CN111037987A - 大型机械压力机多连杆机构状态监测信号处理方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种用于大型机械压力机多连杆状态监测信号处理方法，将采集到的信号进行数据分析，以判断机械压力机多连杆机构的润滑状态。其中将信号整周期截取，并通过动态时间规整计算相似度判断模具更换时间，再结合各模具包含的冲压过程判断当前模具，根据换向冲击的曲柄转角判断轴瓦磨损量；截取非冲压阶段信号进行小波包分解，取油膜固有频率段信号进行正交匹配得到脉动油压信号，依据连杆销受力归一化截取信号段内脉冲信号峰值，根据归一化后的匹配油压脉冲信号判断供油状态。相较于监测分配器柱塞动作次数，实现了对多连杆的运行状态的监测诊断，弥补了现阶段的监测盲点。

Description

大型机械压力机多连杆机构状态监测信号处理方法

技术领域

本发明属于大型机械压力机状态监测技术领域，具体涉及一种用于诊断大型机械压力机多连杆轴瓦磨损状态及供油状态的监测信号处理方法。

背景技术

大型机械压力机广泛应用于汽车制造行业，是汽车制造四大工艺(冲压、焊接、涂装、总装)中冲压工艺的重要设备，其工作状态较大程度上决定了汽车生产厂家的年生产量。冲压生产线属于连续性生产，各冲压生产线负责固定模具的冲压作业，机械压力机故障会导致整线停产检修，导致高昂的维修成本、较为繁琐的换线生产成本、巨大的停产损失。因此，监测机械压力机的运行状态，对降低经济损失和及时发现并排除故障有重要意义。

大型机械压力机采用的递进式集中润滑系统，依靠接近开关监测分配器动作次数，从而间接反映多连杆的运行状态，该方法无法监测多连杆的磨损程度，同时在监测润滑油供油状态方面存在缺陷，无法监测末端油管断裂或渗漏的情况。

综上，需要一种大型机械压力机多连杆状态监测方法，来弥补现有监测方案的不足。

发明内容

本发明的目的在于提供一种大型机械压力机多连杆机构状态监测信号处理方法，解决现有技术中存在润滑末端监测盲点、无有效监测手段等问题，为大型机械压力机提供合适的多连杆状态监测信号处理方法。

为达到上述目的，本发明采用振动信号采集系统监测多连杆各销轴处的振动信号和温度信号，结合振动和温度信号用于多连杆机构的工作状态监测。

本发明的大型机械压力机多连杆机构状态监测信号处理方法，包括以下步骤：

(1)采用键向触发同步采集得到各连杆销轴处的振动信号，利用键向信号截取一个完整周期；

(2)将信号转换至角域中，并根据动态时间规整(DTW)判断更换模具的时刻；

(3)根据每组振动信号的角域同步平均信号，结合各模具具体冲压过程，通过各冲压过程对应的能量及对应曲柄转角判断每组振动信号对应的模具；

(4)根据当前信号对应模具和平衡力设置曲线，计算得出当前模具平衡力的大小；

(5)根据截取非冲压段的振动信号结合仿真的轴瓦磨损与换向冲击对应曲柄转角拟合曲线判断当前轴瓦磨损量；

(6)根据振动信号中冲压冲击发生的时刻截取非冲压信号段，截取油膜固有频率信号频段，识别脉动油压频率及末端油压。

本发明的进一步改进在于，步骤(2)具体包括：下死点处限位块接触冲压载荷达到最大，在振动信号中体现为最大峰值，同时结合键向信号截取冲压信号。该信号中包含杆件运动加速度、两级齿轮啮合信号(输入轴和中间轴、中间轴和输出轴)、脉动油压信号等低频信号。在带通滤波后，对各信号做动态时间规整(DTW)，当新采集数据保存本地后，求新数据与动态时间规整(DTW)后的数据的相关系数，超出设定阈值则认为属同一模具产生的信号。

本发明的进一步改进在于，步骤(5)具体包括：对机械压力机八连杆机构及六连杆机构在不同载荷、不同平衡力及不同磨损程度条件下进行动力学仿真，得到多个磨损程度与换向冲击对应曲柄转角的关系，以仿真结果拟合曲线，并识别出实测信号中回程至临近上死点位置的换向冲击，从而判断当前轴瓦磨损量。

本发明的进一步改进在于，步骤(6)具体包括：截取非冲压信号段进行小波包分解，分解出轴瓦润滑油膜固有频率段的信号进行正交匹配追踪，得到时域中的油压脉动信号。将分解出的脉动油压信号结合周期内不同角度下的油压脉动幅值，对脉动油压信号幅值进行归一化，再根据每组归一化的脉动油压信号的能量及幅值判断当前供油末端的油压。

与现有技术相比，本发明具有以下有益效果：

当前大型机械压力机监测箱体外部分配器工作主要依靠接近开关记录其动作次数，对于上横梁箱体内部的分配器则依靠将箱体内“主分配器”(即供给箱体内部所有次级分配器润滑油的分配器)的某一输油管接出箱体外，再接一小分配器记录其动作次数。如此，集中润滑系统中可监测箱体外部所有分配器和箱体内部“主分配器”的动作次数，但润滑末端的供油情况(除堵塞外)不影响任何一级分配器的正常工作，因此该监测方法存在缺陷。同时，现阶段没有针对大型机械压力机上横梁箱体内多连杆机构的监测方法，但行业内很多汽车制造业用户均发生过多连杆故障，由此造成的损失较大。本发明则针对上述大型机械压力机的监测盲点进行了补充。

进一步的，本发明的监测方法还能监测到上横梁箱体内部两级齿轮啮合状态及两级轴(输入轴及中间轴)上的轴承状态。可与现有的上箱体电机、轴承监测系统融合，减少测点冗余，降低机械压力机传动设备的维护难度。

附图说明

图1是多连杆监测信号处理方法的简要流程示意图；

图2是采集到的六连杆压力机平面三角架与摆杆连接处正常工作时的一组信号；

图3是冲压过程在角域内的分段及各段能量统计；

图4是40％公称压力下不同半径间隙下换向冲击对应的曲柄转角。其中(a)为0.1mm半径间隙条件下，(b)为0.25mm半径间隙条件下，(c)为0.5mm半径间隙条件下，(d)为1mm半径间隙条件下；

图5是0.5mm半径间隙不同平衡力下换向冲击对应的曲柄转角。其中(a)为100％平衡力，(b)为105％平衡力，(c)为110％平衡力，(d)为115％平衡力；

图6是脉动油压信号识别。其中(a)是原信号经小波分解的油膜固有频段的信号，(b)是识别所得的油压脉冲。

具体实施方式

下面结合附图和具体实施方式对本发明进行详细说明。

参照图1，本发明的监测方法是通过键相信号截取冲压段信号及非冲压段信号，冲压段信号用于识别上模，非冲压段信号用于识别磨损间隙、供油频率及油压。

本发明实施例的大型机械压力机多连杆机构状态监测信号处理方法，包括以下步骤：

步骤1，根据键相信号截取冲压整周期信号，并记录输出轴转速；

步骤2，截取曲柄转角195°至下一冲压行程约120°处非冲压信号；

步骤3，根据模具所含冲压过程(导向腿接触、导柱接触、氮气缸接触、压料板接触、冲裁、翻边、限位块接触、楔形顶杆接触等)及冲压信号峰值对应曲柄转角判断当前模具，根据现场记录的模具上模重量选出当前平衡力条件下的轴瓦磨损量和换向冲击对应曲柄转角的仿真关系；

步骤4，根据所选平衡力条件下的轴瓦磨损量和换向冲击对应曲柄转角的仿真关系，及整套模具内换向冲击平均曲柄转角，判断当前轴瓦磨损量。

步骤5，通过小波包分解滤出轴瓦油膜固有频率段，并采用匹配追踪(MP)算法和正交匹配追踪(OMP)算法拟合出油压脉冲信号；

步骤6，通过仿真的轴瓦受力曲线，对油压脉冲信号幅值进行归一化，并根据截取信号段的油压脉冲平均能量判断当前油压；

进一步的，步骤3中，采集六连杆结构机械压力机的振动信号如图2所示。从信号图中可以看到在约2s及7.5s处有两次换向冲击，同时冲压冲击在时域上可明显分为多个冲击信号。如图3以某一冲压信号为例，其冲压过程包含：导向腿接触、导柱接触、氮气缸接触、压料板接触、冲裁、翻边、限位块接触、楔形顶杆接触等过程。对六连杆机械压力机摆杆与平面三角架处进行间隙较动力学仿真。在平衡力全程小于被平衡质量(滑块、导柱、连杆、轴瓦和上模等质量)重力时，多连杆结构会在发生换向冲击。如图4所示，在40％公称压力下0.1mm间隙下换向冲击对应曲柄转角(以键相为零的相对曲柄转角，非绝对曲柄转角)为315°，0.25mm下为302.14°，0.5mm下为286.78°，1mm下为264.96°。随着半径间隙的增大，换向冲击对应的曲柄转角逐渐减小。如图5所示，随着平衡力的增大换向冲击对应的曲柄转角减小。

进一步的，步骤4中，由于曲柄转角与磨损间隙和平衡力二者相关，因此首先判断信号对应模具，根据正交匹配得到的脉冲信号找出各冲压过程发生时刻，根据键相信号将脉冲信号转至角域中，与各冲压过程所对应的曲柄转角求得欧式距离，找出最相似的模具的冲压过程，由此判断当前信号所对应的模具实际模具。根据所记录的上模重量，在换向冲击对应曲柄转角与磨损间隙及平衡力的关系曲线中找到对应上模重量(即对应平衡力)作用下的磨损间隙与换向冲击对应曲柄转角的关系曲线，并根据当前振动信号中换向冲击对应的曲柄转角给出磨损参考值。

进一步的，步骤5中，销轴与轴瓦的润滑状态主要由供油状态反映，如图6(a)所示，选取油膜固有频率的频段范围做小波包分解得到轴瓦油膜固有频率段。采用稀疏分解中的匹配追踪(MP)算法和正交匹配追踪(OMP)算法，拟合出油压脉冲，脉动油压信号间隔即为脉动油压周期。

进一步的，步骤6中，在得到脉动油压信号后根据仿真得到的连杆销受力对脉动油压信号峰值进行归一化，得到消除载荷影响的脉动油压信号，根据信号峰值和能量判断当前脉动油压。

至此，从轴瓦磨损量和脉动油压状态两方面判断出当前多连杆结构润滑状态。

本发明中，针对机械压力机多连杆机构润滑状态监测困难的问题，提出了一种可行的监测方法，解决了当前机械压力机多连杆机构监测盲点问题。

以上内容仅为说明本发明的技术思想，不能以此限定本发明的保护范围，凡是按照本发明提出的技术思想，在技术方案基础上所做的任何改动，均落入本发明权利要求书的保护范围之内。

Claims (7)

1.大型机械压力机多连杆机构状态监测信号处理方法，其特征在于，包括以下步骤：

(1)采集多连杆压力机上横梁箱体内部多连杆的振动信号与输出轴的键向信号，根据键向信号截取各测点完整的冲压周期振动信号，将信号转换至角域中，并根据动态时间规整DTW判断更换模具的时刻；

(2)识别更换模具时刻后，根据每组振动信号的角域同步平均信号，结合当前生产线的模具数据，通过各冲压过程对应的能量及对应曲柄转角根据相似性匹配每组振动信号对应的模具及平衡力；

(3)根据振动信号分离各信号成分：组合经验模态分解EMD后几项IMF分量及余项Rn，之后采用多项式法提取连杆的运动加速度信号、小波包分解得到润滑油膜固有频率段，之后采用正交匹配分配器末端脉动油压供油信号、小波包分解得到轴瓦固有频率段，之后采用正交匹配销轴换向冲击信号，并在角域内识别对应曲柄转角、同时识别输出轴与中间轴齿轮啮合特征及输入轴与中间轴齿轮啮合特征；

(4)根据提取出的连杆的运动加速度信号与仿真加速度信号的差，根据运动学计算加速度与曲柄角加速度的映射关系，并计算曲柄角加速度的偏移量，实现对连杆运动精度的判断；

(5)根据连杆销仿真受力曲线对正交匹配得到的分配器末端脉动油压供油信号进行去趋势归一化，再根据归一化后的脉冲油压信号的峰值及能量判断分配器末端供油状态；

(6)根据销轴换向冲击信号与对应曲柄转角，及仿真所得换向冲击脉冲信号与对应曲柄转角，计算不同磨损量下的相似性，实现对连杆轴瓦磨损状态及润滑状态的诊断并给出当前磨损量参考值。

2.根据权利要求1所述的大型机械压力机多连杆机构状态监测信号处理方法，其特征在于，步骤(1)中所述完整冲压周期应从下死点位置开始截取，即对应曲柄转角为180°至下一周期180°。

3.根据权利要求1所述的大型机械压力机多连杆机构状态监测信号处理方法，其特征在于，步骤(2)中所述生产线模具数据包括：上模重量、所测得的各冲压过程对应的曲柄转角，冲压过程包括：导向腿接触、导柱接触、氮气缸接触、压料板接触、冲裁、翻边、限位块接触、楔形顶杆接触。

4.根据权利要求1所述的大型机械压力机多连杆机构状态监测信号处理方法，其特征在于，步骤(3)中所述被分离的振动信号指非冲压阶段振动信号，即下死点后楔形顶杆脱离至下一周期导向腿接触之前的信号部分。

5.根据权利要求1所述的大型机械压力机多连杆机构状态监测信号处理方法，其特征在于，步骤(4)中所述提取出的连杆的运动加速度信号并非完整周期，需要将仿真信号中冲压阶段的加速度差视为零，即不考虑冲压阶段曲柄的角加速度变化。

6.根据权利要求1所述的大型机械压力机多连杆机构状态监测信号处理方法，其特征在于，步骤(5)中所述分配器末端供油状态指脉动油压频率及压力。根据匹配出的脉冲油压信号各峰值时间差计算脉动油压频率，根据脉冲油压信号能量及其与供油压力之间的对应关系得出当前脉动油压。

7.根据权利要求1所述的大型机械压力机多连杆机构状态监测信号处理方法，其特征在于，步骤(6)中所述仿真所得换向冲击脉冲信号与对应曲柄转角指：不同磨损量及不同平衡力作用下，换向冲击对应曲柄转角的拟合变化曲线。

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