CN104697787B - 一种基于多信息融合的变速箱试验台架及其检测方法 - Google Patents
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Abstract
本发明提供了一种基于多信息融合的变速箱试验台架及其检测方法，其中该变速箱试验台架包括试验台基座，所述试验台基座上设有变速箱安装座；所述变速箱安装座上安装有待测变速箱，待测变速箱左侧的输入轴通过第一万向联轴器与第一扭矩转速传感器的输出端相连，第一扭矩转速传感器的输入端通过第一联轴器与伺服电机的输出轴相连；所述待测变速箱右侧的输出轴通过第二万向联轴器与第二扭矩转速传感器的输入端相连，第二扭矩转速传感器的输出端通过第二联轴器与负载相连；待测变速箱与振动信号检测模块、温度检测模块和油液信息检测模块分别相连；振动信号检测模块、温度检测模块和油液信息检测模块分别与控制器模块相连，控制器模块还与负载相连。
Description
技术领域
本发明涉及变速箱检测技术领域，更具体地说涉及一种基于多信息融合的变速箱试验台架及其检测方法。
背景技术
变速箱是工程机械等各种车辆的主要传动部件，担负着将动力从发动机传递到车轮的重要使命。变速箱以其传动比固定，传动力矩大，结构紧凑等优点，使之成为车辆的关键性传动部件之一，其操作性、传动性和安全性的好坏直接影响到车辆的整体性能。因此，对变速箱的检测十分重要。
目前应用于变速箱检测的方法主要包括温度法、油样分析法和振动法。温度法是通过监测齿轮箱润滑油温度来判断齿轮箱是否工作正常，温度监测对于齿轮箱载荷、速度和润滑情况的变化比较敏感；油样分析法是从齿轮箱润滑油中提取油样，通过收集和分析油样中状况金属颗粒来判断齿轮箱工作；振动法是通过安装在齿轮箱壳体适当位置的振动传感器监测齿轮箱振动信号，并对此信号进行分析和处理来判断齿轮箱工作状况与故障。
在现有的试验和在实际诊断过程中，往往只是对机器状态信息中的一种信息进行分析和观察，从中提取有关机器行为的特征。然而，利用单一信息进行故障诊断具有很强的不确定性和局限性。比如，利用振动加速度信号对轴承状态进行诊断时，振动加速度信号往往经过强干扰以及非线性的传递后，有用的信息常常淹没在其他频率成分和测量噪声之中，而且由于信号类型单一，能够提供的信息较少，因而很难作出准确评价。
因此，目前缺乏一种综合检测将温度信息、油液信息以及振动加速度信号，并且能够综合考虑这些信息对变速箱状态进行更准确的评价的变速箱试验台架；而且现有的变速箱故障检测方法，均未研究温度信息、油液信息以及振动加速度信号这三种信号的结合，未考虑温度、油液和振动各参数在正常磨损条件和模拟故障条件下的磨损规律，以及温度、油液和振动参数内在的耦合关系，导致变速箱故障检测的准确度不高。
发明内容
本发明的目的就是针对现有技术之不足，而提供一种基于多信息融合的变速箱试验台架及其检测方法，该变速箱试验台架综合考虑了变速箱润滑油的温度信息、油液信息以及振动加速度信号，而且基于该变速箱试验台架的检测方法，在检测温度信息、油液信息以及振动加速度信号这三种信号的基础上，结合温度、油液和振动各参数在正常磨损条件和模拟故障条件下的磨损规律，以及温度、油液和振动参数内在的耦合关系，提高了变速箱检测的准确性。
为实现上述目的，本发明采用下述技术方案：
一种基于多信息融合的变速箱试验台架，包括试验台基座，所述试验台基座上设有变速箱安装座；所述变速箱安装座上安装有待测变速箱，所述待测变速箱左侧的输入轴通过第一万向联轴器与第一扭矩转速传感器的输出端相连，第一扭矩转速传感器的输入端通过第一联轴器与伺服电机的输出轴相连；所述待测变速箱右侧的输出轴通过第二万向联轴器与第二扭矩转速传感器的输入端相连，第二扭矩转速传感器的输出端通过第二联轴器与负载相连；
所述待测变速箱与振动信号检测模块、温度检测模块和油液信息检测模块分别相连；所述振动信号检测模块、温度检测模块和油液信息检测模块分别与控制器模块相连，所述控制器模块还与负载相连。
所述试验台基座为带T型槽的实体结构。
所述负载为磁粉制动器，或电机。
所述待测变速箱的一端通过油管依次与溢流阀、精过滤器、油泵、粗过滤器、冷却器、油液信息检测模块和温度检测模块连接，最后油管连接至待测变速箱的另一端，构成变速箱润滑系统；所述油泵还与控制器模块相连。
所述温度检测模块为一温度传感器，其通过螺纹连接安装在变速箱润滑系统的油管T型三通接口上，温度传感器检测到油管内油液的温度信号送至控制器模块。
所述油液信息检测模块，包括在线润滑油铁磁性颗粒传感器、在线介电常数传感器和在线粘度传感器，其分别依次通过螺纹连接安装在变速箱润滑系统的油管T型三通接口上，并将检测到的铁磁性磨损颗粒量信息、润滑油含水率信息和油液粘度信息传送至控制器模块。
所述振动信号检测模块，包括若干加速度振动信号传感器和信号处理单元，加速度振动信号传感器分别安装在待测变速箱两端的轴承座和箱体上，所检测到的加速度振动信号经信号处理单元，传送至控制器模块。
所述伺服电机与第一扭矩转速传感器固定在伺服电机及第一扭矩转速传感器安装座上，所述伺服电机及第一扭矩转速传感器安装座固定在试验台基座上。
所述控制器模块还与一显示屏相连。
一种基于多信息融合的变速箱试验台架的检测方法，包括以下步骤：
步骤(1)：选取判断变速箱故障的参数，包括润滑油液温度、铁磁性磨损颗粒量、润滑油含水率与油液粘度，以及变速箱的振动参数；
步骤(2)：在所选取温度、油液和振动参数的基础上，结合磨损试验过程，研究温度、油液和振动各参数在正常磨损条件和模拟故障条件下的磨损规律，以及温度、油液和振动参数内在的耦合关系，为变速箱的温度、油液和振动融合诊断提供依据；
步骤(3)：利用单位圆特征提取方法，对变速箱温度、油液和振动的高维数据进行特征提取，进行变速箱的故障识别和故障磨损程度判别。
本发明的有益效果为：
(1)本发明通过台架上设置的温度检测模块、油液信息检测模块和振动信号检测模块，实现对变速箱三种不同信息的采集，将变速箱的温度信息、油液信息以及振动加速度信号综合起来考虑，从三个不同的角度得到三种不同的信息，经过分析和观察从而获得对被测对象的一致性解释与描述，进而实现相应的决策和估计，使系统获得比其单个组成部分更加充分的信息，提高整个检测系统的有效性能，全面准确地描述被测对象；
(2)本发明的伺服电机及第一扭矩转速传感固定在伺服电机及第一扭矩转速传感器安装座上，这样设置能够保证调节第一扭矩转速传感器和第二扭矩转速传感器之间距离时只需移动伺服电机及第一扭矩转速传感器安装座，避免同时移动伺服电机及第一扭矩转速传感器后需要对两者之间的相对位置从新进行精确定位；
(3)本发明的试验台基座为带T型槽的实体结构，伺服电机及第一扭矩转速传感器安装座、变速箱安装座、第二扭矩转速传感器和负载都通过压板固定的方式固定在试验台基座上，这样设置能够保证检测不同变速箱时可以方便地调节各个零部件之间的距离；
(4)本发明在所选取温度、油液和振动参数的基础上，结合磨损试验过程，研究温度、油液和振动各参数在正常磨损条件和模拟故障条件下的磨损规律，以及温度、油液和振动参数内在的耦合关系，为变速箱的温度、油液和振动融合诊断提供依据；
(5)本发明的温度传感器、在线润滑油铁磁性颗粒传感器、在线介电常数传感器和在线粘度传感器，分别通过螺纹连接安装在变速箱润滑系统的油管T型三通接口上，这样设置能够保证传感器产生故障后方便地进行维护并能够方便地更换其它类型的传感器以进行检测模块的升级。
附图说明
图1是本发明正面结构示意图；
图2是本发明俯视结构示意图；
图3是变速箱润滑系统示意图。
其中，1、负载；2、第二联轴器；3、第二扭矩转速传感器；4、第二万向联轴器；5、加速度振动信号传感器；6、待测变速箱；7、第一万向联轴器；8、第一扭矩转速传感器；9、第一联轴器；10、伺服电机；11、伺服电机及第一扭矩转速传感器安装座；12、变速箱安装座；13、试验台基座；14、温度检测模块；15、油液信息检测模块；16、控制器模块；17、溢流阀；18、精过滤器；19、油泵；20、粗过滤器；21、冷却器；22、在线润滑油铁磁性颗粒传感器；23、在线介电常数传感器；24、在线粘度传感器。
具体实施方式
下面结合附图与实施例对本发明做进一步说明：
实施例：如图1和图2所示，一种基于多信息融合的变速箱试验台架，包括试验台基座13，所述试验台基座13上设有变速箱安装座12；所述变速箱安装座12上安装有待测变速箱6，所述待测变速箱6左侧的输入轴通过第一万向联轴器7与第一扭矩转速传感器8的输出端相连，第一扭矩转速传感器8的输入端通过第一联轴器9与伺服电机10的输出轴相连；所述待测变速箱6右侧的输出轴通过第二万向联轴器4与第二扭矩转速传感器3的输入端相连，第二扭矩转速传感器3的输出端通过第二联轴器2与负载1相连；
所述待测变速箱6与振动信号检测模块、温度检测模块14和油液信息检测模块15分别相连；所述振动信号检测模块、温度检测模块14和油液信息检测模块15分别与控制器模块16相连。所述控制器模块16还与一显示屏相连，所述控制器模块16还与负载1相连。
本发明的基于多信息融合的变速箱试验台架还包括电源模块，所述电源模块为变速箱试验台架的整个装置提供电源；所述负载1选择磁粉制动器，或电机。
所述伺服电机10与第一扭矩转速传感器8固定在伺服电机及第一扭矩转速传感器安装座11上。所述试验台基座13为带T型槽的实体结构，伺服电机及第一扭矩转速传感器安装座11、变速箱安装座12、第二扭矩转速传感器3和负载1都通过压板固定或粘合的方式固定在试验台基座13上，以保证检测不同变速箱时可以方便地调节各个零部件之间的距离。
所述伺服电机10及第一扭矩转速传感器8固定在伺服电机及第一扭矩转速传感器安装座11上，以保证调节第一扭矩转速传感器8和第二扭矩转速传感器3之间距离时只需移动伺服电机及第一扭矩转速传感器安装座11，避免同时移动伺服电机10及第一扭矩转速传感器8后需要对两者之间的相对位置从新进行精确定位。
所述待测变速箱6的一端分别依次通过油管与溢流阀17、精过滤器18、油泵19、粗过滤器20、冷却器21、油液信息检测模块15和温度检测模块14连接，最后油管连接至待测变速箱6的另一端，构成变速箱润滑系统，如图3所示；所述油泵19还与控制器模块16相连。
所述温度检测模块14为一温度传感器，其通过螺纹连接安装在变速箱润滑系统的油管T型三通接口上，温度传感器检测到油管内油液的温度信号送至控制器模块。
所述油液信息检测模块15，包括在线润滑油铁磁性颗粒传感器22、在线介电常数传感器23和在线粘度传感器24，其分别依次通过螺纹连接安装在变速箱润滑系统的油管T型三通接口上，将检测到的铁磁性磨损颗粒量信息、润滑油含水率信息和油液粘度信息传送至控制器模块16，并在显示屏上显示。
所述振动信号检测模块，包括若干加速度振动信号传感器5和信号处理单元，加速度振动信号传感器5分别安装在待测变速箱6两端的轴承座和箱体上，所检测到的加速度振动信号经信号处理单元，传送至控制器模块16，并在显示屏上显示。
本发明的工作原理：
对待测变速箱6进行检测时，首先根据待测变速箱6尺寸选择合适的变速箱安装座12，并调整变速箱安装座12和伺服电机及第一扭矩转速传感器安装座11在试验台基座13上的位置，分别用压板固定或粘合方式固定，然后将待测变速箱6放置在变速箱基座12上，用螺栓固定好，将待测变速箱6的输入轴和输出轴分别用第一万向联轴器7和第二万向联轴器4连接好，最后将待测变速箱6的润滑油进/出口与变速箱润滑系5中对应的油管连接，将加速度振动信号传感器5放置在待测变速箱6的相应位置。电源模块为变速箱试验台架的整个装置提供电源。
进行检测时，在电源模块连接有伺服电机调速开关、负载调节开关、供油开关、急停按钮、电源开关和电源指示灯，其通过伺服电机调速开关、负载调节开关、供油开关和电源开关将检测装置的所有设备启动。
同时，第一扭矩转速传感器8和第二扭矩转速传感器3、温度检测模块14、在线润滑油铁磁性颗粒传感器22、在线介电常数传感器23、在线粘度传感器24和加速度振动信号传感器5将测到的数据通过数据线传送给控制器模块16，控制器模块16通过处理后将检测的数据在相应的显示屏中显示，检测人员根据各种传感器检测到的温度信息、油液信息以及振动加速度信号对变速箱进行检测。本发明将变速箱的温度信息、油液信息以及振动加速度信号综合起来考虑,实现了对变速箱更准确的检测。
一种基于多信息融合的变速箱试验台架的检测方法，包括以下步骤：
步骤(1)：选取判断变速箱故障的参数，包括润滑油液温度、铁磁性磨损颗粒量、润滑油含水率与油液粘度，以及变速箱的振动参数；
步骤(2)：在所选取温度、油液和振动参数的基础上，结合磨损试验过程，研究温度、油液和振动各参数在正常磨损条件和模拟故障条件下的磨损规律，以及温度、油液和振动参数内在的耦合关系，为变速箱的温度、油液和振动融合诊断提供依据；
步骤(3)：利用单位圆特征提取方法，对变速箱温度、油液和振动的高维数据进行特征提取，进行变速箱的故障识别和故障磨损程度判别。
上述虽然结合附图对本发明的具体实施方式进行了描述，但并非对本发明保护范围的限制，所属领域技术人员应该明白，在本发明的技术方案的基础上，本领域技术人员不需要付出创造性劳动即可做出的各种修改或变形仍在本发明的保护范围以内。
Claims (5)
1.一种基于多信息融合的变速箱试验台架的检测方法，其特征在于，所述试验台架包括试验台基座，所述试验台基座上设有变速箱安装座；所述变速箱安装座上安装有待测变速箱，所述待测变速箱左侧的输入轴通过第一万向联轴器与第一扭矩转速传感器的输出端相连，第一扭矩转速传感器的输入端通过第一联轴器与伺服电机的输出轴相连；所述待测变速箱右侧的输出轴通过第二万向联轴器与第二扭矩转速传感器的输入端相连，第二扭矩转速传感器的输出端通过第二联轴器与负载相连；
所述待测变速箱与振动信号检测模块、温度检测模块和油液信息检测模块分别相连；所述振动信号检测模块、温度检测模块和油液信息检测模块分别与控制器模块相连，所述控制器模块还与负载相连；
所述待测变速箱的一端通过油管依次与溢流阀、精过滤器、油泵、粗过滤器、冷却器、油液信息检测模块和温度检测模块连接，最后油管连接至待测变速箱的另一端，构成变速箱润滑系统；所述油泵还与控制器模块相连；
所述伺服电机与第一扭矩转速传感器固定在伺服电机及第一扭矩转速传感器安装座上，所述伺服电机及第一扭矩转速传感器安装座固定在试验台基座上，伺服电机及第一扭矩转速传感器安装座、变速箱安装座、第二扭矩转速传感器和负载都通过压板固定或粘合的方式固定在试验台基座上；
所述温度检测模块为一温度传感器，其通过螺纹连接安装在变速箱润滑系统的油管T型三通接口上，温度传感器检测到油管内油液的温度信号送至控制器模块；
所述油液信息检测模块，包括在线润滑油铁磁性颗粒传感器、在线介电常数传感器和在线粘度传感器，其分别依次通过螺纹连接安装在变速箱润滑系统的油管T型三通接口上，并将检测到的铁磁性磨损颗粒量信息、润滑油含水率信息和油液粘度信息传送至控制器模块；
所述试验台架的检测方法包括以下步骤：
步骤(1)：选取判断变速箱故障的参数，包括润滑油液温度、铁磁性磨损颗粒量、润滑油含水率与油液粘度，以及变速箱的振动参数；
步骤(2)：在所选取温度、油液和振动参数的基础上，结合磨损试验过程，研究温度、油液和振动各参数在正常磨损条件和模拟故障条件下的磨损规律，以及温度、油液和振动参数内在的耦合关系，为变速箱的温度、油液和振动融合诊断提供依据；
步骤(3)：利用单位圆特征提取方法，对变速箱温度、油液和振动的高维数据进行特征提取，进行变速箱的故障识别和故障磨损程度判别。
2.如权利要求1所述的一种基于多信息融合的变速箱试验台架的检测方法，其特征在于，所述试验台基座为带T型槽的实体结构。
3.如权利要求1所述的一种基于多信息融合的变速箱试验台架的检测方法，其特征在于，所述负载为磁粉制动器，或电机。
4.如权利要求1所述的一种基于多信息融合的变速箱试验台架的检测方法，其特征在于，所述振动信号检测模块，包括若干加速度振动信号传感器和信号处理单元，加速度振动信号传感器分别安装在待测变速箱两端的轴承座和箱体上，所检测到的加速度振动信号经信号处理单元，传送至控制器模块。
5.如权利要求1所述的一种基于多信息融合的变速箱试验台架的检测方法，其特征在于，所述控制器模块还与一显示屏相连。
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Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| C06 | Publication | ||
| PB01 | Publication | ||
| C10 | Entry into substantive examination | ||
| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
| GR01 | Patent grant | ||
| GR01 | Patent grant |