CN110553840B - 一种无损在线式航空传动故障诊断的监测方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种无损在线式航空传动故障诊断的监测方法，包括以下步骤，S1：安装设备，将待测轴承和待测传动轴安装在连接有第一电机的转子上，同时将待测轴承和待测传动轴安装测振传感器，并将探伤检测仪和测振传感器连接到显示仪的数据采集系统；S2：数据采集，启动电机记录转速，对待测轴承和待测传动轴在电机四个不同稳态转速进行测试，每个稳态转速测取结果三次，采集振动信号；同时采集探伤检测仪的信号；S3：数据分析，对采集存储的数据进行分析；S4：降速测试，电机在降速过程中，重复步骤S2、S3；S5：得出结论，根据采集探伤检测仪的信号和测振传感器的信号判断是否出现故障和出现故障的概率，本发明能够提高故障诊断的精确度。

Description

一种无损在线式航空传动故障诊断的监测方法

技术领域

本发明属于航空传动故障设备领域，尤其涉及一种无损在线式航空传动故障诊断的监测方法。

背景技术

航空发动机支撑传动系统是是航空发动机的重要组成本部分，是飞机的心脏，一旦发生故障，常常导致严重的飞行事故；支撑传动系统核心部件是滚动轴承和传动轴，现有的故障诊断方法多采用在未拆解的情况下同时对轴承故障类型进行分析，并针对振动信号提出适用于航空发动机轴承和传动轴。

在未拆解情况下对轴承和传动轴进行诊断故障，存在诊断故障难度大，故障的排查精确度低，振动信号获取难度大，信号分析轴承故障信息准确度低。

中国专利申请201811053874.8公开了一种便携式航空发动机故障诊断装置,包括数据采集模块、数据预处理模块2、故障诊断模块、主控模块、显示模块、存储模块及通讯模块。通过采集处理航空发动机的振动数据、Ng转速信号、Np转速信号，提取故障模式特征信息，从已知条件和信息去诊断航空发动机故障模式及故障所发生部位，由主控模块控制显示模块、存储模块及通讯模块对故障诊断的结果及调整维修策略进行显示、存储及通讯传输，能有效节省时间，提升维护保障效率。具有采集精度高、操作简便、可靠性高等优点。

中国专利申请201711317696.0公开了一种航空发动机振动测试故障诊断装置及诊断方法，涉及航空发动机结构件振动测试技术领域；该装置包括供电电源、电源开关、电阻特性故障诊断模块和电容特性故障诊断模块；还提供航空发动机振动测试故障的诊断方法，采用电阻特性故障诊断模块实现对振动测试系统前端的传感器为磁电式速度传感器进行故障诊断，采用电容特性故障诊断模块实对振动测试系统前端的传感器为压电式振动加速度传感器进行故障诊断。提供的航空发动机振动测试故障诊断装置，通过数字逻辑判断电路板将排故障的流程固化在电路系统中，改善了现有的通过更换低噪声电缆方式等效率低且准确性差的排故方法，大量节约了占台时间，提高了故障诊断的置信度。

但是上述现有技术中，故障检测装置，结构过于复杂，不利于生产和使用，在不拆解的他、情况下对传动系统进行检测，检测难度大，精确度低。

发明内容

针对现有技术不足，本发明的目的在于提供一种无损在线式航空传动故障诊断的监测方法，利用探伤检测仪检测可以通过显示仪直观的检测待测传动轴和待测轴承的细微裂纹，直观的诊断故障；同时采用测振传感器获取数据，然后进行数据分析，增加故障分析的精确度。

本发明提供如下技术方案：

一种无损在线式航空传动故障诊断的监测方法，包括以下步骤：

S1：安装设备，将待测轴承和待测传动轴安装在连接有第一电机的转子上，待测轴承和待测传动轴的上方正对探伤检测仪，同时将待测轴承和待测传动轴安装测振传感器，并将探伤检测仪和测振传感器连接到显示仪的数据采集系统；

S2：数据采集，启动电机记录转速，对待测轴承和待测传动轴在电机四个不同稳态转速进行测试，每个稳态转速测取结果三次，采集振动信号；同时采集探伤检测仪的信号；

S3：数据分析，对采集存储的数据进行分析；

S4：降速测试，电机在降速过程中，重复步骤S2、S3；

S5：得出结论，根据采集探伤检测仪的信号和测振传感器的信号判断是否出现故障和出现故障的概率。

优选的，步骤S1中，安装测振传感器的测点选择应该尽可能多的获取待测轴承外圈本身的振动信号，当进行定期巡回检测，要保持测点位置一致，测量方向根据轴承的承载情况而定，应布置在在和密集最大的地方，保证获取尽可能大的轴承和传动轴本身的振动信号。

优选的，在步骤S2中，所述测振传感器为PCB加速传感器，采用电涡流位移传感器测取位移脉冲信号进而获得转速信号；所述探伤检测仪采用X射线探伤仪，通过数据线将探测数据和图片传送至显示仪，所述显示仪内集成单片机系统，经过单片机处理之后显示故障数据和图片。

优选的，在步骤S3中，针对待测轴承和待测传动轴的振动信号的有效值、峰值、峰值因子及峭度进行统计分析。

优选的，其特征在于，在步骤S4中，将电机的转速由400r/min升至1000r/min，后将至400r/min，进行重复试验。

优选的，在步骤S5中，对待测轴承的有效值、峰值、峰值因子及峭度进行分析，能够识别出待测轴承和待测传动轴的故障，同时利用探伤检测仪检测可以通过显示仪直观的检测待测传动轴和待测轴承的细微裂纹，直观的观测诊断故障。

优选的，所述的监测方法采用一种航空传动故障诊断系统，包括底座和顶板；所述底座两端对称设有两个支柱，两个支柱的顶端均与所述顶板连接；所述底座的上方左侧设有第一电机，所述第一电机的输出轴连接有联轴器，所述联轴器的另一端设有轴承座，所述轴承座内部设有安装轴承，所述联轴器与安装轴承连接，安装轴承另一端连接有转轴，所述转轴上设有转子，所述转子连接有待测传动轴，所述待测传动轴上安装有待测轴承；所述待测传动轴和待测轴承上均安装有多个测振传感器；所述待测传动轴和待测轴承的正上方设有探伤检测仪，所述探伤检测仪上方连接有伸缩结构，所述伸缩结构包括伸缩杆，所述伸缩杆与所述顶板连接。

优选的，所述伸缩结构还包括两个支撑块，两个所述支撑块对称设置在两个伸缩杆的内侧，两个所述连接块均与所述顶板连接；两个所述支撑块内壁之间转动连接有双向丝杆，所述双向丝杆靠近两端侧对称设有两个移动块，两个移动块上方侧壁均连接有滑块；所述双向丝杆上方设有滑杆，所述滑杆两端与两个所述支撑块连接；两个所述滑块均与所述滑道间隙滑动连接。

优选的，其中一个所述支撑块的下方设有第二电机，所述第二电机的输出轴末端固定连接有主动齿轮；所述主动齿轮与固定连接在双向丝杆上的从动齿轮啮合连接。

优选的，两个所述移动块的下方侧壁均转动连接有拉杆，所述拉杆远离移动块的一端转动连接有连接块，所述连接块与所述探伤检测仪连接。

优选的，所述探伤检测仪上方对称设有两个伸缩杆，两个伸缩杆的顶端均与顶板连接。

优选的，两个所述移动块中心位置均开设有通孔，通孔内壁开设有内螺纹，所述内螺纹与双向丝杆的螺纹啮合转动连接。

优选的，所述探伤检测仪和所述测振传感器均通过数据线与显示仪连接。

优选的，所述测振传感器为PCB加速传感器，采用电涡流位移传感器测取位移脉冲信号进而获得转速信号，所述加速传感器共设置有五个，三个安装在待测轴承的外侧壁，两个安装在待测传动轴的外侧壁。

另外，所述显示仪内部集成有单片机，单片机内集成有数据采集系统，由数据采集系统能够获取待测轴承和待测传动轴的工况，对工况进行分析得出故障诊断结果；轴承和传动轴的故障多样，在轴承出现损伤和非线性故障时，其特征频率在一定程度会不同，根据频率不同来准确确定损伤程度和损伤位置。

优选的，所述第一电机采用伺服电机，电机的最大转速n为6000，为了提高故障检测的精确度，所述待测轴承的加速度a和第一电机转速n的关系n/a满足大于等于1.27，小于等于5.38。

优选的，待测轴承在高速运转时有角相位置偏移，偏移量为δ，影响故障检测的准确性，为了增加轴承的应变性和稳定性；所述偏移量δ与a、n、待测轴承半径之间满足下列关系：

δ＝k·(n/a)^1/2·2r；

其中，a为一个常数，取值范围为0.1-1.25；上述关系式只进行数值计算。

与现有技术相比，本发明具有以下有益效果：

(1)本发明一种航空传动故障诊断系统，通过设置伸缩机够，调节探伤检测仪的不同高度，便于待测轴承安装，同时调节不同的高度和角度，找到更合适的角度进行无缝探伤，提高轴承细微裂纹的故障检测精确度。

(2)本发明一种航空传动故障诊断系统，测振传感器和探伤检测仪通过数据线连接显示仪，集成单片机系统，提高了装置一体化智能控制的便利性；更加直观的显示故障数据。

(3)本发明一种航空传动故障诊断系统，通过拆解航空轴承和传动轴，安装在本故障检测装置上进行故障检测，操作方便，通过具有伸缩结构的探伤检测仪和测振传感器达到双重故障检测的目的，进一步提升故障检测精确度。

(4)本发明一种航空传动故障诊断系统，为了增加待测轴承的应变性和稳定性，减小角相偏移量；所述偏移量δ与a、n、待测轴承半径之间满足一系列的关系，保障本装置运行的稳定性；本装置结构简单，制造成本低，便与生产使用。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施方式的技术方案，下面将对实施方式中所需要使用的附图作简单地介绍，应当理解，以下附图仅示出了本发明的某些实施例，因此不应被看作是对范围的限定，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相关的附图。

图1是本发明的流程示意图。

图2是一种航空传动故障诊断系统的整体结构示意图。

图3是一种航空传动故障诊断系统的局部放大示意图。

图4是一种航空传动故障诊断系统的移动块示意图。

图中：1、底座；2、顶板；3、第一电机；4、联轴器；5、轴承座；6、转轴；7、转子；8、待测传动轴；9、测振传感器；10、待测轴承；11、探伤检测仪；12、伸缩杆；13、连接块；14、显示仪；15、数据线；16、支柱；17、拉杆；18、双向丝杆；19、滑杆；20、支撑块；21、第二电机；22、主动齿轮；23、从动齿轮；24、移动块；25、滑块；26、内螺纹。

具体实施方式

为使本发明实施方式的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本发明实施方式中的附图，对本发明实施方式中的技术方案进行清楚、完整地描述。显然，所描述的实施方式是本发明一部分实施方式，而不是全部的实施方式。基于本发明中的实施方式，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施方式，都属于本发明保护的范围。

因此，以下对在附图中提供的本发明的实施方式的详细描述并非旨在限制要求保护的本发明的范围，而是仅仅表示本发明的选定实施方式。基于本发明中的实施方式，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施方式，都属于本发明保护的范围。

实施例一：

请参阅图1，一种无损在线式航空传动故障诊断的监测方法，包括以下步骤：

S1：安装设备，将待测轴承和待测传动轴安装在连接有第一电机的转子上，待测轴承和待测传动轴的上方正对探伤检测仪，同时将待测轴承和待测传动轴安装测振传感器，并将探伤检测仪和测振传感器连接到显示仪的数据采集系统；

S2：数据采集，启动电机记录转速，对待测轴承和待测传动轴在电机四个不同稳态转速进行测试，每个稳态转速测取结果三次，采集振动信号；同时采集探伤检测仪的信号；

S3：数据分析，对采集存储的数据进行分析；

S4：降速测试，电机在降速过程中，重复步骤S2、S3；

S5：得出结论，根据采集探伤检测仪的信号和测振传感器的信号判断是否出现故障和出现故障的概率。

步骤S1中，安装测振传感器的测点选择应该尽可能多的获取待测轴承外圈本身的振动信号，当进行定期巡回检测，要保持测点位置一致，测量方向根据轴承的承载情况而定，应布置在在和密集最大的地方，保证获取尽可能大的轴承和传动轴本身的振动信号。

在步骤S2中，所述测振传感器为PCB加速传感器，采用电涡流位移传感器测取位移脉冲信号进而获得转速信号；所述探伤检测仪采用X射线探伤仪，通过数据线将探测数据和图片传送至显示仪，所述显示仪内集成单片机系统，经过单片机处理之后显示故障数据和图片。

在步骤S3中，针对待测轴承和待测传动轴的振动信号的有效值、峰值、峰值因子及峭度进行统计分析。

其特征在于，在步骤S4中，将电机的转速由400r/min升至1000r/min，后将至400r/min，进行重复试验。

在步骤S5中，对待测轴承的有效值、峰值、峰值因子及峭度进行分析，能够识别出待测轴承和待测传动轴的故障，同时利用探伤检测仪检测可以通过显示仪直观的检测待测传动轴和待测轴承的细微裂纹，直观的观测诊断故障。

实施例二：

请参阅图1-4，与实施例一的不同之处在于，所述监测方法采用一种航空传动故障诊断系统，包括底座1和顶板2；所述底座1两端对称设有两个支柱16，两个支柱16的顶端均与所述顶板2连接；所述底座1的上方左侧设有第一电机3，所述第一电机3的输出轴连接有联轴器4，所述联轴器4的另一端设有轴承座5，所述轴承座5内部设有安装轴承，所述联轴器4与安装轴承连接，安装轴承另一端连接有转轴6，所述转轴6上设有转子7，所述转子7连接有待测传动轴8，所述待测传动轴8上安装有待测轴承10；所述待测传动轴8和待测轴承10上均安装有多个测振传感器9；所述待测传动轴8和待测轴承10的正上方设有探伤检测仪11，所述探伤检测仪11上方连接有伸缩结构，所述伸缩结构包括伸缩杆12，所述伸缩杆12与所述顶板2连接。

所述伸缩结构还包括两个支撑块20，两个所述支撑块20对称设置在两个伸缩杆12的内侧，两个所述连接块13均与所述顶板2连接；两个所述支撑块20内壁之间转动连接有双向丝杆18，所述双向丝杆18靠近两端侧对称设有两个移动块24，两个移动块24上方侧壁均连接有滑块25；所述双向丝杆18上方设有滑杆19，所述滑杆19两端与两个所述支撑块20连接；两个所述滑块25均与所述滑道间隙滑动连接；通过设置伸缩机够，调节探伤检测仪11的不同高度，便于待测轴承10安装，同时调节不同的高度和角度，找到更合适的角度进行无缝探伤，提高轴承细微裂纹的故障检测精确度。

其中一个所述支撑块20的下方设有第二电机21，所述第二电机21的输出轴末端固定连接有主动齿轮22；所述主动齿轮22与固定连接在双向丝杆18上的从动齿轮23啮合连接。

两个所述移动块24的下方侧壁均转动连接有拉杆17，所述拉杆17远离移动块24的一端转动连接有连接块13，所述连接块13与所述探伤检测仪11连接。

所述探伤检测仪11上方对称设有两个伸缩杆12，两个伸缩杆12的顶端均与顶板2连接；所述伸缩杆12为液压伸缩杆12。

两个所述移动块24中心位置均开设有通孔，通孔内壁开设有内螺纹26，所述内螺纹26与双向丝杆18的螺纹啮合转动连接。

所述探伤检测仪11和所述测振传感器9均通过数据线15与显示仪14连接

所述测振传感器9为PCB加速传感器，采用电涡流位移传感器测取位移脉冲信号进而获得转速信号，所述加速传感器共设置有五个，三个安装在待测轴承10的外侧壁，两个安装在待测传动轴8的外侧壁。

测点选择应该尽可能多的获取待测轴承10外圈本身的振动信号，当进行定期巡回检测，要保持测点位置一致，测量方向根据轴承的承载情况而定，应布置在在和密集最大的地方，保证获取尽可能大的轴承和传动轴本身的振动信号。

另外，所述显示仪14内部集成有单片机，单片机内集成有数据采集系统((LMSSCADAIII))，由数据采集系统能够获取待测轴承10和待测传动轴8的工况，对工况进行分析得出故障诊断结果；轴承和传动轴的故障多样，在轴承出现损伤和非线性故障时，其特征频率在一定程度会不同，根据频率不同来准确确定损伤程度和损伤位置。

所述探伤检测仪11采用无缝探伤检测仪11(X射线探伤仪)，通过数据线15将探测数据和图片传送至显示仪，经过单片机处理之后显示故障数据和图片。

实施例三

与实施例一和二不同之处在于，所述第一电机3采用伺服电机，电机的最大转速n为6000，为了提高故障检测的精确度，所述待测轴承10的加速度a和第一电机3转速n的关系n/a满足大于等于1.27，小于等于5.38。

待测轴承10在高速运转时有角相位置偏移，偏移量为δ，影响故障检测的准确性，为了增加轴承的应变性和稳定性；所述偏移量δ与a、n、待测轴承10半径之间满足下列关系：

δ＝k·(n/a)^1/2·2r；

其中，a为一个常数，取值范围为0.1-1.25；上述关系式只进行数值计算。

通过上述技术方案得到的装置是一种无损在线式航空传动故障诊断的监测方法，利用探伤检测仪检测11可以通过显示仪14直观的检测待测传动轴8和待测轴承10的细微裂纹，直观的诊断故障；同时采用测振传感器9获取数据，然后进行数据分析，增加故障分析的精确度。

以上所述仅为本发明的优选实施方式而已，并不用于限制本发明，对于本领域的技术人员来说，本发明可以有各种更改和变化；凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (6)

1.一种无损在线式航空传动故障诊断的监测方法，其特征在于,包括以下步骤：

S1：安装设备，将待测轴承和待测传动轴安装在连接有第一电机的转子上，待测轴承和待测传动轴的上方正对探伤检测仪，同时将待测轴承和待测传动轴安装测振传感器，并将探伤检测仪和测振传感器连接到显示仪的数据采集系统；

S2：数据采集，启动电机记录转速，对待测轴承和待测传动轴在电机四个不同稳态转速进行测试，每个稳态转速测取结果三次，采集振动信号；同时采集探伤检测仪的信号；

S3：数据分析，对采集存储的数据进行分析；

S4：降速测试，电机在降速过程中，重复步骤S2、S3；

S5：得出结论，根据采集探伤检测仪的信号和测振传感器的信号判断是否出现故障和出现故障的概率；

所述的监测方法采用一种航空传动故障诊断系统，包括底座和顶板；所述底座两端对称设有两个支柱，两个支柱的顶端均与所述顶板连接；所述底座的上方左侧设有第一电机，所述第一电机的输出轴连接有联轴器，所述联轴器的另一端设有轴承座，所述轴承座内部设有安装轴承，所述联轴器与安装轴承连接，安装轴承另一端连接有转轴，所述转轴上设有转子，所述转子连接有待测传动轴，所述待测传动轴上安装有待测轴承；所述待测传动轴和待测轴承上均安装有多个测振传感器；所述待测传动轴和待测轴承的正上方设有探伤检测仪，所述探伤检测仪上方连接有伸缩结构，所述伸缩结构包括伸缩杆，所述伸缩杆与所述顶板连接；所述第一电机采用伺服电机，电机的最大转速n为6000，为了提高故障检测的精确度，待测轴承10的加速度a和第一电机转速n的关系n/a满足大于等于1.27，小于等于5.38。

2.根据权利要求1所述一种无损在线式航空传动故障诊断的监测方法，其特征在于，步骤S1中，安装测振传感器的测点选择尽可能多的获取待测轴承外圈本身的振动信号，当进行定期巡回检测，要保持测点位置一致，测量方向根据轴承的承载情况而定，保证获取尽可能大的轴承和传动轴本身的振动信号。

3.根据权利要求1所述一种无损在线式航空传动故障诊断的监测方法，其特征在于，在步骤S2中，所述测振传感器为PCB加速传感器，采用电涡流位移传感器测取位移脉冲信号进而获得转速信号；所述探伤检测仪采用X射线探伤仪，通过数据线将探测数据和图片传送至显示仪，所述显示仪内集成单片机系统，经过单片机处理之后显示故障数据和图片。

4.根据权利要求1所述一种无损在线式航空传动故障诊断的监测方法，其特征在于，在步骤S3中，针对待测轴承和待测传动轴的振动信号的有效值、峰值、峰值因子及峭度进行统计分析。

5.根据权利要求1所述一种无损在线式航空传动故障诊断的监测方法，其特征在于，在步骤S4中，将电机的转速由400r/min升至1000r/min，后将至400r/min，进行重复试验。

6.根据权利要求1所述一种无损在线式航空传动故障诊断的监测方法，其特征在于，在步骤S5中，对待测轴承的有效值、峰值、峰值因子及峭度进行分析，能够识别出待测轴承和待测传动轴的故障，同时利用探伤检测仪检测可以通过显示仪直观的检测待测传动轴和待测轴承的细微裂纹，直观的观测诊断故障。

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