CN109946068B - 一种检测驱动组件中的传动带异常的方法及装置 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种检测驱动组件中的传动带异常的方法及装置，该方法包括：获取传动带的当前固有频率；将当前固有频率与极限频率阈值进行对比；极限频率阈值为传动带处于失效边缘时的固有频率。响应该对比，判断传动带是否异常。通过实施本发明，能够实现在发电机组工作过程中对传动带是否可能出现故障进行检测，及时检测到传动带可能出现的失效风险。

Description

一种检测驱动组件中的传动带异常的方法及装置

技术领域

本发明涉及故障检测技术领域，具体涉及一种检测驱动组件中的传动带异常的方法及装置。

背景技术

发电机组等驱动组件安装传动带时要有一定的张紧力，来保证传动带的传动性能和变桨效率。若张紧力不足，机组在运行时，传动带容易受到冲击发生断裂；张紧力过大，传动带和驱动轮齿槽啮合不良，也会降低传动带使用寿命。且传动带在恶劣的环境条件下，会发生氧化、腐蚀以及老化等变化，使得传动带的刚度和张紧力变小，当张紧力减小到一定程度时，也会使得传动带发生断裂，导致发电机组失效。

现有的传动带检验方法，都是在传动带安装时，用张紧力要求限值计算传动带长边和短边的固有频率限值，一边调整预紧装置，一边用频率计测量传动带长边和短边的固有频率，最终使其达到频率要求，从而使传动带达到最佳的运行状态，但是在发电机组的运行一段时间后，除了肉眼观察以外，没有相应的方法及标准来检测传动带是否失效，不能在使用过程中获知传动带的失效风险，从而避免传动带断裂造成的损失。

发明内容

本发明提供一种检测驱动组件中的传动带异常的方法及装置，可实现在发电机组的运行过程中，对传动带的运行状况进行实时检测。

本发明第一方面提供一种检测驱动组件中的传动带异常的方法，对于该驱动组件结构中，传动带主要包括两部分：在驱动轮与驱动法兰之间的第一部分(一般可称为长边)、及在张紧轮与驱动法兰之间的第二部分(一般可称为短边)，在本发明第一方面中，是检测该传动带的当前固有频率(长边对应的第一固有频率和/或短边对应的第二固有频率)，并根据其固有频率与各自的极限频率值进行比较，当固有频率小于对应的极限频率值时，则说明传动带可能出现异常，存在失效风险。本发明第一方面提供的检测方法，将传动带的运行状况与其固有频率相关联，能够实现在发电机组工作过程中(传动带工作状态下)对传动带是否可能出现故障进行检测，能够及时检测到传动带可能出现的失效风险，便于工作人员提前更换传动带，从而尽可能避免由于传动带失效带来的损失。

结合本发明第一方面，本发明第一方面第一实施方式中，上述的极限频率阈值为传动带处于失效边缘时的固有频率，也需对于传动带的第一部分、第二部分分别计算，具体地，可通过以下步骤获取传动带的极限频率阈值：测量不同状态下的固有频率以及对应的张紧力，建立固有频率与张紧力的关系式；根据该关系式计算极限张紧力下的固有频率，并将极限张紧力下的固有频率作为极限频率阈值。在本发明第一方面第一实施方式中，通过上述推导过程，发现传动带的极限载荷作用下，其所能承受的载荷可通过其固有频率值进行表征，因此，通过检测固有频率是否小于该极限频率值，即可检测该传动带是否存在失效风险。

结合本发明第一方面第一实施方式，本发明第一方面第二实施方式中，上述的测量不同状态下的固有频率以及对应的张紧力，建立固有频率与张紧力的关系式，包括：通过传感器测量不同状态下的固有频率以及对应的张紧力，利用机器学习算法根据不同状态下的固有频率以及对应的张紧力进行训练，确定关系式；或通过有限元分析获取不同状态下的固有频率以及对应的张紧力，对不同状态下的固有频率以及对应的张紧力进行拟合，确定关系式。

结合本发明第一方面第二实施方式，本发明第一方面第三实施方式中，由于第二实施方式中得到的关系式的计算结果可能与实际值存在一定偏差，在第三实施方式中，可通过检测多组实际值，得到参考值，并将参考值代入该关系式，计算得到修正系数，并根据该修正系数对关系式进行修正，得到修正后的关系式，从而使得通过修正后的关系式计算得到的数值更加贴近实际值，提高对传动带的运行状态进行检测的准确度。

结合本发明第一方面第一实施方式，本发明第一方面第四实施方式中，判断传动带是否异常的过程，包括：基于长边对应的第一固有频率，判断其是否小于长边对应的第一频率阈值，和/或判断短边对应的第二固有频率是否小于短边对应的第二频率阈值；当第一固有频率小于第一频率阈值，和/或第二固有频率小于第二频率阈值时，则判定为异常。

结合本发明第一方面第一实施方式，本发明第一方面第五实施方式中，判断传动带是否异常的过程，包括：基于长边对应的第一固有频率，判断其与长边对应的第一频率阈值的差值是否预定范围，和/或判断短边对应的第二固有频率与短边对应的第二频率阈值的差值是否预定范围；当第一固有频率与第一频率阈值的差值超出预定范围，和/或第二固有频率与第二频率阈值的差值超出预定范围时，则判定为异常。

本发明第二方面提供一种检测驱动组件中的传动带异常的装置，对于该驱动组件结构中，传动带主要包括两部分：在驱动轮与驱动法兰之间的第一部分(一般可称为长边)，在本发明第二方面中，是通过当前固有频率获取模块分别检测该传动带的当前固有频率(长边对应的第一固有频率和/或短边对应的第二固有频率)，并由对比模块根据该固有频率与极限频率值进行比较，当固有频率小于对应的极限频率值时，异常判断模块判定相应部分的传动带可能出现异常，存在失效风险。本发明第三方面提供的检测装置，将传动带的运行状况与其固有频率相关联，能够实现在发电机组工作过程中(传动带工作状态下)对传动带是否可能出现故障进行检测，能够及时检测到传动带可能出现的失效风险，便于工作人员提前更换传动带，从而尽可能避免由于传动带失效带来的损失。

本发明第三方面提供一种非暂态计算机可读存储介质，该非暂态计算机可读存储介质存储计算机指令，所述计算机指令被处理器执行时实现如本发明第一方面任一实施方式所述的检测驱动组件中的传动带异常的方法。

本发明第四方面提供一种计算机设备，包括：至少一个处理器；以及与所述至少一个处理器通信连接的存储器；其中，所述存储器存储有可被所述至少一个处理器执行的指令，所述指令被所述至少一个处理器执行，以使所述至少一个处理器执行如本发明第一方面任一实施方式所述的检测驱动组件中的传动带异常的方法。

附图说明

为了更清楚地说明本发明具体实施方式或现有技术中的技术方案，下面将对具体实施方式或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图是本发明的一些实施方式，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1A为本发明实施例的检测驱动组件中的传动带异常的方法的一个具体示例的流程图；

图1B为本发明实施例的驱动组件的一个具体示例的结构示意图；

图2A为本发明实施例的极限频率阈值的获取过程的一个具体示例的流程图；

图2B为本发明实施例的极限频率阈值的获取过程的另一个具体示例的流程图；

图3为本发明实施例的检测驱动组件中的传动带异常的装置的一个具体示例的结构示意图；

图4为本发明实施例的计算机设备的硬件结构示意图。

具体实施方式

下面将结合附图对本发明的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

在本发明的描述中，需要说明的是，术语“第一”、“第二”、“第三”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性。

此外，下面所描述的本发明不同实施方式中所涉及的技术特征只要彼此之间未构成冲突就可以相互结合。

本发明提供检测驱动组件中的传动带异常的方法及装置，可实现在发电机组的运行过程中，对传动带的运行状况进行实时检测。

如图1A所示，是本发明实施例的检测驱动组件中的传动带异常的方法的流程图，该方法可应用于发电机组的驱动组件中，如图1B所示，该驱动组件主要包括：驱动轮2、张紧轮3、驱动法兰4及传动带1，驱动轮2与驱动法兰4通过传动带1传动相连，张紧轮3设置于传动带1的松边上，在实际应用中，该张紧轮的数量可不限于设置一个，根据实际情况进行调整。本领域技术人员可以理解，图1B中示出的驱动组件结构并不构成对驱动组件的限定，可以包括比图示更多或更少的部件，或者组合某些部件，或者不同的部件布置。

本发明实施例的检测驱动组件中的传动带异常的方法主要包括如下步骤：

步骤S11：获取传动带的当前固有频率。

对于该驱动组件的结构，驱动轮与驱动法兰之间设置的传动带主要包括两部分：在驱动轮与驱动法兰之间的长边、及在张紧轮与驱动法兰之间的短边。

在对传动带进行检测过程中，可仅检测该长边或短边其中之一，来判断传动带是否可能出现故障。因此，在此步骤中，可以是检测传动带的长边对应的第一固有频率或是检测传动带的短边对应的第二固有频率。

可选地，在本发明的一些实施例中，对传动带进行检测，需根据该传动带的长边及短边分别进行检测。此时，需分别检测传动带的长边的第一固有频率及短边的第二固有频率。

步骤S12：将当前固有频率与极限频率阈值进行对比；极限频率阈值为传动带处于失效边缘时的固有频率。

可选地，在本发明的一些实施例中，如图2A所示，上述的极限频率阈值的可通过以下过程确定：

步骤S121：通过传感器，采集不同状态下该传动带的多组固有频率以及对应的张紧力，长边的数据可以是如表1所示。

表1

短边的数据可以是如表2所示。

表2

步骤S122：基于测量的多组固有频率以及对应的张紧力，利用神经网络等机器学习算法，进行训练，得到固有频率与张紧力的第一关系式。

步骤S123：根据该第一关系式计算极限张紧力下的固有频率，并将极限张紧力下的固有频率作为极限频率阈值。其中，该极限张紧力可以通过有限元建模，对该驱动组件进行模态强度分析得到。

可选地，在本发明的一些实施例中，如图2B所示，上述的极限频率阈值可通过以下过程确定：

步骤S121’：通过有限元分析，建立驱动组件的有限元模型，根据该模型获取不同状态下该传动带的多组固有频率以及对应的张紧力，长边的数据的选取可以如表1所示，短边的数据的选取可以如表2所示。

步骤S122’：基于有限元分析获取的多组固有频率以及对应的张紧力进行拟合，生成张紧力与固有频率的拟合关系式。

在一实施例中，该拟合关系式可以是线性拟合公式，也可以是根据数值对应关系，生成其他形式的拟合公式。

步骤S123’：根据该拟合关系式计算极限张紧力下的固有频率，并将极限张紧力下的固有频率作为极限频率阈值。其中，该极限张紧力可以通过有限元建模，对该驱动组件进行模态强度分析得到。

可选地，在本发明的一些实施例中，上述步骤S122及步骤S122’生成的张紧力与固有频率的关系式可以是如公式(1)所示：

其中，f_长边为长边的固有频率；F_v1为长边的张紧力；f_短边为短边的固有频率；F_v2为短边的张紧力；m₁，n₁为长边的关系式的系数；m₂，n₂为短边的关系式的系数。

基于上述表1中的长边仿真固有频率与张紧力的数据，可具体得到拟合关系式为：f_长边＝0.556F_v+43.94，但此式中m₁，n₁的取值仅为举例说明，并非用以限制本发明。基于上述表2中的短边仿真固有频率与张紧力的数据，可具体得到拟合关系式为：f_短边＝1.626F_v+128.63，但此式中m₂，n₂的取值仅为举例说明，并非用以限制本发明。

可选地，在本发明的一些实施例中，上述的关系式(第一关系式或拟合关系式)可能与实际值存在一定偏差。因此，还可对该关系式进行修正。具体地，可以是检测传动带在实际运行过程中的多组实际张紧力及其对应的实际固有频率；然后，基于实际张紧力和实际固有频率确定张紧力参考值及固有频率参考值，并将张紧力参考值及固有频率参考值代入到包含有修正系数的关系式中，求得该修正系数。通过上述步骤，即可将包含有该修正系数的关系式作为张紧力与固有频率的关系式。

具体地，进行修正的过程包括：基于实际张紧力和实际固有频率确定张紧力参考值及固有频率参考值，具体地，可以是随机选取三台现场2.5MW或3.0MW风机，其齿形带规格为180×6685，钢丝芯，长×宽：5130mm×180mm，麦高迪齿形带，用频率计和张力计分别测量齿形带长边和短边的频率以及张紧力，各选取三个测量点，每个测量点测三次，去除最大和最小值取平均值，即为固有频率参考值及张紧力参考值。在此实施例中，是通过频率计和张力计进行测量，实际应用中，也可优选利用传感器实时采集频率、张紧力等数据，发明并不以此为限。

然后，将张紧力参考值及固有频率参考值代入到包含有修正系数的拟合式中，求得该修正系数，该包含有修正系数的关系式可以如公式(2)所示：

其中，a为长边的修正系数；b为短边的修正系数。

可选地，在本发明的一些实施例中，将当前固有频率与极限频率阈值进行对比的过程，可以是仅检测传动带的长边对应的第一固有频率，将该第一固有频率与长边对应的第一频率阈值进行对比。或者，也可以是，仅检测传动带的短边对应的第二固有频率，将该第二固有频率与短边对应的第二频率阈值进行对比。或者，也可以是对于检测到的传动带的长边对应的第一固有频率，及短边对应的第二固有频率，分别将该第一固有频率与长边对应的第一频率阈值进行对比、将该第二固有频率与短边对应的第二频率阈值进行对比。实际应用中，可根据应用场景的需要选取其中一种或多种方式进行对比，本发明并不以此为限。

步骤S13：根据步骤S12的对比结果，判定传动带是否出现异常，如判定传动带出现异常，则存在可能失效的风险，可及时同时工作人员进行检修，或更换传动带等处理工作。

可选地，在本发明的一些实施例中，有以下几种情况可判定该传动带出现异常：

当第一固有频率小于该第一频率阈值时，则可判定传动带出现异常；

或者，当第二固有频率小于该第二频率阈值时，则可判定传动带出现异常；

或者，当第一固有频率小于该第一频率阈值、且第二固有频率小于该第二频率阈值时，则可判定传动带出现异常。

可选地，在本发明的一些实施例中，也可通过以下几种情况可判定该传动带出现异常：

当该第一固有频率与该第一频率阈值的差值超出预定范围时，则可判定传动带出现异常；

或者，当该第二固有频率与该第二频率阈值的差值超出预定范围时，则可判定传动带出现异常；

或者，当该第一固有频率与该第一频率阈值的差值超出预定范围、且该第二固有频率与该第二频率阈值的差值超出预定范围时，则可判定传动带出现异常。

以下对本发明实施例的检测驱动组件中的传动带异常的方法的步骤S13的判定传动带是否异常的过程进行举例说明，例如，在实际应用中，通过上述过程确定传动带长边的极限频率值为93Hz，当传动带长边的实际固有频率值达不到93Hz，但是差值较小时，表明该传动带也可再使用一段时间，例如，实际固有频率值达到93Hz时可使用5年时间，92Hz可使用3年时间，91Hz可使用1年时间。因此，如果考虑实际工作情况，可进一步根据该极限频率值设定一个预设范围，当实际固有频率与极限频率值的差值大于或等于该范围，则表明该传动带属于完全不能使用的状态。例如，极限频率值为93Hz，预设误差为7Hz，则当传动带长边的实际固有频率为86Hz，或小于86Hz时，则表明该传动带属于完全不能使用的状态。

在实际应用中，上述实施例所述的传动带可以为齿形带，但也可为其他类型的传动带，例如V带、多楔带等，均可通过本发明实施例的检测驱动组件中的传动带异常的方法进行检测。

本发明实施例的检测驱动组件中的传动带异常的方法，将传动带的运行状况与其固有频率相关联，能够实现在发电机组工作过程中(传动带工作状态下)对传动带是否可能出现故障进行检测，能够及时检测到传动带可能出现的失效风险，便于工作人员提前更换传动带，从而尽可能避免由于传动带失效带来的损失。

本发明实施例还提供一种检测驱动组件中的传动带异常的装置，该装置用于发电机组的驱动组件中的传动带是否存在失效风险。该驱动组件主要包括：驱动轮、张紧轮、驱动法兰及传动带，驱动轮与驱动法兰通过传动带传动相连，张紧轮设置于传动带的松边上，在实际应用中，该张紧轮的数量可不限于设置一个，根据实际情况进行调整。如图3所示，本发明实施例的检测驱动组件中的传动带的装置主要包括：

当前固有频率获取模块301，用于获取传动带的当前固有频率；详细内容参考步骤S11所述。

对比模块302，用于将当前固有频率与极限频率阈值进行对比；详细内容参考步骤S12所述。其中，获取该极限频率阈值的过程的详细内容参考步骤S121-步骤S123、步骤S121’-步骤S123’所述。

异常判断模块303，用于响应对比模块302的对比结果，判断所述传动带是否异常；详细内容参考步骤S13所述。

本发明还实施例提供一种计算机设备，图4是本发明实施例提供的计算机设备的硬件结构示意图，如图4所示，该设备包括一个或多个处理器410以及存储器420，图4中以一个处理器410为例。

该计算机设备还可以包括：输入装置430和输出装置440。

处理器410、存储器420、输入装置430和输出装置440可以通过总线或者其他方式连接，图4中以通过总线连接为例。

处理器410可以为中央处理器(Central Processing Unit，CPU)。处理器410还可以为其他通用处理器、数字信号处理器(Digital Signal Processor，DSP)、专用集成电路(Application Specific Integrated Circuit，ASIC)、现场可编程门阵列(Field-Programmable Gate Array，FPGA)或者其他可编程逻辑器件、分立门或者晶体管逻辑器件、分立硬件组件等芯片，或者上述各类芯片的组合。通用处理器可以是微处理器或者该处理器也可以是任何常规的处理器等。

存储器420作为一种非暂态计算机可读存储介质，可用于存储非暂态软件程序、非暂态计算机可执行程序以及模块，如本发明实施例中的检测驱动组件中的传动带异常的方法对应的程序指令/模块(例如，图3所示的当前固有频率获取模块301、对比模块302、异常判断模块303等)。处理器410通过运行存储在存储器420中的非暂态软件程序、指令以及模块，从而执行服务器的各种功能应用以及数据处理，即实现上述方法实施例所述的检测驱动组件中的传动带异常的方法。

存储器420可以包括存储程序区和存储数据区，其中，存储程序区可存储操作系统、至少一个功能所需要的应用程序；存储数据区可存储根据检测驱动组件中的传动带的装置的使用所创建的数据等。此外，存储器420可以包括高速随机存取存储器，还可以包括非暂态存储器，例如至少一个磁盘存储器件、闪存器件、或其他非暂态固态存储器件。在一些实施例中，存储器420可选包括相对于处理器410远程设置的存储器，这些远程存储器可以通过网络连接至检测驱动组件中的传动带的装置。上述网络的实例包括但不限于互联网、企业内部网、局域网、移动通信网及其组合。

输入装置430可接收用户输入的查询请求(或其他数字或字符信息)，以及产生与检测驱动组件中的传动带的装置的用户设置以及功能控制有关的键信号输入。输出装置440可包括显示屏等显示设备，用以输出检测结果。

所述一个或者多个模块存储在所述存储器420中，当被所述一个或者多个处理器410执行时，执行如图1A-图2B所示的方法。

上述产品可执行本发明实施例所提供的方法，具备执行方法相应的功能模块和有益效果。未在本实施例中详尽描述的技术细节，具体可参见如图1A-图2B所示的实施例中的相关描述。

本发明实施例还提供一种非暂态计算机存储介质，所述计算机存储介质存储有计算机可执行指令，该计算机可执行指令可执行上述任意方法实施例中的检测驱动组件中的传动带异常的方法。其中，所述存储介质可为磁碟、光盘、只读存储记忆体(Read-OnlyMemory，ROM)、随机存储记忆体(Random Access Memory，RAM)、快闪存储器(FlashMemory)、硬盘(Hard Disk Drive，缩写：HDD)或固态硬盘(Solid-State Drive，SSD)等；所述存储介质还可以包括上述种类的存储器的组合。

显然，上述实施例仅仅是为清楚地说明所作的举例，而并非对实施方式的限定。对于所属领域的普通技术人员来说，在上述说明的基础上还可以做出其它不同形式的变化或变动。这里无需也无法对所有的实施方式予以穷举。而由此所引伸出的显而易见的变化或变动仍处于本发明创造的保护范围之中。

Claims (13)

1.一种检测驱动组件中的传动带异常的方法，其特征在于，所述方法包括：

获取所述传动带的当前固有频率；

将所述当前固有频率与极限频率阈值进行对比；所述极限频率阈值为所述传动带处于极限张紧力时的固有频率；

响应所述对比，判断所述传动带是否异常。

2.根据权利要求1所述的检测驱动组件中的传动带异常的方法，其特征在于，通过以下步骤确定所述极限频率阈值：

测量不同状态下的固有频率以及对应的张紧力，建立固有频率与张紧力的关系式；

根据所述关系式计算极限张紧力下的固有频率，并将所述极限张紧力下的固有频率作为所述极限频率阈值。

3.根据权利要求2所述的检测驱动组件中的传动带异常的方法，其特征在于，所述测量不同状态下的固有频率以及对应的张紧力，建立固有频率与张紧力的关系式，包括：

通过传感器测量所述不同状态下的固有频率以及对应的张紧力，利用机器学习算法根据所述不同状态下的固有频率以及对应的张紧力进行训练，确定所述关系式；或

通过有限元分析获取所述不同状态下的固有频率以及对应的张紧力，对所述不同状态下的固有频率以及对应的张紧力进行拟合，确定所述关系式。

4.根据权利要求2所述的检测驱动组件中的传动带异常的方法，其特征在于，所述极限张紧力为通过有限元建模，对所述驱动组件进行模态强度分析得到。

5.根据权利要求2所述的检测驱动组件中的传动带异常的方法，其特征在于，在建立固有频率与张紧力的关系式之后、根据所述关系式计算极限张紧力下的固有频率之前，还包括：

利用修正系数对所述关系式进行修正，得到修正关系式。

6.根据权利要求2所述的检测驱动组件中的传动带异常的方法，其特征在于，所述关系式包括与所述传动带的长边对应的第一关系式以及与所述传动带的短边对应的第二关系式。

7.根据权利要求2所述的检测驱动组件中的传动带异常的方法，其特征在于，获取所述传动带的当前固有频率，包括：

获取与所述传动带的长边对应的第一固有频率，和/或

获取与所述传动带的短边对应的第二固有频率。

8.根据权利要求7所述的检测驱动组件中的传动带异常的方法，其特征在于，所述极限频率阈值包括与所述传动带的长边对应的第一频率阈值及与所述传动带的短边对应的第二频率阈值。

9.根据权利要求8所述的检测驱动组件中的传动带异常的方法，其特征在于，判断传动带是否异常，包括：

当所述第一固有频率小于所述第一频率阈值，和/或所述第二固有频率小于所述第二频率阈值时，则判定为异常。

10.根据权利要求9所述的检测驱动组件中的传动带异常的方法，其特征在于，判断传动带是否异常，还包括：

当所述第一固有频率与所述第一频率阈值的差值超出预定范围，和/或所述第二固有频率与所述第二频率阈值的差值超出预定范围时，则判定为异常。

11.一种检测驱动组件中的传动带异常的装置，其特征在于，所述装置包括：

当前固有频率获取模块，用于获取所述传动带的当前固有频率；

对比模块，用于将所述当前固有频率与极限频率阈值进行对比；所述极限频率阈值为所述传动带处于极限张紧力时的固有频率；

异常判断模块，用于响应所述对比，判断所述传动带是否异常。

12.一种非暂态计算机可读存储介质，其特征在于，所述非暂态计算机可读存储介质存储计算机指令，所述计算机指令被处理器执行时实现如权利要求1-10任一项所述的检测驱动组件中的传动带异常的方法。

13.一种计算机设备，其特征在于，包括：

至少一个处理器；以及

与所述至少一个处理器通信连接的存储器；其中，所述存储器存储有可被所述至少一个处理器执行的指令，所述指令被所述至少一个处理器执行，以使所述至少一个处理器执行如权利要求1-10中任一项所述的检测驱动组件中的传动带异常的方法。

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