一種萬向聯(lián)軸器軸系故障的高孤譜診斷及監(jiān)控方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及一種萬向聯(lián)軸器軸系故障的高孤譜診斷及監(jiān)控方法。
【背景技術(shù)】
[0002]萬向軸常被用于驅(qū)動軸與被動軸不同心的或很難保證同心的傳動系統(tǒng)。萬向軸系通常包括驅(qū)動軸、驅(qū)動軸與萬向軸連接的聯(lián)軸器、萬向軸、萬向軸與被動軸連接的聯(lián)軸器、被動軸(如附圖1-2所示)。其中的聯(lián)軸器多為使用滾動擺動軸承的2爪(十字頭)聯(lián)軸器(如附圖1-3所示)、使用滑動擺動軸承的2爪聯(lián)軸器(如附圖1-5所示)、(四邊形)碟片式2爪聯(lián)軸器(如附圖1-4 (a)、1-4 (b)所示)，套齒聯(lián)軸器(等同于8爪或4爪聯(lián)軸器)(如附圖1-7 (a)、1-7 (b)所示)，稱為偶數(shù)聯(lián)軸器，也有(六邊形)碟片式3爪聯(lián)軸器等，稱為奇數(shù)聯(lián)軸器；其每一個聯(lián)軸器兩邊的爪，直接或通過擺動軸承與萬向軸端及驅(qū)動軸、被動軸端的軸頭連接，驅(qū)動軸、被動軸通過安裝在驅(qū)動端機器、被動端機器外殼上的驅(qū)動軸承座和被動軸承座中的多個多種型號的軸承支承。
[0003]因此，萬向軸系是一個復(fù)雜的傳動系統(tǒng)，更是一個故障多發(fā)的系統(tǒng):萬向軸系存在固有頻率為Fh的橫向共振內(nèi)因、固有頻率為F ,的扭轉(zhuǎn)共振內(nèi)因及不平衡因素，軸系存在聯(lián)軸器軸承(擺動運行的滾動或滑動軸承)的振動或損傷、驅(qū)動端軸承和被動端軸承的振動或損傷，以及驅(qū)動端機器和被動端機器內(nèi)部的齒輪、軸承振動或損傷。
[0004]這些振動幾乎是必然存在的，因為所有運動的部件、零件在運轉(zhuǎn)中都會產(chǎn)生振動。但這些振動由于激發(fā)機器或軸系的共振因素發(fā)生共振，便出現(xiàn)強烈振動，進而導(dǎo)致某些部件、零件加速疲勞、損傷，而這些振動和損傷又相互作用導(dǎo)致系統(tǒng)加速破壞。
[0005]為了保障安全，必須檢測萬向軸系的故障并適時建議維修或更換故障部件。然而故障多發(fā)的萬向軸、聯(lián)軸器和擺動軸承都是旋轉(zhuǎn)部件，不能安裝接觸式的傳感器。只能在驅(qū)動軸承座和被動軸承座上安裝接觸式傳感器。而分離、分析、診斷傳感器信號中的上述部件的故障信息便成為安保和故障診斷的關(guān)鍵難題。
[0006]在現(xiàn)有技術(shù)中，有在萬向軸兩端的驅(qū)動軸軸承座上和被動軸軸承座上加裝振動傳感器，通過檢測振動是否超過限制值而報警的檢測方法。其缺陷是:由于萬向軸必然存在橫向和扭轉(zhuǎn)振動，而且該振動主要是外因激勵而發(fā)生的；振動較大時并不意味著軸系一定存在故障，而振動較小時也不意味著軸系一定沒有故障。而引發(fā)事故的風(fēng)險性故障時常在振動不很大但存在著損傷所致的空行程沖擊時突然發(fā)生。
[0007]為此，特提出一種萬向聯(lián)軸器軸系故障的高孤譜診斷及監(jiān)控方法。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0008]本發(fā)明所要解決的技術(shù)問題是，提供一種萬向聯(lián)軸器軸系故障的高孤譜診斷及監(jiān)控方法。
[0009]其中，高孤譜是本發(fā)明者診斷萬向軸系故障而專門定義的一種特殊診斷譜圖，是指軸系存在風(fēng)險故障時的振動、沖擊所體現(xiàn)的幾乎沒有或僅有相對較小的轉(zhuǎn)頻的I階譜，而卻有等于聯(lián)軸器爪數(shù)(偶數(shù)q或奇數(shù)P)的整數(shù)階譜及其自然數(shù)倍數(shù)的譜。
[0010]萬向軸系在運轉(zhuǎn)過程中存在橫向共振、扭轉(zhuǎn)共振及不平衡因素，從而引起萬向軸系在運動中產(chǎn)生各種振動信號譜線，本發(fā)明，將因強烈振動導(dǎo)致軸系旋轉(zhuǎn)部件出現(xiàn)破損故障時將出現(xiàn)的高孤譜特征，通過裝置中含有的高孤譜診斷及監(jiān)控軟件，完成識別診斷萬向聯(lián)軸器軸系故障。
[0011]本發(fā)明解決其技術(shù)問題所采用的技術(shù)方案是:一種萬向聯(lián)軸器軸系故障的高孤譜診斷及監(jiān)控方法，該方法所用系統(tǒng)包括安裝在萬向軸兩端聯(lián)軸器外的驅(qū)動端機器軸和被動端機器軸之軸承座上的振動沖擊復(fù)合傳感器Al、振動沖擊復(fù)合傳感器A2，與萬向軸系有固定傳動比關(guān)系的軸上的轉(zhuǎn)速傳感器S，及與所述振動沖擊復(fù)合傳感器Al、振動沖擊復(fù)合傳感器A2、轉(zhuǎn)速傳感器S連接并實現(xiàn)診斷、報警的監(jiān)控裝置JKQ ;其特征在于:該方法是將振動沖擊復(fù)合傳感器Al、振動沖擊復(fù)合傳感器A2的輸出信號均接到監(jiān)控裝置JKQ的振動監(jiān)測通道和共振解調(diào)通道，轉(zhuǎn)速傳感器S的輸出信號接到監(jiān)控裝置JKQ的轉(zhuǎn)速通道；振動監(jiān)測通道輸出的振動信號和共振解調(diào)通道輸出的沖擊信號經(jīng)過轉(zhuǎn)速跟蹤AD變換器輸入到監(jiān)控裝置JKQ的軸系故障的高孤譜診斷及監(jiān)控軟件，轉(zhuǎn)速通道輸出的轉(zhuǎn)速脈沖信號經(jīng)過轉(zhuǎn)速接口被輸入到監(jiān)控裝置JKQ的軸系故障的高孤譜診斷及監(jiān)控軟件；利用監(jiān)控裝置JKQ含有的軸系故障的高孤譜診斷及監(jiān)控軟件，對振動、沖擊、轉(zhuǎn)速信號依據(jù)高孤譜診斷及監(jiān)控方法進行分析處理，輸出軸系故障報警及防止軸系破壞風(fēng)險的監(jiān)控操作信息。
[0012]萬向軸系在運轉(zhuǎn)過程中存在橫向共振、扭轉(zhuǎn)共振內(nèi)因及不平衡因素，從而引起萬向軸系的橫向振動、扭轉(zhuǎn)振動和它們的等于聯(lián)軸器爪數(shù)(偶數(shù)q或奇數(shù)P)的高階譜及這些高階譜的自然數(shù)階振動和沖擊。用轉(zhuǎn)速跟蹤AD變換器采集的振動信號，其振動頻譜表現(xiàn)為軸轉(zhuǎn)頻率的偶數(shù)q階譜或奇數(shù)P階譜突出，稱為振動高孤譜；這些振動由于激發(fā)機器或軸系的共振因素而使得機器、軸系發(fā)生共振，共振時的強烈振動導(dǎo)致聯(lián)軸器、擺動軸承等旋轉(zhuǎn)零件加速疲勞、損傷；一旦這些旋轉(zhuǎn)部件破損，在轉(zhuǎn)動過程中便產(chǎn)生破損沖擊，用轉(zhuǎn)速跟蹤AD變換器采集的沖擊信號，其沖擊頻譜表現(xiàn)為軸轉(zhuǎn)頻率的偶數(shù)q階譜或奇數(shù)P階譜突出，稱為沖擊高孤譜；轉(zhuǎn)速跟蹤AD變換器，是以萬向軸轉(zhuǎn)速頻率^的Y倍頻率Y*F n，控制AD變換器對振動信號和沖擊信號采樣的AD變換器；其中Y = 200、400或其他符合采樣定理規(guī)定的數(shù)值。
[0013]利用上述萬向軸系振動時表現(xiàn)的振動高孤譜特征，以及因強烈振動導(dǎo)致軸系旋轉(zhuǎn)部件破損故障而表現(xiàn)的沖擊高孤譜特征，通過軸系故障的高孤譜診斷及監(jiān)控軟件識別診斷振動高孤譜、沖擊高孤譜，通過軟件求取振動高孤譜和沖擊高孤譜的積，稱為高孤譜頻譜相對積，當(dāng)高孤譜頻譜相對積超過限制值時輸出報警。所謂高孤譜，是指軸系存在風(fēng)險故障時的振動、沖擊所體現(xiàn)的幾乎沒有或僅有相對較小的轉(zhuǎn)頻的I階譜，而卻有等于聯(lián)軸器爪數(shù)(偶數(shù)q或奇數(shù)P)的整數(shù)階譜及其自然數(shù)倍數(shù)的譜。
[0014]本發(fā)明之萬向聯(lián)軸器軸系故障的高孤譜診斷及監(jiān)控方法，軸系故障的高孤譜診斷及監(jiān)控軟件的高孤譜診斷及監(jiān)控方法步驟如下:
[0015]當(dāng)聯(lián)軸器兩邊的連接爪為偶數(shù)P (例如聯(lián)軸器兩邊的連接爪數(shù)為P = 2，如附圖1-3，附圖l-4(a)、l-4(b)，附圖1_5，附圖1_7 (a)、1_7 (b))，軸系故障的高孤譜診斷及監(jiān)控軟件的高孤譜診斷及監(jiān)控方法，則為偶孤譜診斷及監(jiān)控軟件的偶孤譜診斷及其監(jiān)控方法，步驟是:
[0016]A，診斷振動偶孤譜:對轉(zhuǎn)速跟蹤AD變換器采集的振動信號進行FFT分析，獲取對應(yīng)萬向軸轉(zhuǎn)速頻率Fn的偶數(shù)P及其N倍數(shù)階振動幅值A(chǔ) pNfn，如Apfn、A2pfn, A3pfn, A4pfn……；獲取對應(yīng)萬向軸轉(zhuǎn)速頻率Fn的偶數(shù)P及其N倍數(shù)加減I階振動幅值A(chǔ)
(pN±l)fn，女口 A(p 土 i)fn、A(2p 土 I)
fn、A (3p ± I) fn、A (4P ± I) fn..?…;若Apfn大于振動限制標(biāo)準(zhǔn)值A(chǔ)B = 5*j [g]，并且A pNfn大于kA
(pN±l)fn，
則ApNfn為振動偶孤譜，如Apfn、A2pfn、A3pfn、A4pfn......分別為振動P孤譜、振動2p孤譜、振動3p
孤譜、振動4p孤譜，式中，[g]為重力加速度單位，j為傳輸修正系數(shù)，j = 0.1?1.0，優(yōu)選值為0.5，k為孤立系數(shù)，取值范圍為I?10，優(yōu)選值為3 #為自然數(shù)，范圍為I?10 ;p為大于等于2的偶數(shù)；
[0017]B，診斷沖擊偶孤譜:對轉(zhuǎn)速跟蹤AD變換器采集的共振解調(diào)信號進行FFT分析，獲取對應(yīng)萬向軸轉(zhuǎn)速頻率Fn的偶數(shù)P及其N倍數(shù)階沖擊共振解調(diào)幅值I pNfn，如Ipfn、I2pfn、I3pfn、I4pfn……；獲取對應(yīng)萬向軸轉(zhuǎn)速頻率Fn的偶數(shù)P及其N倍數(shù)加減I階沖擊共振解調(diào)巾田^[直 I(pN±l)fn，女口 I(p±l)fn、I(2p±l)fn、I(3p±l)fn、I(4p±l)fn ?…；若Ipfn大于沖擊限制標(biāo)準(zhǔn)值IB =10000* j [SV]，并且 IpNfn大于 kl
(pN±l)fn， 則ipNfn為沖擊偶孤譜，如I pfn^ l2pfn、l3