一種低速重載機械的早期故障檢測系統(tǒng)的制作方法
【專利摘要】本發(fā)明涉及一種低速重載機械的早期故障檢測系統(tǒng)。其技術(shù)方案是：壓振傳感器(1)的信號輸出端1a與放大器(2)的信號輸入端2a連接，放大器(2)的信號輸出端2b與超低頻鎖相環(huán)(3)的信號輸入端3a連接，超低頻鎖相環(huán)(3)的信號輸出端3b與模數(shù)轉(zhuǎn)換器(4)的模擬輸入端4a連接，模數(shù)轉(zhuǎn)換器(4)的數(shù)字輸出端4b與計算機(5)的串口com1連接。壓振傳感器(1)的壓電元件(9)、質(zhì)量塊(8)和電路板(7)通過螺栓(10)固定在底座(11)的上平面，外殼(6)固定在底座(11)的上部。帶通濾波器(12)通過高通濾波器(13)與低通濾波器(14)連接；低通濾波器(14)與放大器(2)連接，帶通濾波器(12)與壓電元件(9)連接。本發(fā)明具有能方便提取微弱沖擊信號、采樣點少和故障判斷精確的特點。
【專利說明】一種低速重載機械的早期故障檢測系統(tǒng)
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明屬于旋轉(zhuǎn)機械故障診斷【技術(shù)領(lǐng)域】，具體涉及一種低速重載機械的早期故障檢測系統(tǒng)。
【背景技術(shù)】
[0002]低速重載機械是一類轉(zhuǎn)速在60rpm以內(nèi)、承載量大的旋轉(zhuǎn)機械，如高爐旋轉(zhuǎn)布料器、連鑄鋼包回轉(zhuǎn)臺、轉(zhuǎn)爐旋轉(zhuǎn)支撐機構(gòu)等設(shè)備。這類設(shè)備突出特點是傳動機構(gòu)運行工況呈現(xiàn)典型的間歇性，始終處于起制動的過渡狀態(tài)。當軸承在出現(xiàn)點蝕、裂紋、剝落等缺陷時，振動信號會產(chǎn)生能表征早期故障的微弱沖擊信號，由于低速重載機械的特殊工況，其振動信號不具備周期性、沖擊信號幅值十分微弱且出現(xiàn)頻率很低。因此，在進行故障的早期診斷時，存在以下問題:
(1)由于待診斷設(shè)備轉(zhuǎn)速很低，故障信號的沖擊幅值很小，現(xiàn)有的故障檢測系統(tǒng)所采用的加速度傳感器的靈敏度十分有限，加上受到環(huán)境噪聲的影響，很難有效地采集待診斷設(shè)備的振動沖擊信號；
(2)由于待診斷設(shè)備轉(zhuǎn)速過低，使得每次故障沖擊信號的時間間隔較長，現(xiàn)有的故障檢測系統(tǒng)需要采集大量的振動數(shù)據(jù)才能實現(xiàn)故障診斷。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0003]本發(fā)明旨在克服上述技術(shù)的不足，目的是提供一種能方便提取微弱沖擊信號、采樣點少和故障判斷精確的低速重載機械早期故障檢測系統(tǒng)。
[0004]為實現(xiàn)上述目的，本發(fā)明采用的技術(shù)方案是:所述的早期故障檢測系統(tǒng)包括壓振傳感器、放大器、超低頻鎖相環(huán)、模數(shù)轉(zhuǎn)換器和計算機。壓振傳感器的信號輸出端Ia與放大器的信號輸入端2a連接，放大器的信號輸出端2b與超低頻鎖相環(huán)的信號輸入端3a連接，超低頻鎖相環(huán)的信號輸出端3b與模數(shù)轉(zhuǎn)換器的模擬輸入端4a連接，模數(shù)轉(zhuǎn)換器的數(shù)字輸出端4b與計算機的串口 coml連接。
[0005]所述的壓振傳感器包括外殼、電路板、質(zhì)量塊、壓電元件、螺栓和底座。底座由下到上依次設(shè)有壓電元件、質(zhì)量塊和電路板，壓電元件、質(zhì)量塊和電路板通過螺栓固定在底座的上平面，夕卜殼固定在底座的上部。外殼、電路板、質(zhì)量塊、壓電兀件和底座同中心安裝。
[0006]所述的電路板包括帶通濾波器、高通濾波器和低通濾波器；帶通濾波器的信號輸出端12b連接高通濾波器的信號輸入端13a，高通濾波器的信號輸出端13b連接低通濾波器的信號輸入端14a。低通濾波器的信號輸出端14b與放大器的信號輸入端2a連接；帶通濾波器的信號輸入端12a與壓電兀件的電壓輸出端9a連接。
[0007]所述的計算機中裝有低速重載機械早期故障檢測軟件。
[0008]所述質(zhì)量塊的材質(zhì)為銅、鐵和鋁中的一種。
[0009]所述壓電元件的材質(zhì)為鈦酸鋇陶瓷、鋯鈦酸鉛陶瓷和鈮鎂酸鉛陶瓷中的一種。
[0010]所述的低速重載機械早期故障檢測軟件的主流程是: 步驟1:采集待診斷設(shè)備的軸承振動信號和軸承旋轉(zhuǎn)頻率；
步驟2:判斷所述軸承振動信號的最大幅值是否大于設(shè)定的閾值，如果是，則存在故障，進入步驟3 ;否則，進入步驟5 ;
步驟3:對所述軸承振動信號進行稀疏分解，提取所述軸承振動信號中的沖擊信號，計算沖擊信號出現(xiàn)的頻率；
步驟4:根據(jù)軸承旋轉(zhuǎn)頻率和沖擊信號出現(xiàn)的頻率，確定故障類型，給出故障報警信
號;
步驟5:判斷是否收到停止檢測指令，如果是，結(jié)束檢測；否則，返回步驟I。
[0011]所述的故障類型為外圈故障、內(nèi)圈故障和滾動體故障中的一種以上。
[0012]由于采用上述技術(shù)方案，本發(fā)明通過壓振傳感器內(nèi)部的帶通濾波器、高通濾波器和低通濾波器實現(xiàn)對沖擊信號的共振解調(diào)，使微弱沖擊信號在幅值上得到增強，降低了沖擊信號提取的難度；利用超低頻鎖相環(huán)對特定頻率段的追蹤功能，將采集的軸承振動信號中的沖擊信號進行鎖定，大量壓縮了采集的軸承振動信號的采樣點數(shù)；同時利用低速重載機械早期故障檢測軟件，通過稀疏算法建立故障沖擊信號的原子庫，對采集的軸承振動信號進行稀疏表示，更加精確的提取故障沖擊信號并濾去噪聲，進而通過提取到的沖擊信號信息對故障類型進行準確判定，最終實現(xiàn)沖擊信號提取準確，故障診斷精確的低速重載機械的早期故障診斷。
[0013]因此，本發(fā)明具有能方便提取微弱沖擊信號、采樣點少和故障判斷精確的特點。
【專利附圖】

【附圖說明】
[0014]圖1是本發(fā)明的一種結(jié)構(gòu)示意圖；
圖2是圖1中壓振傳感器I的一種結(jié)構(gòu)示意圖；
圖3是圖2中電路板7的一種結(jié)構(gòu)示意圖；
圖4是本發(fā)明中的低速重載機械早期故障檢測軟件的主流程框圖；
圖5是本發(fā)明中的壓振傳感器I采集到的一種振動信號時域圖；
圖6是本發(fā)明對圖5所示信號處理后的沖擊信號時域圖；
圖7是本發(fā)明中的壓振傳感器I采集到的另一種振動信號時域圖；
圖8是本發(fā)明對圖7所示信號處理后的沖擊信號時域圖；
圖9是本發(fā)明中的壓振傳感器I采集到的又一種振動信號時域圖；
圖10是本發(fā)明對圖9所示信號處理后的沖擊信號時域圖。
【具體實施方式】
[0015]下面結(jié)合附圖和【具體實施方式】對本發(fā)明做進一步的描述，并非對保護范圍的限制:
實施例1
一種低速重載機械的早期故障檢測系統(tǒng)。所述低速重載機械為連鑄鋼包回轉(zhuǎn)臺，其滾動軸承參數(shù)為:軸承節(jié)徑為39.5mm，滾動體直徑為7.5mm，滾動體個數(shù)12個，轉(zhuǎn)速為45rpm。
[0016]本實施例所述的早期故障檢測系統(tǒng)如圖1所示，包括壓振傳感器1、放大器2、超低頻鎖相環(huán)3、模數(shù)轉(zhuǎn)換器4和計算機5。壓振傳感器I的信號輸出端Ia與放大器2的信號輸入端2a連接，放大器2的信號輸出端2b與超低頻鎖相環(huán)3的信號輸入端3a連接，超低頻鎖相環(huán)3的信號輸出端3b與模數(shù)轉(zhuǎn)換器4的模擬輸入端4a連接，模數(shù)轉(zhuǎn)換器4的數(shù)字輸出端4b與計算機5的串口 coml連接。
[0017]本實施例所述的壓振傳感器I如圖2所示，包括外殼6、電路板7、質(zhì)量塊8、壓電元件9、螺栓10和底座11。底座11由下到上依次設(shè)有壓電元件9、質(zhì)量塊8和電路板7，壓電元件9、質(zhì)量塊8和電路板7通過螺栓10固定在底座11的上平面，外殼6固定在底座11的上部。外殼6、電路板7、質(zhì)量塊8、壓電元件9和底座11同中心安裝。
[0018]本實施例所述的電路板7如圖3所示，包括帶通濾波器12、高通濾波器13和低通濾波器14 ;帶通濾波器12的信號輸出端12b連接高通濾波器13的信號輸入端13a，高通濾波器13的信號輸出端13b連接低通濾波器14的信號輸入端14a。低通濾波器14的信號輸出端14b與放大器2的信號輸入端2a連接；帶通濾波器12的信號輸入端12a與壓電兀件9的電壓輸出端9a連接。
[0019]本實施例所述的計算機5中裝有低速重載機械早期故障檢測軟件。
[0020]本實施例中:所述質(zhì)量塊8的材質(zhì)為銅；所述壓電元件9的材質(zhì)為鈦酸鋇陶瓷。
[0021]本實施例所述的低速重載機械早期故障檢測軟件的主流程如圖4所示:
步驟1:采集待診斷設(shè)備的軸承振動信號和軸承旋轉(zhuǎn)頻率；
步驟2:判斷所述軸承振動信號的最大幅值是否大于設(shè)定的閾值，如果是，則存在故障，進入步驟3 ;否則，進入步驟5 ;
步驟3:對所述軸承振動信號進行稀疏分解，提取所述軸承振動信號中的沖擊信號，計算沖擊信號出現(xiàn)的頻率；
步驟4:根據(jù)軸承旋轉(zhuǎn)頻率和沖擊信號出現(xiàn)的頻率，確定故障類型，給出故障報警信
號;
步驟5:判斷是否收到停止檢測指令，如果是，結(jié)束檢測；否則，返回步驟I。
[0022]本實施例所述的故障類型為外圈故障、內(nèi)圈故障和滾動體故障中的一種以上。
[0023]本實施例所述的早期故障檢測系統(tǒng)中壓振傳感器I采集到的連鑄鋼包回轉(zhuǎn)臺的軸承振動信號如圖5所示，雖然振動信號中有噪聲干擾，但是不難找出其中幅值較大的沖擊信號成分。
[0024]本實施例所述的低速重載機械早期故障檢測軟件提取的沖擊信號如圖6所示，與圖5相比較，該檢測軟件精確地提取出了軸承振動信號中的沖擊成分，有效地濾掉了大部分背景噪聲，從圖6所計算的沖擊信號頻率均值為5.20Hz，與軸承轉(zhuǎn)速為45rpm時內(nèi)圈故障的特征頻率為5.36Hz比較吻合。低速重載機械早期故障檢測軟件的診斷結(jié)果為內(nèi)圈故障，經(jīng)實際檢測其故障為0.6mm的內(nèi)圈裂紋故障，診斷結(jié)果與事實相符。
[0025]實施例2
一種低速重載機械的早期故障檢測系統(tǒng)。除下述技術(shù)參數(shù)外，其余同實施例1。
[0026]本實施例中:所述質(zhì)量塊8的材質(zhì)為鐵；所述壓電元件9的材質(zhì)為鋯鈦酸鉛陶瓷。
[0027]本實施例所述早期故障檢測系統(tǒng)中壓振傳感器I采集到的連鑄鋼包回轉(zhuǎn)臺軸承振動信號如圖7所示，雖然振動信號中有噪聲干擾，但是不難找出其中幅值較大的沖擊信號成分。
[0028]本實施例所述的低速重載機械早期故障檢測軟件提取的沖擊信號如圖8所示，與圖7相比較，該檢測軟件精確地提取出了軸承振動信號中的沖擊成分，有效地濾掉了大部分背景噪聲，從圖8所計算的沖擊信號頻率均值為3.80Hz，與軸承轉(zhuǎn)速為45rpm時外圈故障的特征頻率為3.65Hz比較接近。低速重載機械早期故障檢測軟件的診斷結(jié)果為外圈故障，經(jīng)實際檢測其故障為0.5mm的外圈故障，診斷結(jié)果與事實相符。
[0029]實施例3
一種低速重載機械的早期故障檢測系統(tǒng)。除下述技術(shù)參數(shù)外，其余同實施例1。
[0030]本實施例中:所述質(zhì)量塊8的材質(zhì)為鋁；所述壓電元件9的材質(zhì)為鈮鎂酸鉛陶瓷。
[0031]本實施例所述的早期故障檢測系統(tǒng)中壓振傳感器I采集的軸承振動信號如圖9所示，雖然振動信號中有噪聲干擾，但不難找出其中幅值較大的沖擊信號成分。
[0032]本實施例所述的低速重載機械早期故障檢測軟件提取的沖擊信號如圖10所示，與圖9相比較，該檢測軟件精確地提取出了軸承振動信號中的沖擊成分，有效地濾掉了大部分背景噪聲，從圖10所計算的沖擊信號頻率均值為2.51Hz，與軸承轉(zhuǎn)速為45rpm時滾動體故障的特征頻率為2.60Hz比較接近。低速重載機械早期故障檢測軟件的診斷結(jié)果為滾動體故障，經(jīng)實際檢測其故障為0.7mm的滾動體故障，診斷結(jié)果與事實相符。
[0033]本【具體實施方式】通過壓振傳感器I內(nèi)部的帶通濾波器12、高通濾波器13和低通濾波器14實現(xiàn)對沖擊信號的共振解調(diào)，使微弱沖擊信號在幅值上得到增強，降低了沖擊信號提取的難度；利用超低頻鎖相環(huán)3對特定頻率段的追蹤功能，將采集的軸承振動信號中的沖擊信號進行鎖定，大量壓縮了采集的軸承振動信號的采樣點數(shù)；同時利用低速重載機械早期故障檢測軟件，通過稀疏算法建立故障沖擊信號的原子庫，對采集的軸承振動信號進行稀疏表示，更加精確的提取故障沖擊信號并濾去噪聲，進而通過提取到的沖擊信號信息對故障類型進行準確判定，最終實現(xiàn)沖擊信號提取準確，故障診斷精確的低速重載機械的早期故障診斷。
[0034]因此，本【具體實施方式】具有能方便提取微弱沖擊信號、采樣點少和故障判斷精確的特點。
【權(quán)利要求】
1.一種低速重載機械的早期故障檢測系統(tǒng)，其特征在于所述的早期故障檢測系統(tǒng)包括壓振傳感器(I)、放大器(2)、超低頻鎖相環(huán)(3)、模數(shù)轉(zhuǎn)換器(4)和計算機(5);壓振傳感器(I)的信號輸出端Ia與放大器⑵的信號輸入端2a連接,放大器⑵的信號輸出端2b與超低頻鎖相環(huán)(3)的信號輸入端3a連接，超低頻鎖相環(huán)(3)的信號輸出端3b與模數(shù)轉(zhuǎn)換器(4)的模擬輸入端4a連接，模數(shù)轉(zhuǎn)換器(4)的數(shù)字輸出端4b與計算機(5)的串口 coml連接； 所述的壓振傳感器(I)包括外殼(6)、電路板(7)、質(zhì)量塊(8)、壓電元件(9)、螺栓(10)和底座(11);底座(11)由下到上依次設(shè)有壓電元件(9)、質(zhì)量塊⑶和電路板(7)，壓電元件(9)、質(zhì)量塊(8)和電路板(7)通過螺栓(10)固定在底座(11)的上平面，外殼(6)固定在底座(11)的上部；外殼(6)、電路板(7)、質(zhì)量塊(8)、壓電元件(9)和底座(11)同中心安裝； 所述的電路板(7)包括帶通濾波器(12)、高通濾波器(13)和低通濾波器(14)，帶通濾波器(12)的信號輸出端12b連接高通濾波器(13)的信號輸入端13a，高通濾波器(13)的信號輸出端13b連接低通濾波器(14)的信號輸入端14a;低通濾波器(14)的信號輸出端14b與放大器(2)的信號輸入端2a連接；帶通濾波器(12)的信號輸入端12a與壓電元件(9)的電壓輸出端9a連接； 所述的計算機(5) 中裝有低速重載機械早期故障檢測軟件。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的低速重載機械的早期故障檢測系統(tǒng)，其特征在于所述質(zhì)量塊(8)的材質(zhì)為銅、鐵和鋁中的一種。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的低速重載機械的早期故障檢測系統(tǒng)，其特征在于所述壓電元件(9)的材質(zhì)為鈦酸鋇陶瓷、鋯鈦酸鉛陶瓷和鈮鎂酸鉛陶瓷中的一種。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的低速重載機械的早期故障檢測系統(tǒng)，其特征在于 所述的低速重載機械早期故障檢測軟件的主流程是: 步驟1:采集待診斷設(shè)備的軸承振動信號和軸承旋轉(zhuǎn)頻率； 步驟2:判斷所述軸承振動信號的最大幅值是否大于設(shè)定的閾值，如果是，則存在故障，進入步驟3 ;否則，進入步驟5 ; 步驟3:對所述軸承振動信號進行稀疏分解，提取所述軸承振動信號中的沖擊信號，計算沖擊信號出現(xiàn)的頻率； 步驟4:根據(jù)軸承旋轉(zhuǎn)頻率和沖擊信號出現(xiàn)的頻率，確定故障類型，給出故障報警信號; 步驟5:判斷是否收到停止檢測指令，如果是，結(jié)束檢測；否則，返回步驟I。
5.根據(jù)權(quán)利要求4所述的低速重載機械早期故障檢測軟件，其特征在于所述的故障類型為外圈故障、內(nèi)圈故障和滾動體故障中的一種以上。
【文檔編號】G01M99/00GK103616252SQ201310701841
【公開日】2014年3月5日 申請日期:2013年12月19日 優(yōu)先權(quán)日:2013年12月19日
【發(fā)明者】周鳳星, 嚴?？? 董烈超 申請人:武漢科技大學