CN110702405A - 一种机械传动故障检测装置 - Google Patents

Abstract

本发明的一种机械传动故障检测装置，输入功率检测电路接收传动转速信号和力矩信号，经调节采样保持时间，并在常开触点开关的同步动作下，进入乘法器进行模拟相乘得出输入功率信号；传动故障判断电路接收输入功率信号和输出功率信号，经计算出转动效率信号，转动效率信号的降低，三极管Q5导通、二极管D3导通，预示传动装置可能出现故障，同时转动效率信号经计算出转动效率信号变化率，为负向信号时，二极管D2导通，与门电路输出高电压，三极管Q3导通，预示传动出现故障，传动故障保护电路将转动效率信号经升压，计算出与传动效率为1时的差值，再通过向电容C9充电，实现根据故障的严重程度触发晶闸管VTL3导通的快慢，进而保证故障保护的及时性。

Description

一种机械传动故障检测装置

技术领域

本发明涉及传动性能测试技术领域，特别是涉及一种机械传动故障检测装置。

背景技术

机械传动在机械工程中应用非常广泛，主要是指利用机械方式传递动力和运动的传动，传动装置有减速机、制动器、离合器、联轴器、无级变速机、丝杠、滑轨等，传动装置的性能参数是机械设备安全、高效运行的主要技术参数之一，目前主要采用针对相应的传动装置设置对应的测试试验台（封闭功率流式、开放功率流式）进行性能的测试，适用于传动装置投入前的老化测试，测试时间长、精度高，但成本高，而且现有的测试实验台不易拆卸和安装，不能在机械设备运行过程中进行实时在线检测，传动装置使用中故障时不能被及时发现，严重时会造成传动装置及机械设备损坏、威害人身安全的事故。

所以本发明提供一种新的方案来解决此问题。

发明内容

针对上述情况，为克服现有技术之缺陷，本发明之目的在于提供一种机械传动故障检测装置，通过实时在线检测传动装置的传动效率，来判别传动是否故障，故障时及时进行故障保护。

其解决的技术方案是，包括输入功率检测电路、输出功率检测电路、传动故障判断电路、传动故障保护电路，其中输入功率检测电路同输出功率检测电路原理一样，其特征在于，所述输入功率检测电路接收转速传感器检测的传动转速信号和扭矩传感器检测的力矩信号，经调节采样保持时间，并在开关同步动作下，使检测的同一刻信号同时进入乘法器进行模拟相乘，得出输入功率信号；

所述传动故障判断电路接收输入功率检测电路输出的输入功率信号和输出功率检测电路输出的输出功率信号，经运算放大器AR1、乘法器D1为核心的除法运算电路计算出转动效率信号，转动效率低时，三极管Q4导通，转动效率信号的降低，使MOS管T1漏源间阻值跟着变大，与电阻R13和电阻R15的分压电压高于三极管Q5发射极电压时，三极管Q5导通、二极管D3导通，预示传动可能出现故障，同时转动效率信号经运算放大器AR4为核心的积分电路计算出转动效率信号变化率，为负向信号时，二极管D2导通，使二极管D2、D3和电阻R14组成的与门电路输出电压，预示传动出现故障，三极管Q3导通；

所述传动故障保护电路在三极管Q3导通时，转动效率信号经三极管Q6、三极管Q7、电容C8、电感L2组成的升压电路升压，升压电压的大小首先通过三极管Q8、三极管Q9计算出与传动效率为1时对应的电压+10V的差值，再通过向电容C9充电，实现根据故障的严重程度触发晶闸管VTL3导通的快慢，晶闸管VTL3导通、继电器K2得电，切断机械设备的供电电源，实现故障保护。

本发明的结构简单，转速传感器检测的传动转速信号和扭矩传感器检测的力矩信号，分别经采样保持电路可控开关的采样、可调时间的保持以及继电器K1常开触点同步动作传送到乘法器进行模拟相乘，得出输入功率信号，以避免两传感器动态响应差异、传输时延差异造成信号不同步的问题，提高检测的精度；

输入功率信号和输出功率信号经除法运算电路计算出转动效率信号，转动效率信号的降低，使MOS管T1漏源间阻值跟着变大，进而使加到三极管Q5的基极电压高于三极管Q5发射极电压，三极管Q5导通、二极管D3导通，预示传动装置可能出现故障，同时转动效率信号经积分电路计算出一定时间的转动效率信号变化率，为负向信号时，二极管D2导通，使二极管D2、D3和电阻R14组成的与门电路输出高电压，预示传动出现故障，转动效率低且持续低作故障判断的条件，进一步降低因传感器检测失误造成的故障误判的概率，并能实现根据故障的严重程度触发晶闸管VTL3导通的快慢，进而保证故障保护的及时性。

附图说明

图1为本发明的输入功率检测电路原理图。

图2为本发明的传动故障判断电路原理图。

图3为本发明的传动故障保护电路原理图。

具体实施方式

有关本发明的前述及其他技术内容、特点与功效，在以下配合参考附图1至图3对实施例的详细说明中，将可清楚的呈现。以下实施例中所提到的结构内容，均是以说明书附图为参考。

下面将参照附图描述本发明的各示例性的实施例。

一种机械传动故障检测装置，包括输入功率检测电路、输出功率检测电路、传动故障判断电路、传动故障保护电路，其中输入功率检测电路同输出功率检测电路原理一样，其特征在于，所述输入功率检测电路接收转速传感器检测的传动转速信号和扭矩传感器检测的力矩信号，经调节采样保持时间，并在常开触点开关的同步动作下，使检测的同一刻信号同时进入乘法器进行模拟相乘，得出输入功率信号；

所述传动故障判断电路接收输入功率检测电路输出的输入功率信号和输出功率检测电路输出的输出功率信号，经运算放大器AR3、乘法器D2为核心的除法运算电路计算出转动效率信号，转动效率低时，三极管Q4导通，转动效率信号的降低，使MOS管T1漏源间阻值跟着变大，与电阻R13和电阻R15的分压电压高于三极管Q5发射极电压时，三极管Q5导通、二极管D3导通，预示传动可能出现故障，同时转动效率信号经运算放大器AR4为核心的积分电路计算出转动效率信号变化率，为负向信号时，二极管D2导通，使二极管D2、D3和电阻R14组成的与门电路输出电压，预示传动出现故障，三极管Q3导通；

所述传动故障保护电路在三极管Q3导通时，转动效率信号经三极管Q6、三极管Q7、电容C8、电感L2组成的升压电路升压，升压电压的大小首先通过三极管Q8、三极管Q9计算出与传动效率为1时对应的电压+10V的差值，再通过向电容C9充电，实现根据故障的严重程度触发晶闸管VTL3导通的快慢，晶闸管VTL3导通、继电器K2得电，切断机械设备的供电电源，实现故障保护。

进一步的，所述输入功率检测电路接收转速传感器实时检测的传动转速信号（如可采用型号为NH-901的非接触式转速转矩传感器对机械设备减速机传动装置的转速进行检测）和扭矩传感器实时检测的力矩信号（非接触式扭矩传感器_NanLi对机械设备减速机传动装置的转矩进行检测），传动转速信号经导通的晶闸管VTL1、并联的电容C2和C3、运算放大器AR1组成的采样保持电路保持、继电器K1常开触点K1-1连接到型号为MC1596的乘法器D1的引脚2，传动力矩信号经导通的晶闸管VTL2、电容C4、运算放大器AR2组成的采样保持电路保持、继电器K1常开触点K1-2连接到乘法器D1的引脚1，通过调节采样保持时间以及控制晶闸管VTL1、VTL2的导通，使两传感器检测的同一时刻信号同步，以避免两传感器动态响应差异、传输时延差异造成信号不同步的问题，具体采样保持时间分别由并联的电容C2和C3的值决定、电容C4的值决定，晶闸管VTL2的导通由经二极管D1单向导电的采样时钟（由定时电路在设定的定时时长到达时输出的方波脉冲给出，详细过程为现有技术在此不再详述）控制，晶闸管VTL1的导通由经二极管D1单向导电的采样时钟，再经三极管Q1、三极管Q2A、电阻R1-电阻R4、电容C1组成的第一延时电路延时后控制，第一延时电路延时后信号再经三极管Q2B、电阻R30、电容C30组成的第二延时电路延时驱动继电器K1线圈得电，两组常开触点K1-1、K1-2开关同时动作，使检测的同一刻信号同时进入乘法器D1进行模拟相乘，得出输入功率信号，以提高功率检测的精度，输入功率检测电路同输出功率检测电路结构原理一样，在此不再阐述，包括二极管D1、晶闸管VTL1、晶闸管VTL2，二极管D1的正极连接采样时钟信号，晶闸管VTL1的阳极连接转速传感器检测的传动转速信号，晶闸管VTL2的阳极连接扭矩传感器检测的力矩信号，二极管D1的负极分别连接晶闸管VTL2的控制极、接地电容C1的一端、电阻R1的一端，电阻R1的另一端连接三极管Q1的基极，三极管Q1的发射极连接地，三极管Q1的集电极分别连接电阻R2的一端、电阻R3的一端，电阻R3的另一端连接三极管Q2A的基极，三极管Q2A的发射极分别连接接地电阻R4的一端、电阻R30的一端、晶闸管VTL1的控制极，电阻R30的另一端连接三极管Q2B的基极、接地电容C30的一端，三极管Q2B的发射极连接地，三极管Q1的集电极、三极管Q2A的发射极连接电源+5V，三极管Q2B的集电极连接继电器K1线圈的一端、二极管D5的正极，继电器K1线圈的另一端、二极管D5的负极连接电源+12V，晶闸管VTL1的阴极分别连接接地电容C2的一端、接地电容C3的一端、运算放大器AR1的同相输入端，运算放大器AR1的反相输入端和输出端经继电器K1常开触点K1-1连接乘法器D1的引脚2，晶闸管VTL2的阴极分别连接接地电容C4的一端、运算放大器AR2的同相输入端，运算放大器AR2的反相输入端和输出端经继电器K1常开触点K1-2连接乘法器D1的引脚1，乘法器D1的引脚3为输入功率检测电路的输出信号。

进一步的，所述传动故障判断电路接收输入功率检测电路输出的输入功率信号和输出功率检测电路输出的输出功率信号，经运算放大器AR3、乘法器D2、电阻R5-电阻R7的除法运算电路计算出转动效率信号，经电感L1和电容C1滤波后一路加到三极管Q3的集电极，另一路经电阻R20采样加到三极管Q4的基极，转动效率低时（如机械设备减速机转动效率低于0.9时），三极管Q4导通，转动效率信号经导通的三极管Q4经电解电容E2、电阻R11加到MOS管T1的栅极，转动效率信号的降低，使MOS管T1漏源间阻值跟着变大，进而与电阻R13和电阻R15组成的分压电路的分压电压，也即三极管Q5的基极电压高于三极管Q5发射极电压，三极管Q5导通、二极管D3导通，预示传动装置（机械设备减速机）可能出现故障，同时转动效率信号经运算放大器AR4、电阻R8-电阻R10、电容C6组成的积分电路计算出一定时间（一定时间的时长由积分常数：电阻R8、电容C6的值决定）的转动效率信号变化率，为负向信号时（也即转动效率信号越来越低时），二极管D2导通，使二极管D2、D3和电阻R14组成的与门电路输出高电压，预示传动出现故障，同时加到三极管Q3的基极，触发三极管Q3导通，包括电感L3、电阻R5，电感L3的一端、电阻R5的一端分别输入功率检测电路输出的输入功率信号和输出功率检测电路输出的输出功率信号，电阻R5的另一端分别连接运算放大器AR3的同相输入端、电阻R6的一端，运算放大器AR3的反相输入端通过电阻R7连接地，运算放大器AR3的输出端分别连接电感L1的一端、三极管Q4的发射极、乘法器D1的引脚1、电阻R8的一端，电阻R8的另一端分别连接运算放大器AR4的同相输入端、电阻R10的一端、电容C6的一端，运算放大器AR4的反相输入端通过电阻R9连接地，运算放大器AR4的输出端分别连接电阻R10的另一端、电容C6的另一端、二极管D2的负极，乘法器D1的引脚2分别连接电感L3的另一端、接地电容C9的一端，乘法器D1的引脚3连接电阻R6的另一端，电感L1的另一端分别连接接地电容C5的一端、三极管Q3的集电极、电阻R20的一端、电阻R12的一端、电阻R13的一端，电阻R20的另一端连接三极管Q4的基极，三极管Q4的集电极分别连接接地电解电容E2的正极、电阻R11的一端，电阻R11的另一端连接MOS管T1的栅极，MOS管T1的源极分别连接接地电阻R15的一端、接地电容C7的一端，MOS管T1的漏极分别连接电阻R14的一端、电阻R13的另一端，电阻R14的另一端连接三极管Q5的基极，三极管Q5的发射极连接稳压管Z2的负极，稳压管Z2的正极连接地，三极管Q5的集电极连接二极管D3的负极，二极管D3的正极分别连接电阻R12另一端、二极管D2的正极、三极管Q3的基极。

在上述技术方案中，所述传动故障保护电路用于在传动故障判断电路中三极管Q3导通时，转动效率信号经三极管Q6、三极管Q7、电容C8、电感L2组成的升压电路升压，升压电压的大小首先通过三极管Q8、三极管Q9计算出与传动效率为1时对应的电压+10V的差值，电压越小差值越大，继而通过电阻R18向电容C9充电越快，现根据故障的严重程度触发晶闸管VTL3导通的快慢，晶闸管VTL3导通时，继电器K2线圈得电，切断机械设备的供电电源，实现故障保护，包括电感L2、电阻R30、电阻R16，电感L2的一端分别连接三极管Q6的发射极、三极管Q3的发射极，电阻R16的一端连接三极管Q5的集电极，电阻R30的一端连接三极管Q3的基极，电感L2的另一端分别连接电容C8的另一端、三极管Q7的集电极、三极管Q8的基极，电阻R30的另一端分别连接三极管Q6的基极、电容C8的一端，电阻R16的另一端分别连接三极管Q6的集电极、电阻R17的一端，三极管Q7的发射极连接地，三极管Q8的发射极和三极管Q9的集电极连接电源+10V，三极管Q8的集电极连接三极管Q9的基极，三极管Q9的发射极连接电阻R18的一端，电阻R18的另一端连接接地电容C9的一端、电阻R19的一端，电阻R19的另一端经双向二极管D2连接晶闸管VTL3的控制极，晶闸管VTL3的阴极连接地，晶闸管VTL3的阳极分别连接继电器K2线圈的一端、二极管D4的正极，继电器K2线圈的另一端、二极管D4的负极连接电源+24V。

本发明具体使用时，所述输入功率检测电路接收转速传感器检测的传动转速信号和扭矩传感器检测的力矩信号，分别经采样保持电路保持、继电器K1常开触点K1-1连接到型号为MC1596的乘法器D1的引脚2、引脚1，通过调节采样保持时间以及控制晶闸管VTL1、VTL2的导通，使两传感器检测的同一时刻信号同步进入乘法器进行模拟相乘，得出输入功率信号，以避免两传感器动态响应差异、传输时延差异造成信号不同步的问题，所述传动故障判断电路接收输入功率检测电路输出的输入功率信号和输出功率检测电路输出的输出功率信号，经运算放大器AR3、乘法器D2、电阻R5-电阻R7的除法运算电路计算出转动效率信号，一路加到三极管Q3的集电极，另一路经电阻R20采样加到三极管Q4的基极，转动效率低时，三极管Q4导通，转动效率信号的降低，使MOS管T1漏源间阻值跟着变大，进而与电阻R13和电阻R15组成的分压电路的分压电压，高于三极管Q5发射极电压，三极管Q5导通、二极管D3导通，预示传动装置（机械设备减速机）可能出现故障，同时转动效率信号经运算放大器AR4、电阻R8-电阻R10、电容C6组成的积分电路计算出一定时间的转动效率信号变化率，为负向信号时（也即转动效率信号越来越低时），二极管D2导通，使二极管D2、D3和电阻R14组成的与门电路输出高电压，预示传动出现故障，三极管Q3导通由转动效率低且持续低作故障判断的条件，进一步降低因传感器检测失误造成的故障误判的概率，所述传动故障保护电路在三极管Q3导通时，转动效率信号经三极管Q6、三极管Q7、电容C8、电感L2组成的升压电路升压，首先通过三极管Q8、三极管Q9计算出与传动效率为1时对应的电压+10V的差值，电压越小差值越大，继而通过电阻R18向电容C9充电越快，实现根据故障的严重程度触发晶闸管VTL3导通的快慢，晶闸管VTL3导通时，继电器K2线圈得电，切断机械设备的供电电源，实现故障保护，提高了故障保护的及时性。

Claims (4)

1.一种机械传动故障检测装置，包括输入功率检测电路、输出功率检测电路、传动故障判断电路、传动故障保护电路，其中输入功率检测电路同输出功率检测电路原理一样，其特征在于，所述输入功率检测电路接收转速传感器检测的传动转速信号和扭矩传感器检测的力矩信号，经调节采样保持时间，并在常开触点开关的同步动作下，使检测的同一刻信号同时进入乘法器进行模拟相乘，得出输入功率信号；

所述传动故障判断电路接收输入功率检测电路输出的输入功率信号和输出功率检测电路输出的输出功率信号，经运算放大器AR3、乘法器D2为核心的除法运算电路计算出转动效率信号，转动效率低时，三极管Q4导通，转动效率信号的降低，使MOS管T1漏源间阻值跟着变大，与电阻R13和电阻R15的分压电压高于三极管Q5发射极电压时，三极管Q5导通、二极管D3导通，预示传动可能出现故障，同时转动效率信号经运算放大器AR4为核心的积分电路计算出转动效率信号变化率，为负向信号时，二极管D2导通，使二极管D2、D3和电阻R14组成的与门电路输出电压，预示传动出现故障，三极管Q3导通；

所述传动故障保护电路在三极管Q3导通时，转动效率信号经三极管Q6、三极管Q7、电容C8、电感L2组成的升压电路升压，升压电压的大小首先通过三极管Q8、三极管Q9计算出与传动效率为1时对应的电压+10V的差值，再通过向电容C9充电，实现根据故障的严重程度触发晶闸管VTL3导通的快慢，晶闸管VTL3导通、继电器K2得电，切断机械设备的供电电源，实现故障保护。

2.如权利要求1所述一种机械传动故障检测装置，其特征在于，所述输入功率检测电路包括二极管D1、晶闸管VTL1、晶闸管VTL2，二极管D1的正极连接采样时钟信号，晶闸管VTL1的阳极连接转速传感器检测的传动转速信号，晶闸管VTL2的阳极连接扭矩传感器检测的力矩信号，二极管D1的负极分别连接晶闸管VTL1的控制极、接地电容C1的一端、电阻R1的一端，电阻R1的另一端连接三极管Q1的基极，三极管Q1的发射极连接地，三极管Q1的集电极分别连接电阻R2的一端、电阻R3的一端，电阻R3的另一端连接三极管Q2A的基极，三极管Q2A的发射极分别连接接地电阻R4的一端、电阻R30的一端、晶闸管VTL2的控制极，电阻R30的另一端连接三极管Q2B的基极、接地电容C30的一端，三极管Q2B的发射极连接地，三极管Q1的集电极、三极管Q2A的发射极连接电源+5V，三极管Q2B的集电极连接继电器K1线圈的一端、二极管D5的正极，继电器K1线圈的另一端、二极管D5的负极连接电源+12V，晶闸管VTL1的阴极分别连接接地电容C2的一端、接地电容C3的一端、运算放大器AR1的同相输入端，运算放大器AR1的反相输入端和输出端经继电器K1常开触点K1-1连接乘法器D1的引脚2，晶闸管VTL2的阴极分别连接接地电容C4的一端、运算放大器AR2的同相输入端，运算放大器AR2的反相输入端和输出端经继电器K1常开触点K1-2连接乘法器D1的引脚1，乘法器D1的引脚3为输入功率检测电路的输出信号。

3.如权利要求1所述一种机械传动故障检测装置，其特征在于，所述传动故障判断电路包括电感L3、电阻R5，电感L3的一端、电阻R5的一端分别输入功率检测电路输出的输入功率信号和输出功率检测电路输出的输出功率信号，电阻R5的另一端分别连接运算放大器AR3的同相输入端、电阻R6的一端，运算放大器AR3的反相输入端通过电阻R7连接地，运算放大器AR3的输出端分别连接电感L1的一端、三极管Q4的发射极、乘法器D1的引脚1、电阻R8的一端，电阻R8的另一端分别连接运算放大器AR4的同相输入端、电阻R10的一端、电容C6的一端，运算放大器AR4的反相输入端通过电阻R9连接地，运算放大器AR4的输出端分别连接电阻R10的另一端、电容C6的另一端、二极管D2的负极，乘法器D1的引脚2分别连接电感L3的另一端、接地电容C9的一端，乘法器D1的引脚3连接电阻R6的另一端，电感L1的另一端分别连接接地电容C5的一端、三极管Q3的集电极、电阻R20的一端、电阻R12的一端、电阻R13的一端，电阻R20的另一端连接三极管Q4的基极，三极管Q4的集电极分别连接接地电解电容E2的正极、电阻R11的一端，电阻R11的另一端连接MOS管T1的栅极，MOS管T1的源极分别连接接地电阻R15的一端、接地电容C7的一端，MOS管T1的漏极分别连接电阻R14的一端、电阻R13的另一端，电阻R14的另一端连接三极管Q5的基极，三极管Q5的发射极连接稳压管Z2的负极，稳压管Z2的正极连接地，三极管Q5的集电极连接二极管D3的负极，二极管D3的正极分别连接电阻R12另一端、二极管D2的正极、三极管Q3的基极。

4.如权利要求1所述一种机械传动故障检测装置，其特征在于，所述传动故障保护电路包括电感L2、电阻R30、电阻R16，电感L2的一端分别连接三极管Q6的发射极、三极管Q3的发射极，电阻R16的一端连接三极管Q5的集电极，电阻R30的一端连接三极管Q3的基极，电感L2的另一端分别连接电容C8的另一端、三极管Q7的集电极、三极管Q8的基极，电阻R30的另一端分别连接三极管Q6的基极、电容C8的一端，电阻R16的另一端分别连接三极管Q6的集电极、电阻R17的一端，三极管Q7的发射极连接地，三极管Q8的发射极和三极管Q9的集电极连接电源+10V，三极管Q8的集电极连接三极管Q9的基极，三极管Q9的发射极连接电阻R18的一端，电阻R18的另一端连接接地电容C9的一端、电阻R19的一端，电阻R19的另一端经双向二极管D2连接晶闸管VTL3的控制极，晶闸管VTL3的阴极连接地，晶闸管VTL3的阳极分别连接继电器K2线圈的一端、二极管D4的正极，继电器K2线圈的另一端、二极管D4的负极连接电源+24V。

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