本發(fā)明涉及機械故障診斷技術(shù)領(lǐng)域，特別涉及一種低速重載齒輪裂紋故障在線檢測方法。

背景技術(shù)：

在礦山機械、風力發(fā)電、大型船舶等領(lǐng)域，齒輪通常在低速重載的工況下運轉(zhuǎn)，惡劣的工作環(huán)境導致低速重載齒輪裂紋乃至斷齒故障時有發(fā)生。從消除事故隱患，降低人員財產(chǎn)損失，提升企業(yè)的經(jīng)濟效益等角度考慮，對低速重載齒輪進行在線檢測具有重大現(xiàn)實意義。目前，基于振動測量與分析的技術(shù)在齒輪故障診斷領(lǐng)域取得了成功，各種新技術(shù)、新方法不斷涌現(xiàn)。然而在低速重載齒輪的故障診斷領(lǐng)域仍面臨以下問題：(1)齒輪的振動信息從故障源到傳感器經(jīng)過一個復雜的傳遞路徑(齒輪-軸-軸承-箱體)，信號信噪比低；(2)低速重載齒輪振動信號的特征頻率低，振動及速度不敏感，容易淹沒在其他設備的振動信號及其背景噪聲中。上述原因?qū)е禄谡駝訙y量與分析的技術(shù)用于低速重載齒輪的在線檢測效果不理想，不能及時發(fā)現(xiàn)低速重載齒輪的早期裂紋等故障。因此，有必要尋找一種全新的適合低速重載齒輪的狀態(tài)檢測方法。

技術(shù)實現(xiàn)要素：

為克服現(xiàn)有技術(shù)缺點，本發(fā)明的目的在于提供了一種低速重載齒輪裂紋故障在線檢測方法，用于及時發(fā)現(xiàn)齒輪的裂紋缺陷及其演變趨勢。

為達到上述目的，本發(fā)明采取的技術(shù)方案為：

一種低速重載齒輪裂紋故障在線檢測方法，包括以下步驟：

步驟一，在主動齒輪軸處安裝扭矩傳感器和光電轉(zhuǎn)速傳感器；

步驟二，利用數(shù)據(jù)采集設備，同步采集光電轉(zhuǎn)速傳感器測得的轉(zhuǎn)速脈沖信號t(t)與扭矩傳感器測得的扭矩信號y(t)，轉(zhuǎn)速脈沖信號t(t)對應的轉(zhuǎn)速脈沖離散信號tn＝t(n),n＝1,2,3…n，扭矩離散信號yn＝y(tǒng)(n)，n＝1,2,3…n，其中采樣間隔為ds，fs為采樣頻率，采樣點數(shù)為n；

步驟三，對扭矩信號y(t)進行去均值處理，得到扭矩隨時間的波動，

式中，表示去均值之后的扭矩信號；

步驟四，利用轉(zhuǎn)速脈沖離散信號tn對扭矩離散信號yn作時域同步平均處理tsa，目標頻率分別為低速軸和高速軸轉(zhuǎn)頻；

步驟五，計算時域同步平均信號的均方根值作為齒輪狀態(tài)監(jiān)測的指標；

步驟六，繪制齒輪的狀態(tài)監(jiān)測趨勢。

以目標頻率為輸入軸轉(zhuǎn)頻，時域同步平均處理tsa實現(xiàn)步驟如下：

1)利用轉(zhuǎn)速脈沖信號t(t)的上升沿將扭矩離散信號yn分成p段，上升沿對應前一段的結(jié)束時刻和后一段的起始時刻；

2)對分割后的每一段信號進行插值處理，保證每段點數(shù)相同，插值處理之后每段信號點數(shù)為m；

3)對插值后的p段信號相加，取平均值，時域同步平均信號表示為：

式中，表示經(jīng)過時域同步平均后的信號，表示經(jīng)過插值之后的分割信號，p表示分割段數(shù)。

本發(fā)明的有益效果：

正常齒輪傳動過程中，由于動剛度的影響，齒輪的傳遞扭矩在小范圍內(nèi)波動；當齒輪發(fā)生裂紋故障時，故障齒的扭轉(zhuǎn)動剛度降低，齒輪的傳遞扭矩波動增大，并且出現(xiàn)以故障齒輪的旋轉(zhuǎn)周期為間隔的沖擊?；诖爽F(xiàn)象，相比基于振動信息的齒輪狀態(tài)檢測方法，本發(fā)明方法具有很好的抗干擾性和準確性，能及時發(fā)現(xiàn)齒輪的早期故障，在低速重載齒輪的研發(fā)試驗等領(lǐng)域具有很高的應用價值。

附圖說明

圖1為本發(fā)明方法流程圖。

圖2為實施例齒輪轉(zhuǎn)速脈沖信號與輸入軸扭矩信號。

圖3為時域同步平均處理tsa方法流程。

圖4為實施例時域同步平均處理tsa處理后的輸入軸扭矩信號。

圖5為實施例拆箱前8小時輸入軸齒輪狀態(tài)監(jiān)測趨勢圖。

具體實施方式

下面結(jié)合附圖和實施例對本發(fā)明進行詳細描述。

某企業(yè)需要對車橋主減齒輪進行運行狀態(tài)在線監(jiān)測，從而及時發(fā)現(xiàn)齒輪的早期故障，鎖定齒輪設計薄弱環(huán)節(jié)。通常選擇基于振動信息對齒輪進行狀態(tài)監(jiān)測，但在低速重載工況下齒輪的振動信號的信噪比低、易受干擾，不能及時發(fā)現(xiàn)齒輪的早期故障，下面通過本發(fā)明解決低速重載齒輪的狀態(tài)監(jiān)測問題。

參照圖1，一種低速重載齒輪裂紋故障在線檢測方法，包括以下步驟：

步驟一，在齒輪的電機軸和齒輪軸聯(lián)軸器處安裝扭矩傳感器，在齒輪輸入軸安裝光電轉(zhuǎn)速傳感器；

步驟二，利用數(shù)據(jù)采集設備，同步采集光電轉(zhuǎn)速傳感器測得的轉(zhuǎn)速脈沖信號t(t)與扭矩傳感器測得的扭矩信號y(t)，如圖2所示；轉(zhuǎn)速脈沖信號t(t)對應的轉(zhuǎn)速脈沖離散信號tn＝t(n),n＝1,2,3…n，扭矩離散信號yn＝y(tǒng)(n)，n＝1,2,3…n，其中采樣間隔為ds，fs為采樣頻率，采樣點數(shù)為n；

步驟三，對扭矩信號y(t)進行去均值處理，得到扭矩隨時間的波動，

式中，表示去均值之后的扭矩信號；

步驟四，利用轉(zhuǎn)速脈沖離散信號tn對扭矩離散信號yn作時域同步平均處理tsa，目標頻率分別為低速軸和高速軸轉(zhuǎn)頻；

以輸入軸為目標頻率的tsa處理流程如圖3所示，處理結(jié)果如圖4所示，以目標頻率為輸入軸轉(zhuǎn)頻，時域同步平均處理tsa實現(xiàn)步驟如下：

1)利用轉(zhuǎn)速脈沖信號t(t)的上升沿將扭矩離散信號yn分成p段，上升沿對應前一段的結(jié)束時刻和后一段的起始時刻；

2)對分割后的每一段信號進行插值處理，保證每段點數(shù)相同，插值處理之后每段信號點數(shù)為m；

3)對插值后的p段信號相加，取平均值，時域同步平均信號表示為：

式中，表示經(jīng)過時域同步平均后的信號，表示經(jīng)過插值之后的分割信號，p表示分割段數(shù)；

步驟五，計算時域同步平均信號的均方根值作為齒輪狀態(tài)監(jiān)測的指標；

步驟六，繪制齒輪的狀態(tài)監(jiān)測趨勢，輸入軸齒輪的狀態(tài)趨勢如圖5所示，齒輪的失效形式為疲勞裂紋。

以上內(nèi)容是結(jié)合具體的優(yōu)選實施方式對本發(fā)明所作的進一步詳細說明，不能認定本發(fā)明的具體實施方式僅限于此，對于本發(fā)明所屬技術(shù)領(lǐng)域的普通技術(shù)人員來說，在不脫離本發(fā)明構(gòu)思的前提下，還可以做出若干簡單的推演或替換，都應當視為屬于本發(fā)明由所提交的權(quán)利要求書確定專利的保護范圍。