CN103712680A - 一种旋转机械滚动轴承预警方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种旋转机械滚动轴承预警方法，滚动轴承稳定运行时所产生的振动信号是平稳的低频信号，而轴承失效时所产生的是突变的高频脉冲信号，采集振动信号，利用小波算法提取信号中的突变高频脉冲点位置并经过预警输出，能及时对旋转机械动作进行干预，保证旋转机械的安全。对高速列车滚动轴承实时监控，有效提高列车运行的安全性和平稳性，对于保障乘客生命安全具有重要的现实意义；对核电站发电机组进行振动监控，大大提高核能发电的安全系数，避免因旋转震荡产生的核泄漏和污染；对生产过程中旋转拖动机构的轴承进行实时监控，能提高企业生产的连续性，避免经济损失。

Description

一种旋转机械滚动轴承预警方法

技术领域

本发明涉及一种故障判断装置，特别涉及一种基于Marr小波和阀值判断的旋转机械滚动轴承预警方法。

背景技术

2012年某客车制造生产线的一起机械故障，该故障致使生产流程长时间中断，造成一定的经济损失。该生产线采用的机械加工设备主要依赖于旋转机械拖动大负载，但在长期的使用过程中，由于塑性形变、温升不均、外来颗粒入侵等使滚动轴承发生严重磨损，使其失效，导致与之相连的齿轮箱中的齿轮发生严重的轮齿折断、齿面胶合、磨损和大的塑形形变，对齿轮箱造成了毁灭性的破坏，另外使相连的转轴、联轴器等小幅的震荡，致使整体机械设备不能稳定运行，生产流程中断。

旋转机械是一种通过旋转运动实现其功能的机械装置，大到水力发电中的水轮机、小到机械钟表中的转轴机构都是典型的旋转机械，由于在旋转机械故障中，约70%都是由于滚动轴承失效引起的，因此，对滚动轴承的状态进行可靠监控是保证旋转机械稳定运行的重要前提。

发明内容

本发明是针对滚动轴承失效是旋转机械最主要的机械故障的问题，提出了一种旋转机械滚动轴承预警方法，通过对核心旋转机械中滚动轴承在线实时监控预警方案，实现轴承故障在线诊断，进而保证旋转机械的可靠运行。

本发明的技术方案为：一种旋转机械滚动轴承预警方法，具体包括如下步骤：

1）用高精度的压电加速度传感器采集滚动轴承的振动信号；

2）步骤1）采集的振动信号依次经过放大电路、带通滤波器后，得到轴承的电压信号U_入送入计算机；

3）步骤2）轴承的电压信号U_入同时送入小波电路，小波电路输出为预警干预信号U_出送入计算机，所述小波电路拓扑结构为：

；

4）计算机计算轴承震荡特征分贝值：

；

5）计算机设定特征阀值和对应的状态：小于20 dB为正常、大于等于20小于35为警告、大于等于35为初损、大于等于60为报废；

6）步骤4）得到轴承震荡特征分贝值与步骤5）中特征阀值进行比较，当所计算的轴承震荡特征分贝值在某个阀值范围内，对应输出此时轴承工作状态。

所述带通滤波器其通带频率为2Hz～2kHz。

本发明的有益效果在于：本发明一种旋转机械滚动轴承预警方法，本方法是保证旋转机械及其相应组件安全运行的前提。对高速列车滚动轴承实时监控，有效提高列车运行的安全性和平稳性，对于保障乘客生命安全具有重要的现实意义；对核电站发电机组进行振动监控，大大提高核能发电的安全系数，避免因旋转震荡产生的核泄漏和污染；对生产过程中旋转拖动机构的轴承进行实时监控，能提高企业生产的连续性，避免经济损失。

附图说明

图1为本发明旋转机械滚动轴承预警系统结构示意图；

图2为本发明旋转机械滚动轴承预警系统实施方案示意图。

具体实施方式

滚动轴承稳定运行时所产生的振动信号是平稳的低频信号，而轴承失效时所产生的是突变的高频脉冲信号，利用小波算法提取信号中的突变高频脉冲点位置并经过预警输出，能及时对旋转机械动作进行干预，保证旋转机械的安全。

滚动轴承状态实时监控预警系统主要包含检测、放大、滤波、信号采集与处理、信号输出与报警，如图1所示旋转机械滚动轴承预警装置结构示意图。利用传感器检测滚动轴承的振动状态，将机械量转化为电量，经放大、滤波，对所转化信号进行采集，并传输到微处理器中进行处理，按照轴承状态输出做出报警或干预，达到在线诊断的目的。

滚动轴承状态实时监控预警系统的具体实施方案主要包括四部分，如图2所示：

(1)传感器：拟采用高精度的压电加速度传感器。

(2)电荷放大器、滤波电路：滤波电路采用带通滤波器，其通带频率为2Hz～2kHz。

(3)小波电路：拟采用较为简单的Marr小波：

对上式进行频率变换可得：

对②式进行等效变换得：

即，有：

则，由式⑤可得到小波变换电路的拓扑结构。

(4)实时诊断与预警：该部分主要是利用单片机对比小波变换电路输入输出关系，小波电路的输入为经放大、滤波所得到的轴承的电压信号，输出为预警干预信号，其之间存在如下关系：

而特征分贝值对应的轴承状态，如下表1所示轴承震荡特征分贝值。

表1 

特征值	正常	警告	初损	报废
					dB	＜20	20-35	≥35	≥60

通过单片机计算各时刻状态特征值与表1中特征阀值进行比较，当所计算的特征值在某个阀值范围内，对应输出此时轴承工作状态，如果阀值大于等于60dB，由单片机发出预警信号，干预旋转机械动作。

一种旋转机械滚动轴承预警装置：遵循信号分析与处理的基本原则：信号检测→放大、滤波→采集→信号处理→做出响应；利用集中参数电路的特点，对单片机的输入进行零时差分析；利用逻辑判断法，对轴承状态做出诊断。

滚动轴承实时监控预警系统是保证旋转机械及其相应组件安全运行的前提。对高速列车滚动轴承实时监控，有效提高列车运行的安全性和平稳性，对于保障乘客生命安全具有重要的现实意义；对核电站发电机组进行振动监控，大大提高核能发电的安全系数，避免因旋转震荡产生的核泄漏和污染；对生产过程中旋转拖动机构的轴承进行实时监控，能提高企业生产的连续性，避免经济损失。

总的来说，轴承实时监控预警在实际生产中具有重要的应用价值，一方面能保证设备安全稳定运行，提高工业生产的可靠性，另一方面也改革传统的机电维护体制，节省大量的人力、物力、财力，提高生产效益。因此，对核心旋转机械的振动监控预警是非常必要的。

Claims (2)

1.一种旋转机械滚动轴承预警方法，其特征在于，具体包括如下步骤：

1）用高精度的压电加速度传感器采集滚动轴承的振动信号；

2）步骤1）采集的振动信号依次经过放大电路、带通滤波器后，得到轴承的电压信号U_入送入计算机；

3）步骤2）轴承的电压信号U_入同时送入小波电路，小波电路输出为预警干预信号U_出送入计算机，所述小波电路拓扑结构为：

；

4）计算机计算轴承震荡特征分贝值：

；

5）计算机设定特征阀值和对应的状态：小于20 dB为正常、大于等于20小于35为警告、大于等于35为初损、大于等于60为报废；

6）步骤4）得到轴承震荡特征分贝值与步骤5）中特征阀值进行比较，当所计算的轴承震荡特征分贝值在某个阀值范围内，对应输出此时轴承工作状态。

2.根据权利要求1所述旋转机械滚动轴承预警方法，其特征在于，所述带通滤波器其通带频率为2Hz～2kHz。

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