CN113044723A - 一种起重机械的状态监测、分析与故障诊断一体系统 - Google Patents

一种起重机械的状态监测、分析与故障诊断一体系统 Download PDF

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胡敬铨
倪波涛
张晓曦
汪文祥
赵令锋
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Fujian Minsheng Construction Engineering Co ltd
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    • B66—HOISTING; LIFTING; HAULING
    • B66C—CRANES; LOAD-ENGAGING ELEMENTS OR DEVICES FOR CRANES, CAPSTANS, WINCHES, OR TACKLES
    • B66C15/00—Safety gear

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Abstract

本发明涉及起重机械技术领域，且公开了一种起重机械的状态监测、分析与故障诊断一体系统，包括数据采集前端和数据分析系统，所述数据采集前端与数据分析系统通讯连接；数据采集前端主要用于信号调理、信号采集和预处理，数据分析系统由时域分析模块、频域分析模块和轴心轨迹分析模块组成；时域分析模块主要采用时域幅值分析法及时域波形分析法。该起重机械的状态监测、分析与故障诊断一体系统，通过数据采集前端主要进行数据参数采集，后处理参数的设置，还有对采集数据的数据管理，并利用数据分析系统生成各种数据图，通过数据图可判断起重机械转子的运行状态。

Description

一种起重机械的状态监测、分析与故障诊断一体系统
技术领域
本发明涉及起重机械技术领域，具体为一种起重机械的状态监测、分析与故障诊断一体系统。
背景技术
工业生产建设过程中需要使用大量起重机械，由于起重机械设备的特殊性和危险性，各方对其安全管理工作非常重视。从起重机械的设计、制造、安装、使用等多个环节都制定了较为严格的标准。然而，随着起重机械的应用规模不断扩大，各种各样的机械故障问题开始频繁出现，甚至造成人员、财产损失，据此，必须采取有效措施对起重机械的故障进行合理诊断，定期开展机械设备的检验检测，确保起重机械的使用安全。
起重机械的应用为工业生产建设提供了非常大的便利，但是，起重机械在应用过程中的危险性也是有目共睹的。起重机械容易受到外部因素或人为操作因素的影响，引发安全事故。因此，在起重机械应用过程中，做好故障诊断及处理，定期对起重机械进行检验检测.找出可能出现的隐患问题，采取有效措施予以处理，以便降低起重机械应用风险。
针对上述问题，我们提出了一种起重机械的状态监测、分析与故障诊断一体系统。
发明内容
针对现有技术存在的上述不足，本发明提供了一种起重机械的状态监测、分析与故障诊断一体系统。
本发明提供如下技术方案：一种起重机械的状态监测、分析与故障诊断一体系统，包括数据采集前端和数据分析系统，所述数据采集前端与数据分析系统通讯连接；
数据采集前端主要用于信号调理、信号采集和预处理；
数据分析系统由时域分析模块、频域分析模块和轴心轨迹分析模块组成；
时域分析模块主要采用时域幅值分析法及时域波形分析法，对机械设备在开机和停机过程中的振动曲线形状进行分析，进行相应的故障评判；
频域分析模块采用自相关分析法、倒谱分析法、包络解调分析法、常带宽阶次跟踪法四种，主要提供起重机械实际运行状态下的谱分析，并提供设计数据和检验设计效果，或者寻找振源和故障诊断，保证设备的安全运行；
轴心轨迹分析模块主要根据数据生产各种图像，并提取特征，进行故障诊断及分析。
优选的，所述时域幅值分析法是利用峰值，峰-峰值，峰值系数，偏斜度，平均值和有效值，利用时域指标进行诊断可以对设备进行初步的定性诊断。
优选的，所述时域波形分析法主要是通过对时域波形状的分析，对特征的故障进行诊断。
优选的，所述自相关分析法主要是对信号Xt的自相关函数t并通过Rt对信号中的Rt进行求解，t周期成分进行分析，从而找出故障振源。
优选的，所述倒谱分析阀可分离和提取原始信号或传输系统特性，具有同族或异族频波以及多成分边频的频谱图分析非常有效，在复杂的频谱图中可判断各个周期分量，从而识别振动和噪声源，并对机械进行故障诊断和预报分析。
优选的，所述包络解调分析法可有效识别出某些冲击振动，从而找出该冲击振动的振源。
优选的，所述常带宽阶次跟踪法可提取齿轮箱生成的调制和隐藏的振动噪声阶次。
优选的，所述轴心轨迹分析模块根据采集的数据生成轴心轨迹图和轴心位置图、极坐标图、伯德图、过程曲线分布图、实时频谱图和频谱瀑布图，为起重机械的状态监测、分析与故障诊断提供参数。
与现有技术对比，本发明具备以下有益效果：
该起重机械的状态监测、分析与故障诊断一体系统，通过数据采集前端主要进行数据参数采集，后处理参数的设置，还有对采集数据的数据管理，并利用数据分析系统生成各种数据图，通过数据图可判断起重机械转子的运行状态，对由于轴不平衡、不对中、油膜轴承稳定工作、齿轮磨损情况进行分析，从而便于故障诊断。
附图说明
图1为本发明结构示意图。
具体实施方式
为了使本公开实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本公开实施例的附图，对本公开实施例的技术方案进行清楚、完整地描述，为了保持本公开实施例的以下说明清楚且简明，本公开省略了已知功能和已知部件的详细说明，以避免不必要地混淆本发明的概念。
请参阅图1，一种起重机械的状态监测、分析与故障诊断一体系统，包括数据采集前端和数据分析系统，所述数据采集前端与数据分析系统通讯连接；
数据采集前端主要用于信号调理、信号采集和预处理，
数据分析系统由时域分析模块、频域分析模块和轴心轨迹分析模块组成；
时域分析模块主要采用时域幅值分析法及时域波形分析法，对机械设备在开机和停机过程中的振动曲线形状进行分析，进行相应的故障评判；
频域分析模块采用自相关分析法、倒谱分析法、包络解调分析法、常带宽阶次跟踪法四种，主要提供起重机械实际运行状态下的谱分析，并提供设计数据和检验设计效果，或者寻找振源和故障诊断，保证设备的安全运行；
轴心轨迹分析模块主要根据数据生产各种图像，并提取特征，进行故障诊断及分析。
所述时域幅值分析法是利用峰值，峰-峰值，峰值系数，偏斜度，平均值和有效值，利用时域指标进行诊断可以对设备进行初步的定性诊断。
所述时域波形分析法主要是通过对时域波形状的分析，对特征的故障进行诊断。
所述自相关分析法主要是对信号Xt的自相关函数t并通过Rt对信号中的Rt进行求解，t周期成分进行分析，从而找出故障振源。
所述倒谱分析阀可分离和提取原始信号或传输系统特性，具有同族或异族频波以及多成分边频的频谱图分析非常有效，在复杂的频谱图中可判断各个周期分量，从而识别振动和噪声源，并对机械进行故障诊断和预报分析。
所述包络解调分析法可有效识别出某些冲击振动，从而找出该冲击振动的振源。
所述常带宽阶次跟踪法可提取齿轮箱生成的调制和隐藏的振动噪声阶次。
所述轴心轨迹分析模块根据采集的数据生成轴心轨迹图和轴心位置图、极坐标图、伯德图、过程曲线分布图、实时频谱图和频谱瀑布图，为起重机械的状态监测、分析与故障诊断提供参数。
轴心轨迹图对于分析由于轴不平衡、不对中、油膜轴承稳定工作、齿轮磨损等分析，是一个相当好的故障诊断工具，可显示转子轴心相对于轴承座的运动轨迹。
轴心位置图在忽略振动的情况下，显示轴心相对于轴承中心的稳态位置，可以看出轴承的偏位角、偏心距、最小油膜厚度等，从而判断转子运转是否平稳，通过查看机组历史和启停机的变化过程，可以知道转子在轴承内位置的变化情况。
极坐标图是显示转子振幅和相位随转速变化的关系曲线，可以看出临界转速、估出系统的阻尼大小以及得到转子振型。
伯德图可将启停机过程中振幅与相位随转速变化关系用极坐标的形式表示出来。
过程曲线分布图显示转子轴位移与振动的变化状态，通过查看实时与历史的发展趋势，可以得到机组振动、轴位移与转速的某种关联关系，从而了解引起机组振动异常的可能原因，并为确定最佳机组运行参数提供条件
实时频谱图可同时显示各个振动通道的波形和对应的频谱图频谱图——显示了各种频率下的振动分量的振幅值，通过移动光标可读出该频率的赫兹数和幅值。显示实时通频及各主要倍频的振动值
频谱瀑布图通常以x轴为频率、Y轴为时问或转速问隔、Z轴表示探幅，通过了解机组操动在骤变过程或启停机过程中各个频率成分的幅值变化，可以判断机器的临界转速、振动原因以及阻尼情况。比如,机组过临界转速、轴承发生油膜振荡、零件磨损以及各种突发性的亚异步振动等，均可以在这张图上获得分析故障原因的有用信息。
以上实施例仅为本发明的示例性实施例，不用于限制本发明，本发明的保护范围由权利要求书限定。本领域技术人员可以在本发明的实质和保护范围内，对本发明做出各种修改或等同替换，这种修改或等同替换也应视为落在本发明的保护范围内。

Claims (8)

1.一种起重机械的状态监测、分析与故障诊断一体系统，其特征在于：包括数据采集前端和数据分析系统，所述数据采集前端与数据分析系统通讯连接；
数据采集前端主要用于信号调理、信号采集和预处理；
数据分析系统由时域分析模块、频域分析模块和轴心轨迹分析模块组成；
时域分析模块主要采用时域幅值分析法及时域波形分析法，对机械设备在开机和停机过程中的振动曲线形状进行分析，进行相应的故障评判；
频域分析模块采用自相关分析法、倒谱分析法、包络解调分析法、常带宽阶次跟踪法四种，主要提供起重机械实际运行状态下的谱分析，并提供设计数据和检验设计效果，或者寻找振源和故障诊断，保证设备的安全运行；
轴心轨迹分析模块主要根据数据生产各种图像，并提取特征，进行故障诊断及分析。
2.根据权利要求1所述的一种起重机械的状态监测、分析与故障诊断一体系统，其特征在于：所述时域幅值分析法是利用峰值，峰-峰值，峰值系数，偏斜度，平均值和有效值，利用时域指标进行诊断可以对设备进行初步的定性诊断。
3.根据权利要求1所述的一种起重机械的状态监测、分析与故障诊断一体系统，其特征在于：所述时域波形分析法主要是通过对时域波形状的分析，对特征的故障进行诊断。
4.根据权利要求1所述的一种起重机械的状态监测、分析与故障诊断一体系统，其特征在于：所述自相关分析法主要是对信号Xt的自相关函数t并通过Rt对信号中的Rt进行求解，t周期成分进行分析，从而找出故障振源。
5.根据权利要求1所述的一种起重机械的状态监测、分析与故障诊断一体系统，其特征在于：所述倒谱分析阀可分离和提取原始信号或传输系统特性，具有同族或异族频波以及多成分边频的频谱图分析非常有效，在复杂的频谱图中可判断各个周期分量，从而识别振动和噪声源，并对机械进行故障诊断和预报分析。
6.根据权利要求1所述的一种起重机械的状态监测、分析与故障诊断一体系统，其特征在于：所述包络解调分析法可有效识别出某些冲击振动，从而找出该冲击振动的振源。
7.根据权利要求1所述的一种起重机械的状态监测、分析与故障诊断一体系统，其特征在于：所述常带宽阶次跟踪法可提取齿轮箱生成的调制和隐藏的振动噪声阶次。
8.根据权利要求1所述的一种起重机械的状态监测、分析与故障诊断一体系统，其特征在于：所述轴心轨迹分析模块根据采集的数据生成轴心轨迹图和轴心位置图、极坐标图、伯德图、过程曲线分布图、实时频谱图和频谱瀑布图，为起重机械的状态监测、分析与故障诊断提供参数。
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