CN111982557A - 一种联合收割机装配质量及故障诊断的测试方法 - Google Patents

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徐立友
张帅
张家铭
赵思夏
闫祥海
魏俊
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    • G01M99/005—Testing of complete machines, e.g. washing-machines or mobile phones
    • A—HUMAN NECESSITIES
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    • A01D41/00—Combines, i.e. harvesters or mowers combined with threshing devices
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Abstract

本发明公开了一种联合收割机装配质量及故障诊断的测试方法，该测试方法用的快速检测装置包括振动传感器、数据采集前端、处理设备和显示设备；所述振动传感器分别设在联合收割机驾驶室地板、座椅、转向管柱上，所述振动传感器通过连线与数据采集前端相连，所述数据采集前端、处理设备和显示设备依次相连；本发明的测试方法可以快速的对装配下线的联合收割机进行装配质量检测以及对联合收割机每次工作前后进行关键工作总成自检，及时发现故障隐患点，并提前排除，延长联合收割机的使用寿命，能够快速检测联合收割机装配质量不足及故障点，弥补了国内联合收割机装配质量检测的空白，提高了测试效率，降低了检测费用及保养维修的成本。

Description

一种联合收割机装配质量及故障诊断的测试方法
技术领域
本发明属于装配质量检测及故障诊断技术领域，具体涉及一 种联合收割机装配质量及故障诊断的测试方法。
背景技术
在农业机械领域中，随着农村土地使用情况以及农民对大型收 获机械的需求加大，联合收割机的装配质量和检测水平需要大幅度提 高，针对目前国内大型农业收获机械使用寿命短、故障频发率高的现 状，设计出一种可以快速检测装配质量和故障点的检测装置和方法显 得尤为重要。
传统的联合收割机质量和故障检测全靠维修工人或驾驶员的 经验进行，往往不能提前预测，只有在联合收割机故障比较明显或不 能正常工作后才发现，严重影响了联合收割机的使用寿命，有时可能 使得农民错过良好的收获时机，造成人力的浪费和产量的损失，并对 产品品牌造成不可估量的影响。
自“源-路径-接受体”模型提出以后，使用外部输入的工作传递 路径分析方法(OTPA)主要用作分析和处理汽车振动与噪声的方法， 其可以应用在农业机械上，可以快速找到振动贡献量最大的传递路 径，通过与数据库内的数据进行对比分析，找出具体部位。
发明内容
有鉴于此，为解决上述现有技术的不足，本发明的目的在于提 供了一种联合收割机装配质量及故障诊断的测试方法，可以快速的对 装配下线的联合收割机进行装配质量检测以及对联合收割机每次工 作前后进行关键工作总成自检，及时发现故障隐患点，并提前排除， 延长联合收割机的使用寿命，能够快速检测联合收割机装配质量不足 及故障点，弥补了国内联合收割机装配质量检测的空白，提高了测试 效率，降低了检测费用及保养维修的成本。
为实现上述目的，本发明所采用的技术方案是：
一种联合收割机装配质量及故障诊断的测试方法，该测试方法用 的快速检测装置包括振动传感器、数据采集前端、处理设备和显示设 备；所述振动传感器分别设在联合收割机驾驶室地板、座椅、转向管 柱上，所述振动传感器通过连线与数据采集前端相连，所述数据采集 前端、处理设备和显示设备依次相连；
所述振动传感器用于采集各待测部件的振动信号，将加速度信号 转换为电信号，并将数据传输到数据采集前端；所述数据采集前端用 于设置采集数据的参数，包括设置测试频率带宽、频率分辨率、平均 次数、输入窗函数和输出窗函数，并将采集到的信号传输给处理设备； 所述处理设备对接收到的信号数据进行计算，并与数据库中的数据进 行比对分析，将装配质量问题点或故障总成通过显示设备输出显示；
该测试方法，包括以下步骤：
S1：根据所述显示设备提示对故障总成进行初步的检测及调整；
S2：对于难以诊断的故障点需专业技术人员根据振动传递路径进 行分析；
S21：在联合收割机的发动机、拨禾轮、切割器、喂入搅龙、脱 离装置、清选装置、输送装置等振动源以及驾驶室地板、座椅、转向 管柱上安装振动传感器；
S22：对联合收割机的振动源按照“源-路径-接受者”的模式进行分 析；
S23：采用奇异值分解(SVD)的工作传递路径分析(OPTA)的 方法对振动传递路径进行分析，得到每条振动传递路径的传递函数和 振动贡献量，以及所有路径合成的总体贡献量；
S24：将测试合成的总体贡献量曲线与驾驶室内信号进行对比分 析，快速找出需要重点关注的频率，再根据各个路径的振动贡献量， 分析出特定频率处出现故障的路径，并找到故障源。
进一步的，所述振动传感器为压电式加速度传感器，振动传感 器通过螺栓固定及涂抹硅脂的方式分别设在驾驶室地板、座椅、转向 管柱上。
进一步的，所述数据采集前端的测试频率带宽为0～512Hz， 频率分辨率为0.5Hz，平均数为50次，输入窗函数为汉宁窗，输出窗 函数为汉宁窗。
进一步的，所述步骤S21中，设在联合收割机的发动机、拨 禾轮、切割器、喂入搅龙、脱离装置、清选装置、输送装置等振动源 上的所述振动传感器均采用磁座或胶粘的安装方式。
进一步的，所述步骤S23，具体包括以下步骤：
A1：联合收割机的发动机、拨禾轮、切割器、喂入搅龙、脱离 装置、清选装置、输送装置等m个振动源作为激励，即输入信号，每 个激励力都有x，y，z三个方向的分量(k＝3)，传递路径的数量为 n，则工作传递路径分析(OPTA)的计算公式为：
Figure BDA0002653530320000041
公式(1)中，Y为目标点(驾驶室地板/座椅/转向管柱)的传递 路径的总贡献量向量，T为传递函数，X为激励力矩阵；
A2：对测得的传递函数T进行奇异值分解(SVD)：
T＝U∑V-1 (2)
公式(2)中U、V为正交矩阵，∑为对角矩阵，成为传递函数T的 奇异值矩阵，其对角线上的值σi(i≤n)称为X的奇异值，满足 σ1≥σ2≥···σn≥0；其中，较小的奇异值可认为是信号的噪音、串扰信 号，应予以清除；
A3：将公式(2)带入公式(1)中即可求出传递路径的贡献量。
本发明的有益效果是：
本发明可以快速的检测出联合收割机装配下线或工作前后是否 存在装配质量问题或故障点，找出装配质量不达标或出现故障的结构 总成，从而确保了联合收割机无故障的生产下线并能顺利的进行谷物 的收割工作，也可作为设计开发、维护保养的提示及数据参考；
本发明所述的测试方法对操作人员的经验要求不一，小故障可以 快速排除，对难以排除和发现的故障点可以由专业人员进行振动传递 路径分析，从而发现问题，从根本上排除故障点的症结所在，该测试 方法具有速度快，操作分析便捷，降低了测试成本的优势。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下 面将对实施例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，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，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1为本发明的测试方法流程示意图；
图2为本发明中的工作传递路径分析(OPTA)模型示意图；
图中标记：1、振动传感器，2、数据采集前端，3、处理设备，4、 显示设备。
具体实施方式
下面给出具体实施例，对本发明的技术方案作进一步清楚、完 整、详细地说明。本实施例是以本发明技术方案为前提的最佳实施例， 但本发明的保护范围不限于下述的实施例。
一种联合收割机装配质量及故障诊断的测试方法，该测试方 法用的快速检测装置包括振动传感器1、数据采集前端2、处理设备 3和显示设备4；所述振动传感器1分别设在联合收割机驾驶室地板、 座椅、转向管柱上，所述振动传感器1通过连线与数据采集前端2相 连，所述数据采集前端2、处理设备3和显示设备4依次相连；
所述振动传感器1用于采集各待测部件的振动信号，将加速度信 号转换为电信号，并将数据传输到数据采集前端2；所述数据采集前 端2用于设置采集数据的参数，包括设置测试频率带宽、频率分辨率、 平均次数、输入窗函数和输出窗函数，并将采集到的信号传输给处理 设备3；所述处理设备3对接收到的信号数据进行计算，并与数据库 中的数据进行比对分析，将装配质量问题点或故障总成通过显示设备 4输出显示；
该测试方法，包括以下步骤：
S1：根据所述显示设备4提示对故障总成进行初步的检测及调 整；
S2：对于难以诊断的故障点需专业技术人员根据振动传递路径进 行分析；
S21：在联合收割机的发动机、拨禾轮、切割器、喂入搅龙、脱 离装置、清选装置、输送装置等振动源以及驾驶室地板、座椅、转向 管柱上安装振动传感器1；每个振动源对应至少3个传递路径，传 递路径最终传到驾驶室内的目标点，即安装在联合收割机驾驶室地 板、座椅或转向管柱上的振动传感器1；
S22：对联合收割机的振动源按照“源-路径-接受者”的模式进行分 析；
S23：采用奇异值分解(SVD)的工作传递路径分析(OPTA)的 方法对振动传递路径进行分析，得到每条振动传递路径的传递函数和 振动贡献量，以及所有路径合成的总体贡献量；
S24：将测试合成的总体贡献量曲线与驾驶室内信号进行对比分 析，快速找出需要重点关注的频率，再根据各个路径的振动贡献量， 分析出特定频率处出现故障的路径，并找到故障源。
进一步的，处理设备3为CPU或DSP或51单片机，可承载 在电脑PC端，显示设备4为电脑显示屏或手机。
进一步的，所述振动传感器1为压电式加速度传感器，振动传 感器1通过螺栓固定及涂抹硅脂的方式分别设在驾驶室地板、座椅、 转向管柱上。
进一步的，所述数据采集前端2的测试频率带宽为0～512Hz， 频率分辨率为0.5Hz，平均数为50次，输入窗函数为汉宁窗，输出窗 函数为汉宁窗。
进一步的，所述步骤S21中，设在联合收割机的发动机、拨 禾轮、切割器、喂入搅龙、脱离装置、清选装置、输送装置等振动源 上的所述振动传感器1均采用磁座或胶粘的安装方式，振动传感器1 的信号线缆用胶带固定在结构表面。
进一步的，所述步骤S23，具体包括以下步骤：
A1：联合收割机的发动机、拨禾轮、切割器、喂入搅龙、脱离 装置、清选装置、输送装置等m个振动源作为激励，即输入信号，每 个激励力都有x，y，z三个方向的分量(k＝3)，传递路径的数量为 n，则工作传递路径分析(OPTA)的计算公式为：
Figure BDA0002653530320000071
公式(1)中，Y为目标点(驾驶室地板/座椅/转向管柱)的传递路径 的总贡献量向量，T为传递函数，X为激励力矩阵；在测试方法中用 到了奇异值分解(SVD)对OTPA模型中的传递函数向量进行奇异值 分解(T＝U∑V-1)，从而消除病态方程组；最终得到每条传递路径 的贡献量
Figure BDA0002653530320000081
A2：对测得的传递函数T进行奇异值分解(SVD)：
T＝U∑V-1 (2)
公式(2)中U、V为正交矩阵，∑为对角矩阵，成为传递函数T的 奇异值矩阵，其对角线上的值σi(i≤n)称为X的奇异值，满足 σ1≥σ2≥···σn≥0；其中，较小的奇异值可认为是信号的噪音、串扰信 号，应予以清除；
A3：将公式(2)带入公式(1)中即可求出传递路径的贡献量。
进一步的，在整个测试过程中，为了尽量减少噪声的影响，应 将联合收割机放置在半消声的室内或比较宽敞的田野上，并将驾驶室 的门窗封闭。测试结束后可关闭快速检测装置；对于专业技术人员需 要在振动源上安装磁座式或粘贴式振动传感器，需在联合收割机熄火 状态下，并确保安全的前提下安装或取下振动传感器。
进一步的，本实施例中，在具体实施时，该测试方法的流程为：
步骤1：振动传感器1固定在联合收割机驾驶室地板、座椅、转 向管柱上，显示设备4根据驾驶室结构及总体布置的设计要求进行布 置，可布置在驾驶室的A柱或前仪表板或操作手柄等位置；在联合 收割机装配下线或工作前后将主离合器打开，使得收割机全部工作部件运转后，打开该快速检测装置开关，该快速检测装置会自动采集驾 驶室内的振动信号，将数据传到处理设备3，处理设备3对数据进行 计算、分析、比较，将初步判断的结果经显示设备4显示出来，如果 所采集的信号在设置的阈值范围内，显示设备4将显示“正常”；
步骤2：如果显示设备4显示出问题部件，比如显示“喂入搅龙问 题”，维修人员可以直接对喂入搅龙的装配参数进行检查，并对喂入 搅龙的装配位置进行调整，直到故障代码消失；
步骤3：如果根据故障代码，维修人员难以检测出具体装配质量 问题或故障原因，需要专业技术人员对每条传递路径进行分析，在联 合收割机各个振动源的监测点上安装磁座式振动传感器1，结合驾驶 室内的振动信号进行计算，分析出振动贡献量大的传递路径，从而找 出装配质量问题或故障点，并予以排除。
综上所述，本发明的一种联合收割机装配质量及故障诊断的 测试方法，可以快速的对装配下线的联合收割机进行装配质量检测以 及对联合收割机每次工作前后进行关键工作总成自检，及时发现故障 隐患点，并提前排除，延长联合收割机的使用寿命，能够快速检测联 合收割机装配质量不足及故障点，弥补了国内联合收割机装配质量检 测的空白，提高了测试效率，降低了检测费用及保养维修的成本。
以上显示和描述了本发明的主要特征、基本原理以及本发明 的优点。本行业技术人员应该了解，本发明不受上述实施例的限制， 上述实施例和说明书中描述的只是说明本发明的原理，在不脱离本发 明精神和范围的前提下，本发明还会根据实际情况有各种变化和改 进，这些变化和改进都落入要求保护的本发明范围内。本发明要求保 护范围由所附的权利要求书及其等效物界定。

Claims (5)

1.一种联合收割机装配质量及故障诊断的测试方法，其特征在于：该测试方法用的快速检测装置包括振动传感器(1)、数据采集前端(2)、处理设备(3)和显示设备(4)；所述振动传感器(1)分别设在联合收割机驾驶室地板、座椅、转向管柱上，所述振动传感器(1)通过连线与数据采集前端(2)相连，所述数据采集前端(2)、处理设备(3)和显示设备(4)依次相连；
所述振动传感器(1)用于采集各待测部件的振动信号，将加速度信号转换为电信号，并将数据传输到数据采集前端(2)；所述数据采集前端(2)用于设置采集数据的参数，包括设置测试频率带宽、频率分辨率、平均次数、输入窗函数和输出窗函数，并将采集到的信号传输给处理设备(3)；所述处理设备(3)对接收到的信号数据进行计算，并与数据库中的数据进行比对分析，将装配质量问题点或故障总成通过显示设备(4)输出显示；
该测试方法，包括以下步骤：
S1：根据所述显示设备(4)提示对故障总成进行初步的检测及调整；
S2：对于难以诊断的故障点需专业技术人员根据振动传递路径进行分析；
S21：在联合收割机的发动机、拨禾轮、切割器、喂入搅龙、脱离装置、清选装置、输送装置等振动源以及驾驶室地板、座椅、转向管柱上安装振动传感器(1)；
S22：对联合收割机的振动源按照“源-路径-接受者”的模式进行分析；
S23：采用奇异值分解(SVD)的工作传递路径分析(OPTA)的方法对振动传递路径进行分析，得到每条振动传递路径的传递函数和振动贡献量，以及所有路径合成的总体贡献量；
S24：将测试合成的总体贡献量曲线与驾驶室内信号进行对比分析，快速找出需要重点关注的频率，再根据各个路径的振动贡献量，分析出特定频率处出现故障的路径，并找到故障源。
2.根据权利要求1所述的一种联合收割机装配质量及故障诊断的测试方法，其特征在于：所述振动传感器(1)为压电式加速度传感器，振动传感器(1)通过螺栓固定及涂抹硅脂的方式分别设在驾驶室地板、座椅、转向管柱上。
3.根据权利要求1所述的一种联合收割机装配质量及故障诊断的测试方法，其特征在于：所述数据采集前端(2)的测试频率带宽为0～512Hz，频率分辨率为0.5Hz，平均数为50次，输入窗函数为汉宁窗，输出窗函数为汉宁窗。
4.根据权利要求1所述的一种联合收割机装配质量及故障诊断的测试方法，其特征在于：所述步骤S21中，设在联合收割机的发动机、拨禾轮、切割器、喂入搅龙、脱离装置、清选装置、输送装置等振动源上的所述振动传感器(1)均采用磁座或胶粘的安装方式。
5.根据权利要求1所述的一种联合收割机装配质量及故障诊断的测试方法，其特征在于：所述步骤S23，具体包括以下步骤：
A1：联合收割机的发动机、拨禾轮、切割器、喂入搅龙、脱离装置、清选装置、输送装置等m个振动源作为激励，即输入信号，每个激励力都有x，y，z三个方向的分量(k＝3)，传递路径的数量为n，则工作传递路径分析(OPTA)的计算公式为：
Figure FDA0002653530310000031
公式(1)中，Y为目标点(驾驶室地板/座椅/转向管柱)的传递路径的总贡献量向量，T为传递函数，X为激励力矩阵；
A2：对测得的传递函数T进行奇异值分解(SVD)：
T＝U∑V-1 (2)
公式(2)中U、V为正交矩阵，∑为对角矩阵，成为传递函数T的奇异值矩阵，其对角线上的值σi(i≤n)称为X的奇异值，满足σ1≥σ2≥···σn≥0；其中，较小的奇异值可认为是信号的噪音、串扰信号，应予以清除；
A3：将公式(2)带入公式(1)中即可求出传递路径的贡献量。
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