CN111174999A - 一种拖拉机整机装配质量评价方法和检测装置 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种拖拉机整机装配质量评价方法和检测装置，针对拖拉机终检过程中对装配质量的快速检测需求，本发明以拖拉机整机振动特征为切入点，采用整机振动特征对比合格样本基准的方法，快速实现合格性检测的同时，基于振动特征，提供潜在缺陷和故障类型定位，适用于拖拉机企业总装下线出厂前终检过程中，对于整机及装配质量的快速检测评价，以弥补终检环节中的整机装配质量检测手段缺失、不全面、过于主观，以及潜在故障难以预先发现等不足，同时，检测装置采用磁吸式MEMS多轴加速度传感器，结构轻便、成本低廉、测试操作简便，满足检测线快速检测节拍要求。
Description
技术领域
本发明涉及拖拉机整机装配质量快速检测技术领域，特别涉及一种拖拉机整机装配质量评价方法和检测装置。
背景技术
拖拉机总装出厂前的终检环节是售后使用过程保障拖拉机长期可靠运作的最后重要检测环节。国内外拖拉机总装厂都会针对出厂前的终检环节设计并实施了多种功能性为主，性能性为辅的检测内容，并且这种检测项目已经远远超过国家相关标准中规定的出厂检测指标要求。但是，相对于车辆的出厂前在线检测，因为拖拉机的结构特征及产量、质量需求的差异，在拖拉机总装出厂线上实施的在线检测的节拍、有效性、实时性并不完善。就拖拉机的装配质量而言，它包含发动机与变速箱的连接、变速箱内部的齿轮组的安装、前后桥的连接安装、驾驶舱、机罩等安装。这些装配安装轻者引起共振，重则影响动力输出，甚至影响拖拉机正常工作，缩短工作寿命。
目前，针对拖拉机装配质量主要：1)以性能指标去评价发动机和变速箱、后桥动力输出，利用测试发动机、变速箱、后桥的动力输出指标、平顺性等性能，间接的评判主要部件的装配质量；2)利用人为主观观测法，对轿厢、车罩、排气管、油箱等附件的螺栓松动，异常振动、噪声，接缝处渗漏等去评价装配质量。常规这些检测方法，存在测试人员主观性过大，实施节拍长，检测目标不具体等不足。
机械故障振动诊断技术作为在线检测技术，随着传感器和计算机技术的发展，已在各类机械故障诊断中应用广泛。拖拉机作为动力机械，运作时自身产生机械振动，并通过刚性机体传递，本身的发动机、变速箱运作带来的激励振动外，整机因部件的装配连接，整机振动中会包含大量的传递信息。目前，在变速箱、风机、缆车、发电机组等领域都采用在线振动检测的方法，从振动烈度、振动频谱频点分布等特征，可实施获取机械机构运作状态，甚至发现潜在的故障隐患等。机械设备中的零部件自身的缺陷、装配质量、设计缺陷、工作条件异常等都会在整机振动中有所表现。
本发明针对拖拉机刚性结构车体特征，参照机械振动烈度指标，给拖拉机整机振动特征建立一个评价指标，以约束拖拉机总装装配质量标准，实现总装一致性目标；利用振动频谱频点分布特征对比，快速评价和判断拖拉机总装潜在的缺陷和故障类型。本发明旨在为拖拉机生产企业提供一种快速、简便的总装装配质量评估方法和检测装置，整体提升拖拉机整机生产企业的检测水平，提高出厂标准，提升企业产品的质量水平。
发明内容
针对拖拉机终检过程中对装配质量的快速检测需求，本发明以拖拉机整机振动特征为切入点，提出一种拖拉机整机装配质量评价方法和检测装置，适用于拖拉机企业总装下线出厂前终检过程中，对于整机及装配质量的快速检测评价，以弥补终检环节中的整机装配质量检测手段缺失、不全面、过于主观，以及潜在故障难以预先发现等不足。
本发明解决技术问题所采用的技术方案如下：
本发明首先提供了一种拖拉机整机装配质量评价方法，基于拖拉机整机的振动特征，采取以下步骤实现：
S1、利用振动传感器获取拖拉机特定位置特定激励条件下的振动信号；
S2、经数据接收和分析单元，对拖拉机的振动特征进行振动烈度换算，对比拖拉机基准数据库的振动烈度数值范围，以此评价拖拉机整机振动强度，给出超限范围，给出拖拉机整机工作质量状态指标；
S3、振动信号另一路进行快速傅里叶转换FFT，获取拖拉机整机振动频谱和频点分布特征，以拖拉机基准数据库及典型机械故障振动频谱图对照，快速定位潜在机械故障类型；
进一步地，所述的拖拉机基准数据库，是以大量待测型号拖拉机实际测试数据的统计建立，具体方法为：根据待测拖拉机类型和具体型号，预先确定拖拉机刚性机体上便于粘贴振动传感器的位置，进行不同激励条件下的振动特征采集，并建立位置之间的振动特征关联函数，对于整机装配质量的表征特征关系；基于大量同型号拖拉机振动特征数据的统计，建立振动烈度评价指标范围，建立特征部位频谱频点分布对照数据库，用于待测拖拉机振动烈度和频谱分析对照基准；利用典型机械故障振动频谱特征对照表，以拖拉机振动频谱频点分布特征比较获得拖拉机整机装配机械缺陷或故障类型；
进一步地，所述的激励条件为发动机怠速转速下；
进一步地，所述的振动传感器采用磁吸方式安装于拖拉机刚性机体上；
进一步地，所述的振动传感器采用小型MEMS三轴传感器；
进一步地，所述的数据接收和分析单元采用MCU；
本发明的另一目的是提供一种整机装配质量检测装置，包括：振动传感器、数据接收和分析单元和数据显示单元；
所述的振动传感器，采用小型MEMS三轴传感器，用于采集整机的10～2000Hz范围内振动参数，采用无线或有线方式与数据接收和分析单元通讯连接；
所述的数据接收和分析单元，采用MCU，用于给传感器发布采集指令和获取整机振动信息，并针对接收的振动参数，计算整机振动烈度，同时通过FFT分析，获得整机振动频谱频点分布和特征，最终与基准数据库和典型机械故障频谱频点对照表对照，提供测试结果；
所述的数据显示单元，与数据接收和分析单元连接，用于显示操作指引、拖拉机状态、实时测试数据和测试结果；
进一步地，所述的振动传感器带有磁吸头；
进一步地，所述整机为带有刚性连接的动力机械整机；
进一步地，所述整机为拖拉机；
此外，本发明还提供了整机装配质量检测装置用于拖拉机整机装配质量评价方法的测试步骤，包括：
1)待测拖拉机进入测试工位，测试员在测试系统内输入拖拉机型号代码；
2)根据系统显示单元指示，在拖拉机指定位置安装振动传感器；
3)测试员启动拖拉机，并根据系统显示单元指示完成怠速下不同转速操作；
4)测试过程中，显示单元上显示车辆信息、当前操作以及最终测试结果；
5)振动信息经处理对比，输出拖拉机整机振动评价结果：
振动特征在容许范围内确定为合格，放行；
振动特征超过容许范围内的，显示超限指标；故障类型，可能的故障定位等信息；并引导进入返修工序；
6)完成测试后，实验员摘下传感器，确定结束并等待下一拖拉机测试。
与现有技术相比，本发明的有益效果是：
本发明的拖拉机整机装配质量评价方法，采用整机振动特征对比合格样本基准的方法，快速实现合格性检测的同时，基于振动特征，提供潜在缺陷和故障类型定位。本发明的整机装配质量检测装置，基于刚性连接的振动传递特征，采用磁吸式MEMS多轴加速度传感器，结构轻便、成本低廉、测试操作简便，满足检测线快速检测节拍要求。本发明的方法和检测装置可用于拖拉机等发动机、变速箱、后车桥等为刚性连接的动力机械的整机装配质量快速评估用途，以发动机怠速激励为条件，评价拖拉机整机异常振动水平，发现引起异常振动产生的故障类型，满足终检过程中对装配质量的快速检测需求。
附图说明
图1是本发明实施例提供的检测装置和拖拉机的连接结构示意图；
图2是本发明实施例提供的加速度传感器结构示意图；
图3是本发明实施例提供的检测原理示意图。
附图标记说明：
1-拖拉机；11-振动特征采集点；
2-振动传感器；21-磁吸头；22-MEMS三轴加速度传感器；23-MCU及附件；24-传感器壳体；
3-数据接收和分析单元；31-信号接收模块；32-振动烈度数据处理模块；33-FFT处理模块；34-基准数据库存贮模块；35-控制模块；36-对比分析和决策模块；
4-数据显示单元；
5-连接线缆。
具体实施方式
下面结合附图和实施例对本发明做进一步详细说明。
实施例1
如图1所示的整机装配质量检测装置，包括：振动传感器2、数据接收和分析单元3(上位机)和数据显示单元4，数据接收和分析单元3通过连接线缆5分别和显示单元4以及振动传感器2连接。
所述的振动传感器2，如图2所示，采用小型MEMS三轴传感器22，包含磁吸头21、数据采集和转换用MCU及附件23，以及数据发送组件、电池组件等电子电路、传感器外壳24等。根据现场操作需求，传感器可采用无线或有线方式与数据接收和分析单元通讯连接。针对拖拉机的机械振动特征，振动采集频率范围为10～2000Hz，采集速率≥2000Hz。由磁吸方式，安装于拖拉机刚性机体上。
所述的数据接收和分析单元3，具有数据接收、数据转换、特征比较、显示记录等功能；如图3所示，数据接收和分析单元3采用MCU，包括信号接收模块31、振动烈度数据处理模块32、FFT处理模块33、基准数据库存储模块34、控制模块35、对比分析和决策模块36，用于给传感器发布采集指令和获取整机振动信息，并针对接收的振动参数，计算整机振动烈度，同时通过FFT分析，获得整机振动频谱频点分布和特征，最终与基准数据库和典型机械故障频谱频点对照表对照，提供测试结果。其中信号接收模块31可根据振动传感器2的类型，可选择有线接口，或无线接口形式。
所述的数据显示单元4，由电子显示屏构成，与数据接收和分析单元3连接，用于显示操作指引、拖拉机状态、实时测试数据和测试结果。电子显示屏可安装于待测拖拉机正前方上侧测试操作员可视范围内。
该整机装配质量检测装置，可用于拖拉机等发动机、变速箱、后车桥等为刚性连接的动力机械的整机装配质量快速评估用途，基于刚性连接的振动传递特征，以发动机怠速激励为条件，评价拖拉机整机异常振动水平，发现引起异常振动产生的故障类型。
实施例2
本发明提供的拖拉机整机装配质量评价方法，如图3所示，基于拖拉机整机的振动特征，采取以下步骤实现：
S1、利用振动传感器2获取拖拉机特定位置(振动特征采集点11)特定激励条件下的振动信号，输入至数据接收和分析单元3。
S2、振动信号经数据接收和分析单元3，分两路进行信号处理。其中一路x，y，z向空间振动加速度积分获得各轴振动速度，并进一步整合获得空间振动烈度(振动速度烈度)，以及x，y，z向分量强度占比，用于整机振动强度评价(抖动)和x，y，z方向分量异常判别，最终结合标准拖拉机基准振动烈度和分量占比对比，快速评价拖拉机整机整体振动状态。
S3、另一路振动加速度信号，经过滤波及快速傅里叶变换FFT，获得频谱图。以标准拖拉机整机振动频谱频点特征和典型机械故障诊断频谱特征图，对比获取的待测拖拉机整机振动频谱特征，快速判断拖拉机异常，以及异常故障类型分类，为快速定位故障点提供指导。
该发明方法依赖大量待测型号拖拉机的测试数据，以建立基准数据对照库，所以适用于拖拉机制造厂下线检测线上应用，以通过整机振动一致性，实现装配质量的一致性。为了实现拖拉机整机振动特征基准库的建立，本发明公开的评价方法中对待测型号拖拉机上刚性基体上的多个特征点进行大量的振动采集，并建立特征点之间的振动特征关联，寻求特征信息最丰富振动采集点，建立整机振动特征对比基数据库。具体方法为：根据待测拖拉机类型和具体型号，预先确定拖拉机刚性机体上便于粘贴振动传感器的位置，进行不同激励条件下的振动特征采集，并建立位置之间的振动特征关联函数，对于整机装配质量的表征特征关系；基于大量同型号拖拉机振动特征数据的统计，建立振动烈度评价指标范围，建立特征部位频谱频点分布对照数据库，用于待测拖拉机振动烈度和频谱分析对照基准；利用典型机械故障振动频谱特征对照表，以拖拉机振动频谱频点分布特征比较获得拖拉机整机装配机械缺陷或故障类型。
实施例3
将整机装配质量检测装置用于拖拉机整机装配质量评价方法的具体测试步骤为：
1)待测拖拉机进入测试工位，测试员在测试系统内输入拖拉机型号代码；系统中已建立的基准库信息中包含各型号拖拉机典型最优振动采集点位置信息，特定怠速激励下的该测振点的振动烈度、振动频谱频点分布特征等信息；
2)根据系统显示单元指示，在拖拉机指定位置安装振动传感器；具体地，系统根据输入拖拉机型号代码，在现实单元中给测试人员确定振动传感器粘贴位置；测试人员根据指示完成传感器定位；
3)测试员启动拖拉机，并根据系统显示单元指示完成怠速下不同转速操作；具体地，测试员启动拖拉机，显示单元会实施显示拖拉机发动机转速状态，振动实施状态；完成初始化结束后，系统通过显示单元，依据基准数据库测试参数条件，要求测试员调整怠速转速并保持，使振动传感器充分获取该转速条件下的拖拉机整机振动信息；
4)测试过程中，显示单元上显示车辆信息、当前操作以及最终测试结果；具体地，显示单元依据基准数据库测试条件策略，因此要求测试单元改变怠速，补充多种怠速条件下的拖拉机整机振动特性，以便更多激励条件下获取更多拖拉机振动特性，获得更多装配质量信息；
5)振动信息经处理对比，输出拖拉机整机振动评价结果：
振动特征在容许范围内确定为合格，放行；
振动特征超过容许范围内的，显示超限指标；故障类型，可能的故障定位等信息；并引导进入返修工序；
6)完成测试后，实验员摘下传感器，确定结束并等待下一拖拉机测试。
尽管本发明的实施方案已公开如上，但其并不仅仅限于说明书和实施方式中所列运用。它完全可以被适用于各种适合本发明的领域。对于熟悉本领域的人员而言，可容易地实现另外的修改。因此在不背离权利要求及等同范围所限定的一般概念下，本发明并不限于特定的细节和这里示出与描述的图例。
Claims (10)
1.一种拖拉机整机装配质量评价方法，其特征在于，基于拖拉机整机的振动特征，采取以下步骤实现：
S1、利用振动传感器获取拖拉机特定位置特定激励条件下的振动信号；
S2、经数据接收和分析单元，一路振动信号对拖拉机的振动特征进行振动烈度换算，对比拖拉机基准数据库的振动烈度数值范围，以此评价拖拉机整机振动强度，给出超限范围，给出拖拉机整机工作质量状态指标；
S3、另一路振动信号进行快速傅里叶转换FFT，获取拖拉机整机振动频谱和频点分布特征，以拖拉机基准数据库及典型机械故障振动频谱图对照，快速定位潜在机械故障类型。
2.根据权利要求1所述的一种拖拉机整机装配质量评价方法，其特征在于，所述的拖拉机基准数据库，是以大量待测型号拖拉机实际测试数据的统计建立，具体方法为：根据待测拖拉机类型和具体型号，预先确定拖拉机刚性机体上便于粘贴振动传感器的位置，进行不同激励条件下的振动特征采集，并建立位置之间的振动特征关联函数，对于整机装配质量的表征特征关系；基于大量同型号拖拉机振动特征数据的统计，建立振动烈度评价指标范围，建立特征部位频谱频点分布对照数据库，用于待测拖拉机振动烈度和频谱分析对照基准；利用典型机械故障振动频谱特征对照表，以拖拉机振动频谱频点分布特征比较获得拖拉机整机装配机械缺陷或故障类型。
3.根据权利要求1或2所述的一种拖拉机整机装配质量评价方法，其特征在于，所述的激励条件为发动机怠速转速下。
4.根据权利要求1或2所述的一种拖拉机整机装配质量评价方法，其特征在于，所述的振动传感器采用磁吸方式安装于拖拉机刚性机体上。
5.根据权利要求1或2所述的一种拖拉机整机装配质量评价方法，其特征在于，所述的振动传感器采用小型MEMS三轴传感器。
6.根据权利要求1或2所述的一种拖拉机整机装配质量评价方法，其特征在于，所述的数据接收和分析单元采用MCU。
7.一种整机装配质量检测装置，其特征在于，包括：振动传感器(2)、数据接收和分析单元(3)和数据显示单元(4)；
所述的振动传感器(2)，采用小型MEMS三轴传感器，用于采集整机的10～2000Hz范围内振动参数，采用无线或有线方式与数据接收和分析单元通讯连接；
所述的数据接收和分析单元(3)，采用MCU，用于给传感器发布采集指令和获取整机振动信息，并针对接收的振动参数，计算整机振动烈度，同时通过FFT分析，获得整机振动频谱频点分布和特征，最终与基准数据库和典型机械故障频谱频点对照表对照，提供测试结果；
所述的数据显示单元(4)，与数据接收和分析单元连接，用于显示操作指引、拖拉机状态、实时测试数据和测试结果。
8.根据权利要求7所述的一种整机装配质量检测装置，其特征在于，所述的振动传感器(2)带有磁吸头(21)。
9.根据权利要求7所述的一种整机装配质量检测装置，其特征在于，所述整机为带有刚性连接的动力机械整机。
10.根据权利要求9所述的一种整机装配质量检测装置，其特征在于，所述整机为拖拉机(1)。
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Legal Events
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| PB01 | Publication | ||
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| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
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