的這種電刷滑環(huán)故障的診斷裝置及機(jī)理診斷和維修設(shè)計(jì)方法，其提出的電刷滑環(huán)故障的診斷裝置，含有故障"機(jī)理診斷"方法所賦予的功能，還含有基于對被診斷對象的機(jī)理診斷，識別對象發(fā)生故障的原因或部位，不僅決策出對對象的維修方法，并在識別和調(diào)査對象的故障特征之機(jī)理的基礎(chǔ)上識別現(xiàn)有對象的設(shè)計(jì)缺陷，提出對對象改進(jìn)設(shè)計(jì)以降低其故障率的方法，既可以及時(shí)對故障進(jìn)行故障機(jī)理診斷，同時(shí)也及時(shí)提出了維修和設(shè)計(jì)改進(jìn)方案。顯然它不僅為用戶、設(shè)備管理者和設(shè)計(jì)者，也為防止危害風(fēng)力發(fā)電機(jī)和軌道交通設(shè)備的安全提出了切實(shí)可行的技術(shù)支持。圖1為低諧振頻率FS=10Hz電刷的孤立振動、相位頻率特性分析示意圖；圖2為低諧振頻率FS-10Hz電刷的受FN=25Hz的滑環(huán)振動激勵的孤立波形與相位分析示意圖3為電刷滑環(huán)振動分析模型示意圖4為滑環(huán)振動與FS=100Hz電刷振動相互作用的力學(xué)模型仿真圖；圖5-1為FS=100Hz的電刷受25Hz滑環(huán)振動激勵的響應(yīng)波形示意圖；圖5-2為FS=100Hz的電刷受25Hz滑環(huán)振動激勵的響應(yīng)頻譜示意圖；圖5-3為電刷滑環(huán)的故障診斷裝置結(jié)構(gòu)示意圖；圖5-4為診斷軟件流程圖之一；圖5-5為振動及共振解調(diào)故障診斷儀2的組成結(jié)構(gòu)示意圖6為滑環(huán)振動與FS=10Hz電刷振動相互作用的力學(xué)模型仿真圖7-1為FS=10Hz諧振電刷受25Hz滑環(huán)振動激勵的響應(yīng)示意圖7-2為FS=10Hz諧振電刷受25Hz滑環(huán)振動激勵的響應(yīng)頻譜示意圖8-1為100HzG=10電刷受75Hz滑環(huán)振動激勵的響應(yīng)示意圖8-2為100HzG=100電刷受75Hz滑環(huán)振動激勵的響應(yīng)示意圖；。圖8-3為診斷軟件流程圖之二；圖9-1為轉(zhuǎn)頻FN=25Hz，單電刷共振頻率降低到lOHz,總沖擊出現(xiàn)三分之二轉(zhuǎn)頻12.5Hz頻譜示意圖9-2為轉(zhuǎn)頻FN=36Hz,單電刷共振頻率降低到10Hz，總沖擊出現(xiàn)二分之一轉(zhuǎn)頻18Hz頻譜示意圖9-3為轉(zhuǎn)頻FN=45Hz,單電刷共振頻率降低到10Hz,總沖擊出現(xiàn)二分之一轉(zhuǎn)頻22.5Hz頻譜；圖9-4，轉(zhuǎn)頻FN-50Hz，單電刷共振頻率降低到10Hz，總沖擊出現(xiàn)約三分之一轉(zhuǎn)頻16.5Hz頻譜示意圖9-5為轉(zhuǎn)頻FN=75Hz，單電刷共振頻率降低到10Hz，總沖擊出現(xiàn)四分之一轉(zhuǎn)頻18.75Hz頻譜示意圖9-6為轉(zhuǎn)頻FN=23Hz，單電刷共振頻率降低到lOHz，總沖擊出現(xiàn)四分之三轉(zhuǎn)頻18.75Hz頻譜示意圖10-1為轉(zhuǎn)頻FN=25Hz，滑環(huán)3基本均布故障，單電刷共振頻率FS=100Hz，電刷振動近似3組波，總沖擊出現(xiàn)復(fù)雜波形示意圖10-2為滑環(huán)存在基本3處均布故障，振動3階譜突出，沖擊7階譜突出示意圖；。圖ll-l為單電刷的振動與機(jī)器外殼總沖擊示意圖11-2為3均布電刷的振動與機(jī)器外殼總沖擊示意圖11-3為3均布電刷沖擊與機(jī)器外殼總沖擊的頻譜示意圖12-1為AS19風(fēng)機(jī)均布6電刷(缺1)的結(jié)構(gòu)示意圖示意圖12-2為6均布電刷(缺l)的沖擊頻頻譜為6FN頻譜圖示意圖12-3為6均布電刷(缺l)的沖擊頻頻譜為6FN頻譜圖13為軸電壓檢測示意圖14-1為軸電壓檢測傳感器電路圖14-2為軸電壓檢測信號。標(biāo)號說明a為AS19風(fēng)機(jī)的定子；b為AS19風(fēng)機(jī)的滑環(huán)；c-l、c-2、c-3、c-4、c-5和c-6為AS19風(fēng)機(jī)的電刷，其中c-6的電刷缺少。具體實(shí)施例方式下面結(jié)合實(shí)施例的分析進(jìn)一步闡述本發(fā)明。如附圖5-3所示的一種電刷滑環(huán)故障的診斷裝置及機(jī)理診斷和維修設(shè)計(jì)方法，包括防止或降低電刷滑環(huán)故障的先進(jìn)維修以及改進(jìn)設(shè)計(jì)方案和對設(shè)備現(xiàn)有電刷滑環(huán)故障進(jìn)行診斷的故障診斷裝置及故障機(jī)理診斷方法。所述的電刷滑環(huán)的故障診斷裝置，含有安裝在固定電刷的機(jī)器外殼上的至少一個、或者一個以上的振動沖擊傳感器l，或/和一個軸電壓檢測傳感器3，與振動沖擊傳感器1及軸電壓檢測傳感器3連接的、帶有電刷滑環(huán)故障診斷軟件的振動及共振解調(diào)故障診斷儀2。由振動及共振解調(diào)故障診斷儀2的電刷滑環(huán)故障診斷軟件對振動沖擊信號或/和軸電壓檢測傳感器3獲取的信號進(jìn)行分析，識別電刷滑環(huán)的故障，如附圖5-3;所述振動及共振解調(diào)故障診斷儀2，含有振動檢測通道2-1、共振解調(diào)檢測通道2-2和帶有AD轉(zhuǎn)換采集器及診斷軟件的計(jì)算機(jī)2-3，振動沖擊傳感器1或/和一個軸電壓檢測傳感器3的檢測信號接到振動檢測通道2-1和共振解調(diào)檢測通道2-2的輸入端，振動檢測通道2-1和共振解調(diào)檢測通道2-2的輸出信號接到帶有AD轉(zhuǎn)換釆集器及診斷軟件的計(jì)算機(jī)2-3的AD輸入端，其所采集的信息由計(jì)算機(jī)的診斷軟件進(jìn)行故障診斷、故障機(jī)理分析，并最終做出對電刷滑環(huán)進(jìn)行先進(jìn)維修及改進(jìn)設(shè)計(jì)的決策，如附圖5-5。如果診斷發(fā)現(xiàn)電刷滑環(huán)的故障，則按照下列方法對電刷滑環(huán)進(jìn)行維修、設(shè)計(jì)。A、對于只設(shè)有1套電刷滑環(huán)的機(jī)械，在全轉(zhuǎn)速范圍內(nèi)，沖擊的幅度IFD<=1500SV，沖擊頻率FC=S*FN時(shí)，則診斷為含有均布的電刷數(shù)S;若S4，則診斷為只有一個電刷或只有一個方位設(shè)有電刷；診斷決策的維修設(shè)計(jì)方案是沿滑環(huán)圓周增加均布的并聯(lián)電刷數(shù)到3個及以上。B、設(shè)額定轉(zhuǎn)速頻率FNM，低轉(zhuǎn)速頻率為FNL〈0.4*FNM，高轉(zhuǎn)速頻率為FNH>0.6*FNM，低轉(zhuǎn)速L下的等于轉(zhuǎn)速頻率FNL整倍數(shù)S的沖擊幅度為IFDL(FNL,S)，高轉(zhuǎn)速H下的等于轉(zhuǎn)速頻率FNH整倍數(shù)S的沖擊幅度為IFDH(FNH,S);如果全轉(zhuǎn)速下的沖擊幅度IFD不大于2000SV、高轉(zhuǎn)速下的沖擊幅度IFDH(FNH，S)〉低轉(zhuǎn)速下的沖擊幅度IFDL(FNL，S)、并且IFDH(FNH,S)/IFDL(FNL,S)〉(FNH/FNL)2,則診斷為電刷壓緊彈簧的剛度低、電刷系統(tǒng)的共振頻率FS小于高轉(zhuǎn)速頻率FNH;診斷決策維修設(shè)計(jì)方案是增加電刷壓緊彈簧的剛度，使其固有頻率FS大于轉(zhuǎn)子的最高旋轉(zhuǎn)頻率FNH的1.5倍及以上。C、對于已設(shè)有多套電刷滑環(huán)的機(jī)械，只要有某組電刷滑環(huán)含有S個或組均布的電刷，沖擊的頻率FC=S*FN時(shí)，則診斷為滑環(huán)具有不圓度或轉(zhuǎn)子的不平衡振動VIB大于1個重力加速度g;診斷決策維修設(shè)計(jì)方案是對滑環(huán)修圓或?qū)D(zhuǎn)子進(jìn)行平衡修正。D、如果多套電刷滑環(huán)中有一個滑環(huán)對應(yīng)的電刷數(shù)最小值SL-1，而檢測得到的沖擊值達(dá)到IFD〉=3000SV或振動加速度峰值達(dá)到VIB>=5g，并且沖擊或振動頻譜含有轉(zhuǎn)速頻率FN的X倍的突出頻譜FT=FN*X時(shí)，則診斷為該單電刷的滑環(huán)存在X處基本均布的故障；診斷決策維修設(shè)計(jì)方案是更換磨損的電刷，沿滑環(huán)圓周將并聯(lián)電刷增加到均布3個及以上，并修圓己經(jīng)損傷的滑環(huán)或更換滑環(huán)。其診斷軟件流程圖如圖5-4。一種電刷滑環(huán)故障的診斷裝置及機(jī)理診斷和維修設(shè)計(jì)方法，支持包括3相4線制的滑環(huán)A、B、C、D和對應(yīng)的電刷在內(nèi)的維修、設(shè)計(jì)，所有電刷與其壓緊彈簧組成的機(jī)械二階系統(tǒng)的固有頻率FS大于轉(zhuǎn)子的最高旋轉(zhuǎn)頻率FNH的1.5倍及以上或/和大于FN與滑環(huán)上的換向片數(shù)或故障數(shù)或最高激振源數(shù)H的乘積H*FN的1.5倍及以上。例如轉(zhuǎn)軸含有柔性聯(lián)軸器的爪數(shù)為H,則轉(zhuǎn)軸的激振源頻率為H*FN;例如滑環(huán)含有H處均布故障，則轉(zhuǎn)軸的激振源頻率也為H*FN;例如滑環(huán)含有H片均布換向器，則轉(zhuǎn)軸的激振源頻率也為H*FN。根據(jù)一種電刷滑環(huán)故障的診斷裝置及機(jī)理診斷和維修設(shè)計(jì)方法，所有各滑環(huán)對應(yīng)的電刷沿滑環(huán)圓周基本均布3個及3個以上。即每個滑環(huán)對應(yīng)的、基本均布的并聯(lián)電刷數(shù)量不得少于3個，最好采用3個以上。一種電刷滑環(huán)故障的診斷裝置及機(jī)理診斷和維修設(shè)計(jì)方法，所謂"電刷沿滑環(huán)圓周基本均布"，是在每組電刷只有單個電刷時(shí)，每個電刷按照滑環(huán)圓周基本均布，例如有S個電刷，則它們相互的中心間距為360°/S加減0%~10%;例如有S組電刷而每組電刷有2個并聯(lián)電刷時(shí)，則每組電刷的中心間距為360°/S加減0%~10%。實(shí)施例1:本技術(shù)方案將電刷的共振頻率FS設(shè)計(jì)為大于滑環(huán)的最高激振頻率FNH。如果反之，則引起強(qiáng)烈的沖擊。仿真分析如下如圖6是分析滑環(huán)振動與FS=10Hz電刷振動相互作用的力學(xué)模型仿真圖，與圖4的差別主要在于將電刷的諧振頻率有100Hz改為10Hz，用"F10G10電刷'艱fTF100G10電刷"。所描述的電刷的共振頻率為FS-10Hz，諧振增益0=10，滑環(huán)對于電刷的強(qiáng)迫作用為1咖。開關(guān)SW廣SW3的開啟量為10n，關(guān)閉量為0;開關(guān)SWrs怖的開啟量為-10n，關(guān)閉量為O:圖示狀態(tài)為25Hzlmm的滑環(huán)正弦振動，考察F10G10滑環(huán)的振動、在滑環(huán)正向振動有大于電刷正向振動趨勢時(shí)的"環(huán)驅(qū)動刷"沖擊、在滑環(huán)負(fù)向振動有大于電刷負(fù)向振動趨勢時(shí)的"環(huán)阻擋刷"沖擊、以及電刷滑環(huán)之間的沖擊"總沖擊"。仿真結(jié)果表明諧振頻率FS=10Hz、諧振放大因子G=10的電刷，受到頻率FN=25Hz幅度為lmm的滑環(huán)正弦振動激勵，電刷與滑環(huán)的振動反相，電刷最大的正振幅達(dá)到2.84mm，發(fā)生在滑環(huán)負(fù)向振動最大振幅-lmm時(shí)，電刷與滑環(huán)分離的最大距離為3.84mm;電刷反向振動的最小振幅0.741mm，發(fā)生在滑環(huán)最大正向振幅lmm時(shí)，電刷受到滑環(huán)的撞擊，撞擊運(yùn)動幅度0.246mm。電刷的振動基本頻率等于滑環(huán)的激振頻率FN。在滑環(huán)轉(zhuǎn)動一周時(shí)，電刷長時(shí)間脫離滑環(huán)，并在接觸時(shí)產(chǎn)生0.246mra的強(qiáng)烈沖擊。圖4、圖5的滑環(huán)振動為-1腿~1咖的正弦運(yùn)動，電刷共振頻率FS=100Hz、諧振增益G40倍的情況負(fù)向運(yùn)動沒有小于-lmra;但電刷的正運(yùn)動到1.08mm，電刷與滑環(huán)分離的最大距離為0.08mm;電刷的振動是近似簡諧振動，基本頻率等于滑環(huán)的激振頻率FN。在滑環(huán)轉(zhuǎn)動一周時(shí)，電刷將l次脫離滑環(huán)，并在接觸時(shí)產(chǎn)生6.34um的微小過沖沖擊。電刷諧振頻率FS=100Hz與電刷諧振頻率FS=10Hz兩個方案的效果比較如下表1，電刷諧振頻率FS=100Hz與電刷諧振頻率FS-10Hz的效果比較電刷諧頻Hz10100高諧頻電刷/低諧頻電刷說明最大正向振幅um284010800.38無意義正向分離距離um3840800.02有意義最大反向振幅um741-1000無意義反向分離\變形咖24600有意義總沖擊幅度um2466.340.026有意義上表的比較結(jié)果表明選用高諧振頻率電刷的方案明顯優(yōu)于選用低諧振頻率電刷的方案；但即使選用高諧振頻率電刷的方案，也不能在滑環(huán)存在振動的條件下保證電刷與滑環(huán)的接觸時(shí)間達(dá)到100%，也就是說，在電刷滑環(huán)接觸面法向振動大的條件下，使用單一電刷的引電方式是不可靠的。至少應(yīng)當(dāng)使用均布的2個電刷；根據(jù)下述的分析，最好使用均布的3個及以上的電刷。根據(jù)一種電刷滑環(huán)故障的診斷裝置及機(jī)理診斷和維修設(shè)計(jì)方法，所有各滑環(huán)對應(yīng)的電刷應(yīng)設(shè)計(jì)為較高的阻尼以便使其諧振增益限制于G-510,建議值為G=7。圖8-1是使用諧振增益為G=10、諧振頻率FS=100Hz的電刷受到滑環(huán)FN=75Hz振動激勵時(shí)的仿真，圖8-2是使用諧振增益為G=100、諧振頻率FS=100Hz的電刷受到滑環(huán)FN=75Hz振動激勵時(shí)的仿真。表2，諧振頻率FS=100Hz但不同放大增益的電刷滑環(huán)的振動沖擊比較15<table>tableseeoriginaldocumentpage16</column></row><table>仿真結(jié)果表明:特別在滑環(huán)及振動頻率雖然小于但接近電刷共振頻率時(shí)，高品質(zhì)因素、高諧振增益的電刷不如上述指標(biāo)低的電刷，如表2。因?yàn)槊總€電刷在滑環(huán)振動的正負(fù)峰值時(shí)都發(fā)生與滑環(huán)的分離，證明滑環(huán)只用2個均布的電刷時(shí)不能夠克服滑環(huán)與這2個并聯(lián)的電刷組的分離現(xiàn)象。為了保障可靠引電，消除拉弧損傷，必須均布3個及以上的并聯(lián)電刷。諧振品質(zhì)太高如G400的電刷，與諧振品質(zhì)低如G40的電刷比較，各項(xiàng)減小振動和沖擊的指標(biāo)都變壞。這是因?yàn)橹C振品質(zhì)高的電刷振動阻尼太小，一旦受到?jīng)_激就發(fā)生過沖振動。這里的諧振品質(zhì)的限制，主要應(yīng)通過增加彈簧材料內(nèi)阻尼實(shí)現(xiàn)，和輔以電刷與其導(dǎo)向定位裝置的摩擦來實(shí)現(xiàn)。但因?yàn)檫\(yùn)動不靈活的電刷是不利于跟蹤滑環(huán)振動實(shí)現(xiàn)良好引電的，因此，不能主要依靠電刷與其導(dǎo)向定位裝置的摩擦來實(shí)現(xiàn)。每個滑環(huán)使用多個并聯(lián)電刷有利于克服滑環(huán)大振動狀況下引電失效的理由在于，因?yàn)榛h(huán)的振動，例如正弦振動，實(shí)際是滑環(huán)的中心作圓周運(yùn)動的表現(xiàn)，在各個方向的正弦振動不是同相的，而是存在與電刷分布的方向角相同的相位差的。均布安裝的每一個電刷受滑環(huán)振動引起的分離時(shí)機(jī)和方向也按電刷方向分時(shí)出現(xiàn)而不失同時(shí)出現(xiàn)，以致并聯(lián)的電刷組則始終沒有與滑環(huán)分離，保障了可靠引電。對于現(xiàn)有不符合上述要求而發(fā)生故障的電刷滑環(huán)進(jìn)行維修的方法是，按照上述要求，增加電刷的數(shù)量(例如D相原來只有1個電刷的)到按照滑環(huán)圓周基本均布的3個或3個以上；更改壓緊彈簧的剛度K，例如使用恒壓電刷，使其與電刷的組合質(zhì)量M組成的機(jī)械二階系統(tǒng)的固有頻率FS，提高到符合上述要求的大于滑環(huán)的最高激振頻率的1.5倍以上；增加彈簧-電刷的阻尼，使諧振增益上升到510倍以內(nèi)。所述一種電刷滑環(huán)的設(shè)計(jì)、維修及故障診斷裝置，識別電刷滑環(huán)故障的分析方法是，在電機(jī)軸承座上安裝振動沖擊傳感器1，將所獲得的信號送到基于振動和共振解調(diào)檢測技術(shù)的共振解調(diào)檢測儀2進(jìn)行振動與共振解調(diào)分析，由其波形和頻譜規(guī)律根據(jù)故障機(jī)理做出診斷A、如果檢測發(fā)現(xiàn)機(jī)器外殼安裝電刷處存在的強(qiáng)烈沖擊頻譜的1階頻率FC，等于滑環(huán)激振頻率FJ之小于1的整數(shù)比值1/2、1/3、2/3、1/4、3/4……，即FC:FJ求整數(shù)比值為1/2、1/3、2/3、1/4、3/4……時(shí)，則診斷結(jié)論為電刷彈簧疲勞后的剛度下降，其共振頻率FS下降到小于激振頻率FJ，診斷決策的維修設(shè)計(jì)方案為更換為合格的彈簧或/和支架組件，滿足電刷共振頻率FS大于滑環(huán)激振頻率FJ的1.5倍。B、對于只有單個電刷的電刷滑環(huán)，即S4，若機(jī)器外殼安裝電刷處存在每個轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)動周期對應(yīng)多個振動沖擊波形，并且總沖擊IFD〉2000SV或者總振動VIB〉3g，則診斷為滑環(huán)上存在與該振動沖擊波形個數(shù)規(guī)律對應(yīng)的故障數(shù)。C、在每個轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)動周期中，若機(jī)器外殼安裝電刷處存多組電刷的各組電刷沿滑環(huán)圓周分布規(guī)律或各個電刷沿圓周分布規(guī)律一一對應(yīng)的振動沖擊波形，則診斷為滑環(huán)存在不圓度或不平衡振動；D、滑環(huán)對應(yīng)的基本均布電刷組數(shù)或電刷個數(shù)為S個，轉(zhuǎn)速頻率為FN，機(jī)器外殼安裝電刷處存在的振動和沖擊共振解調(diào)分析譜中突出的頻譜F，若F=S*FN，則診斷為滑環(huán)存在的不圓度或不平衡振動。例如A，轉(zhuǎn)速頻率為FN=25Hz、36Hz、45Hz、50Hz、75Hz、23Hz，單電刷的共振頻率下降到FS40Hz，電刷共振放大因數(shù)G=10，檢測得到的頻譜分別出現(xiàn)轉(zhuǎn)速頻率的2/3、1/2、1/2、1/3、1/4、3/4的頻譜。如圖9所示。例如B，對于只有單個電刷的電刷滑環(huán)，滑環(huán)轉(zhuǎn)速頻率為FN=25Hz，單電刷的共振頻率下降到FS40Hz，電刷共振放大因數(shù)G-10;由于滑環(huán)上存在多個并不均布的故障引起滑環(huán)與電刷接觸面振動，它們與單個電刷沖擊引起電刷振動和總沖擊，則引起機(jī)器外殼安裝電刷處存在與轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)動周期以及電刷圓周故障對應(yīng)的振動沖擊波形，表明滑環(huán)上存在與該振動沖擊波形規(guī)律對應(yīng)的故障。但是，由于既有滑環(huán)故障與電刷的沖擊，有激發(fā)電刷共振后與滑環(huán)的沖擊，因此沖擊波形復(fù)雜化；特別是由于滑環(huán)故障并非均布，因此沖擊波形也不均布，其頻譜雖然按照"多個同類故障的歸類準(zhǔn)則"具有與滑環(huán)轉(zhuǎn)速頻率相等的頻譜及其高階譜，但其最突出的高階譜頻率未必等于轉(zhuǎn)速頻率與故障數(shù)的乘積。由于這個特點(diǎn)，使得通過沖擊頻譜各階幅度分布規(guī)律査找故障原因變得捉摸不定和缺乏一一對應(yīng)的關(guān)系，但振動頻譜、波形與故障分布則有較為確定的、一一對應(yīng)的關(guān)系。例如c，對于擁有多個電刷的電刷滑環(huán)，若機(jī)器外殼安裝電刷處存在與轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)動周期及多組電刷的各組電刷沿滑環(huán)圓周分布規(guī)律或各個電刷沿圓周分布規(guī)律一一對應(yīng)的振動沖擊波形，則表明滑環(huán)存在不圓度或不平衡振動；例如D,當(dāng)某個滑環(huán)對應(yīng)的多電刷基本均布時(shí)，滑環(huán)存在的不圓度或不平衡引起的振動和沖擊共振解調(diào)分析譜中有突出的等于基本均布電刷組數(shù)倍或電刷個數(shù)倍于轉(zhuǎn)速頻率FN的突出頻譜。圖11-1是在滑環(huán)存在不平衡正弦振動，只有1個電刷時(shí)的電刷安裝機(jī)器外殼的振動沖擊。圖11-2、圖11-3則是在滑環(huán)存在不平衡正弦振動，但有3個按照120度均布的電刷時(shí)的電刷安裝機(jī)器外殼的振動沖擊及其頻譜?？梢娍偟臎_擊的基本頻率3倍于1個電刷沖擊的基本頻率。對滑環(huán)故障直接激發(fā)的振動沖擊與滑環(huán)正弦振動跟多電刷作用的振動沖擊相比較，可以發(fā)現(xiàn)如果僅僅有與電刷分布規(guī)律對應(yīng)的振動沖擊波形、頻譜而幅度相對小，則是滑環(huán)存在不圓度或轉(zhuǎn)子不平衡振動的表現(xiàn)；如果存在強(qiáng)烈的不與電刷分布規(guī)律對應(yīng)的振動沖擊波形和頻譜，則是滑環(huán)存在損傷的表現(xiàn)；滑環(huán)的損傷基本只有集中在單電刷對應(yīng)的滑環(huán)上的可能性?；h(huán)和電刷的損傷能夠引起滑環(huán)和軸的相應(yīng)振動；它們通過多電刷與其對應(yīng)的滑環(huán)的沖擊將引起更復(fù)雜的沖擊。實(shí)施例2:均布電刷與無故障滑環(huán)在滑環(huán)1階振動頻率FN激勵下發(fā)生等于電刷數(shù)量S=6倍頻的沖擊圖12-1是AS19風(fēng)力發(fā)電機(jī)的電刷分布結(jié)構(gòu)示意圖。已知該電刷滑環(huán)尚未發(fā)生故障。根據(jù)本專利技術(shù)的故障診斷方法推測，該電刷應(yīng)當(dāng)存在轉(zhuǎn)速頻率FN的S階突出沖擊譜。用根據(jù)本專利技術(shù)制造的帶有電刷滑環(huán)故障診斷軟件的振動及共振解調(diào)故障診斷儀2檢測，發(fā)現(xiàn)如下得到的數(shù)據(jù)及分析得到的譜圖之一如圖12-2，在一個轉(zhuǎn)動周期中的沖擊脈沖為6簇。圖中突出的譜線頻率FS=101.22Hz，圖中轉(zhuǎn)速1010r/min,轉(zhuǎn)速頻率FN=1010/60=16.8333Hz，其S=6倍頻率S*FN=6FN=101Hz，與FS=101.22Hz吻合。還存在3FN的譜線，表征電刷分布為3組；得到的數(shù)據(jù)及分析得到的譜圖之二如圖12-3，在一個轉(zhuǎn)動周期中的沖擊脈沖為6簇。圖中突出的譜線頻率FS二92.53Hz，圖中轉(zhuǎn)速935r/min,轉(zhuǎn)速頻率FN=935/60=15.5833Hz,其S=6倍頻率S*FN=6FN=93.5Hz，與FS-92.53Hz吻合，誤差是測量引起的。還存在3FN的譜線，表征電刷分布為3組。雖然6個均布電刷缺第6個，但與之軸對稱的第3個電刷在軸振動正負(fù)兩個半波的兩次沖擊，彌補(bǔ)了沒有第6個電刷(沖擊)的波形。實(shí)施例3:本方案的一種檢測電刷滑環(huán)故障的軸電壓檢測傳感器3，是一種檢測滑環(huán)所在軸的絕緣軸承座上出現(xiàn)的相對電刷所接機(jī)器外殼的"軸電壓脈沖信號檢測傳感器"，其特征是含有連接在軸承座上的信號線3-1和連接在機(jī)器外殼的地線3-2,如圖13的"軸電壓檢測示意圖"，以及電阻器R12R15,電容器Cll，二極管SD1、SD2和電源VDD、NGND，信號線3-l接到電阻器R12的一端，R12的另一端接到電阻器R13的一端和Cll的負(fù)端，Cll的正端接電阻器R15的一端和二極管SD1的負(fù)端，SD2的正端和電阻器R15的另一端接電源VDD，Cll的正端還接到二極管SD2的負(fù)端，SD2的正端接地線NGND,電阻器R12的另一端接地線NGND，信號地線3-2接到電阻器R13的一端，R13的另一端接到地線NGND，從電容器Cll的正端輸出對軸電壓經(jīng)過降壓和直流電平移位的"軸電壓脈沖"，如附圖14-1的軸電壓檢測傳感器電路圖；該軸電壓檢測傳感器3電路與后續(xù)的故障診斷儀2電路的輸入電阻R2+R3繼續(xù)分壓和作直流電平移動和處理，從后續(xù)儀器的"儀器前置"端輸出信號到故障診斷儀2，按照lg/100mv振動等效和10SV/lmv的沖擊等效，以處理振動沖擊信號的相同方式，分析處理本傳感器的"軸電壓脈沖"信號。當(dāng)發(fā)電機(jī)的接地電刷滑環(huán)因?yàn)楣收隙鴶嗦窌r(shí)，絕緣軸承座對機(jī)器外殼出現(xiàn)未被短路的軸電壓，本軸電壓檢測傳感器3則檢測該電壓并輸出軸電壓脈沖信號到故障診斷儀2,由相應(yīng)軟件實(shí)現(xiàn)故障診斷和發(fā)出維修建議。圖14-1所示的"軸電壓檢測傳感器電路圖"具體電路，把滑環(huán)因電刷瞬時(shí)與滑環(huán)接觸不良而開路時(shí)出現(xiàn)的40VPP電壓衰減到1/10,即約4VPP,并移位到直流電平5V上，如圖14-2的軸電壓檢測信號。權(quán)利要求1、一種電刷滑環(huán)故障的診斷裝置及機(jī)理診斷和維修設(shè)計(jì)方法，其特征在于A、所述電刷滑環(huán)故障診斷裝置含有安裝在固定電刷的機(jī)器外殼上的至少一個、或一個以上的振動沖擊傳感器(1)，或/和一個軸電壓檢測傳感器(3)，與振動沖擊傳感器(1)及軸電壓檢測傳感器(3)連接的、帶有電刷滑環(huán)故障診斷軟件的振動及共振解調(diào)故障診斷儀(2)；B、由振動及共振解調(diào)故障診斷儀(2)的電刷滑環(huán)故障診斷軟件對振動沖擊傳感器(1)獲取的振動沖擊或/和軸電壓檢測傳感器(3)獲取的信號進(jìn)行分析，識別電刷滑環(huán)的故障；C、所述振動及共振解調(diào)故障診斷儀(2)含有振動檢測通道(2-1)、共振解調(diào)檢測通道(2-2)和帶有AD轉(zhuǎn)換采集器及診斷軟件的計(jì)算機(jī)(2-3)，其中的振動沖擊傳感器(1)或/和軸電壓檢測傳感器(3)的檢測信號接到振動檢測通道(2-1)和共振解調(diào)檢測通道(2-2)的輸入端，振動檢測通道(2-1)和共振解調(diào)檢測通道(2-2)的輸出振動和沖擊信號接到帶有AD轉(zhuǎn)換采集器及診斷軟件的計(jì)算機(jī)(2-3)的AD輸入端，其所采集的信息由計(jì)算機(jī)的診斷軟件進(jìn)行故障診斷、故障機(jī)理分析，并最終做出對電刷滑環(huán)進(jìn)行維修及改進(jìn)設(shè)計(jì)的決策。2、根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種電刷滑環(huán)故障的診斷裝置及機(jī)理診斷和維修設(shè)計(jì)方法，其特征在于識別電刷滑環(huán)故障的診斷軟件分析方法是A、對于只設(shè)有1套電刷滑環(huán)的機(jī)械，在全轉(zhuǎn)速范圍內(nèi)，沖擊的幅度IFD〈=1500SV，沖擊頻率FC=S*FN時(shí)，則診斷為含有均布的電刷數(shù)S;若S4，則診斷為只有一個電刷或只有一個方位設(shè)有電刷；診斷決策的維修設(shè)計(jì)方案是沿滑環(huán)圓周增加均布的并聯(lián)電刷數(shù)到3個及以上；B、設(shè)額定轉(zhuǎn)速頻率FNM,低轉(zhuǎn)速頻率為FNIXO.4*FNM，高轉(zhuǎn)速頻率為FNH>0.6*FNM,低轉(zhuǎn)速L下的等于轉(zhuǎn)速頻率FNL整倍數(shù)S的沖擊幅度為IFDL(FNL,S)，高轉(zhuǎn)速H下的等于轉(zhuǎn)速頻率FNH整倍數(shù)S的沖擊幅度為IFDH(FNH，S)時(shí)；如果全轉(zhuǎn)速下的沖擊幅度IFD不大于2000SV、高轉(zhuǎn)速下的沖擊幅度IFDH(FNH，S)〉低轉(zhuǎn)速下的沖擊幅度IFDL(FNL，S)、并且IFDH(FNH，S)/IFDL(FNL，S)>(FNH/FNL)2，則診斷為:電刷壓緊彈簧的剛度低、電刷系統(tǒng)的共振頻率FS小于高轉(zhuǎn)速頻率FNH;診斷決策維修設(shè)計(jì)方案是增加電刷壓緊彈簧的剛度，使其固有頻率FS大于轉(zhuǎn)子的最高旋轉(zhuǎn)頻率FNH的1.5倍及以上；C、對于已設(shè)有多套電刷滑環(huán)的機(jī)械，只要有某組電刷滑環(huán)含有S個或組均布的電刷，沖擊的頻率FC=S*FN時(shí)，則診斷為滑環(huán)具有不圓度或轉(zhuǎn)子的不平衡振動VIB大于1個重力加速度g;診斷決策維修設(shè)計(jì)方案是對滑環(huán)修圓或?qū)D(zhuǎn)子進(jìn)行平衡修正；D、當(dāng)多套電刷滑環(huán)中有一個滑環(huán)對應(yīng)的電刷數(shù)最小值S1^1，而檢測得到的沖擊值達(dá)到IFD〉=3000SV或振動加速度峰值達(dá)到VIB>=5g，并且沖擊或振動頻譜含有轉(zhuǎn)速頻率FN的X倍的突出頻譜FT-FN4X時(shí)，則診斷為該單電刷的滑環(huán)存在X處基本均布的故障；診斷決策維修設(shè)計(jì)方案是更換磨損的電刷，沿滑環(huán)圓周將并聯(lián)電刷增加到均布3個及以上，并修圓已經(jīng)損傷的滑環(huán)或更換滑環(huán)。3、根據(jù)權(quán)利要求l的一種電刷滑環(huán)故障的診斷裝置及機(jī)理診斷和維修設(shè)計(jì)方法，其特征還在于機(jī)理診斷時(shí)依據(jù)電刷滑環(huán)故障的波形和頻譜規(guī)律做出診斷如下-A、在檢測發(fā)現(xiàn)機(jī)器外殼安裝電刷處存在的強(qiáng)烈沖擊頻譜的1階頻率FC，等于滑環(huán)激振頻率FJ之小于1的整數(shù)比值1/2、1/3、2/3、1/4、3/4，也即FC-FJ承整數(shù)比值為1/2、1/3、2/3、1/4、3/4……時(shí)，則診斷結(jié)論為電刷彈簧疲勞后的剛度下降，其共振頻率FS下降到小于激振頻率FJ，診斷決策的維修設(shè)計(jì)方案為更換用合格的彈簧或/和支架組件，使之滿足電刷共振頻率FS大于滑環(huán)激振頻率FJ的1.5倍；B、對于只有單個電刷的電刷滑環(huán)，即S=l時(shí)，在機(jī)器外殼安裝電刷處存在每個轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)動周期對應(yīng)多個振動沖擊波形，并且總沖擊IFD〉2000SV或者總振動VIB〉3g時(shí)，則診斷為滑環(huán)上存在與該振動沖擊波形個數(shù)規(guī)律對應(yīng)的故障數(shù)；C、在每個轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)動周期中，在機(jī)器外殼安裝電刷處存在多組電刷、或各組電刷沿滑環(huán)圓周規(guī)律分布、或各個電刷沿圓周分布規(guī)律一一對應(yīng)的振動沖擊波形，則診斷為滑環(huán)存在不圓度或不平衡振動；D、滑環(huán)對應(yīng)的基本均布電刷組數(shù)或電刷個數(shù)為S個，轉(zhuǎn)速頻率為FN，機(jī)器外殼安裝電刷處存在的振動和沖擊共振解調(diào)分析譜中突出的頻譜F，若F二S求FN，則診斷為滑環(huán)存在的不圓度或不平衡振動。4、根據(jù)權(quán)利要求2或3所述的一種電刷滑環(huán)故障的診斷裝置及機(jī)理診斷和維修設(shè)計(jì)方法，其特征在于提高所有各滑環(huán)對應(yīng)的電刷的阻尼以便使其諧振增益限制于G=510。5、根據(jù)權(quán)利要求2或3所述的一種電刷滑環(huán)故障的診斷裝置及機(jī)理診斷和維修設(shè)計(jì)方法，其特征在于支持包括3相4線制的滑環(huán)A、B、C、D和對應(yīng)的電刷在內(nèi)的維修設(shè)計(jì)，所有電刷與其壓緊彈簧組成的機(jī)械二階系統(tǒng)的固有頻率FS大于轉(zhuǎn)子的最高旋轉(zhuǎn)頻率FNH的1.5倍及以上，或/和大于FN與滑環(huán)上的換向片數(shù)或故障數(shù)或最高激振源數(shù)H的乘積H*FN的1.5倍及以上。6、根據(jù)權(quán)利要求2或3所述的一種電刷滑環(huán)故障的診斷裝置及機(jī)理診斷和維修設(shè)計(jì)方法，其特征在于所有各滑環(huán)對應(yīng)的電刷沿滑環(huán)圓周基本均布3個及3個以上。7、根據(jù)權(quán)利要求6所述的一種電刷滑環(huán)故障的診斷裝置及機(jī)理診斷和維修設(shè)計(jì)方法，其特征在于所述"電刷沿滑環(huán)圓周基本均布"，是在每組電刷只有單個電刷時(shí)，每個電刷按照滑環(huán)圓周基本均布。8、根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種電刷滑環(huán)故障的診斷裝置及機(jī)理診斷和維修設(shè)計(jì)方法，其特征在于所含檢測電刷滑環(huán)故障的軸電壓檢測傳感器(3)，含有連接在軸承座上的信號線(3-1)和連接在機(jī)器外殼的地線(3-2)，以及電阻器(R12~R15)，電容器(C11),二極管(SD1、SD2)和電源(VDD、NGND),信號線(3-l)接到電阻器(R12)的一端，電阻器(R12)的另一端接到電阻器(R13)的一端和電容器(C11)的負(fù)端，電容器(C11)的正端接電阻器(R15)的一端和二極管(SD1)的負(fù)端，二極管(SD2)的正端和電阻器(R15)的另一端接電源(VDD),電容器(CU)的正端還接到二極管(SD2)的負(fù)端，二極管(SD2)的正端接地線(NGND),電阻器(R12)的另一端接地線(NGND),信號地線(3-2)接到電阻器(R13)的一端，(R13)的另一端接到地線(NGND)，從電容器(C11)的正端輸出對軸電壓經(jīng)過降壓和直流電平移位的"軸電壓脈沖"。全文摘要一種電刷滑環(huán)故障的診斷裝置及機(jī)理診斷和維修設(shè)計(jì)方法，電刷滑環(huán)故障診斷裝置含有固定在電刷的機(jī)器外殼上的至少一個或一個以上的振動沖擊傳感器，或/和一個軸電壓檢測傳感器，與振動沖擊傳感器及軸電壓檢測傳感器連接的、帶有電刷滑環(huán)故障診斷軟件的振動及共振解調(diào)故障診斷儀；由電刷滑環(huán)故障診斷軟件對振動沖擊傳感器獲取的信號進(jìn)行分析，識別電刷滑環(huán)的故障；所述振動及共振解調(diào)故障診斷儀含有振動檢測通道、共振解調(diào)檢測通道和帶有AD轉(zhuǎn)換采集器及診斷軟件的計(jì)算機(jī)，其中的振動沖擊傳感器或/和軸電壓檢測傳感器的檢測信號接到振動檢測通道和共振解調(diào)檢測通道的輸入端，振動檢測通道和共振解調(diào)檢測通道的輸出振動和沖擊信號接到帶有AD轉(zhuǎn)換采集器及診斷軟件的計(jì)算機(jī)的AD輸入端，采集的信息由計(jì)算機(jī)的診斷軟件進(jìn)行故障診斷、故障機(jī)理分析，并最終做維修及改進(jìn)設(shè)計(jì)的決策。文檔編號G01B17/06GK101588112SQ20091005753公開日2009年11月25日申請日期2009年7月1日優(yōu)先權(quán)日2009年7月1日發(fā)明者唐德堯,曾承志申請人:唐德堯