CN114033844B - 一种基于数据采集的齿轮箱管理系统 - Google Patents

Abstract

一种基于数据采集的齿轮箱管理系统，包括齿轮箱以及采集控制器，齿轮箱上包括有输入部和若干个输出部，齿轮箱内包括有齿轮组，输入部通过齿轮组与输出部传动连接，齿轮组包括至少三个齿轮副，每一齿轮副对应设置有一检测模块，每一检测模块包括角度检测单元以及扭矩检测单元，采集控制器包括用于生成传动波形的波形生成模块、生成传动特征异常分析模块以及存储有异常特征和对应的异常执行策略的异常特征数据库，本发明优点在于能够有效快速的反馈齿轮磨损情况以及齿轮磨损位置点，以实时检测齿轮箱内部齿轮的情况，且便于对后续磨损点的修正。

Description

一种基于数据采集的齿轮箱管理系统

技术领域

本发明涉及齿轮箱领域，更具体的说是涉及一种基于数据采集的齿轮箱管理系统。

背景技术

随着工业发展迅速，齿轮箱的应用随之广泛，齿轮箱是动力传动中的一个重要机械部件，齿轮箱根据应用的场景不同所针对的规格和布局不同，大型升降机或者大型设备所应用的是方形齿轮箱，而农业应用的齿轮箱种类较多，使用场景包括除草切割、耕种传动以及多种，每一种使用场景应用的齿轮箱均不相同，本发明中主要针对的是应用除草或者棉花切割等场景的齿轮箱。

目前的齿轮箱均是单纯的齿与齿传动，在长时间的除草或棉花切割过程中容易出现卡齿或者磨损等问题，一旦用具卡齿或齿轮磨损严重时，用具的内部温度过高或出现齿轮崩坏而丧失继续工作的能力，由于卡齿的情况用户容易发现，但是各齿轮的磨损是难以发现的，齿轮在磨损中继续运作只会加大齿轮的磨损，磨损的齿轮难以实现对除草的高效率，因此现有的除草用具中的齿轮箱难以满足农业自动化设备的发展需求。

发明内容

针对现有技术存在的不足，本发明的目的在于提供一种基于数据采集的齿轮箱管理系统，该系统能够有效快速的反馈齿轮磨损情况以及齿轮磨损位置点，以实时检测齿轮箱内部齿轮的情况，且便于对后续磨损点的修正。

为实现上述目的，本发明提供了如下技术方案：

一种基于数据采集的齿轮箱管理系统，其特征在于：包括齿轮箱以及采集控制器，所述齿轮箱上包括有输入部和若干个输出部，所述齿轮箱内包括有齿轮组，所述输入部通过齿轮组与输出部传动连接，所述齿轮组包括至少三个齿轮副，相邻两个齿轮副相互啮合，每一齿轮副对应设置有一检测模块，每一检测模块包括角度检测单元以及扭矩检测单元，所述角度检测单元用于检测所述齿轮副所处的角度并输出对应的角度信息，所述扭矩检测单元用于检测对应所述齿轮副受到的扭矩并输出对应的扭矩信息；

所述采集控制器包括波形生成模块以及异常分析模块；

所述波形生成模块，分别耦接每一角度检测单元以及扭矩检测单元，并根据角度信息以及对应的扭矩信息生成传动波形；

所述异常分析模块，连接所述波形生成模块，用于比对不同的传动波形，并根据比对结果生成传动特征，所述异常分析模块还连接异常特征数据库，所述异常特征数据库存储有若干异常特征信息，所述异常特征信息包括异常特征以及对应的异常执行策略，所述异常分析模块根据异常特征与传动特征的匹配结果调取所述异常特征数据库中对应的异常执行策略；

进一步的，所述异常特征信息的异常特征为阻碍物异常，所述阻碍物异常反映用具在不同工作场景下对应的齿轮副反馈波形，所述异常特征数据库内还包括用具与阻碍物碰撞的第一预设基准区间；

所述输入部包括轴套、驱动轴以及输入齿，所述输入齿与相邻的齿轮副啮合，所述输入齿的转轴上设有插槽，所述插槽内侧壁上设有可伸缩的限位销，所述限位销的上表面为用于引导驱动端插入的斜面，所述驱动轴一端与外部驱动源连接，另一端延伸至轴套内且插设在插槽内，位于插槽内的驱动轴外表面一圈设有与限位销配合的销槽，所述销槽内设有用于驱动限位销脱离销槽的电磁组件，与输入齿啮合的齿轮副转轴向齿轮箱外延伸，位于齿轮箱外的齿轮副转轴上还设有刀盘组；

当所述传动特征大于第一预设基准区间的最大阈值时，所述异常执行策略包括驱动轴脱离输入齿，所述波形生成模块获取对应齿轮副的角度信息以及对应的扭矩信息，根据该角度信息以及对应的扭矩信息生成阻碍波形，将所述阻碍波形在异常特征数据库中索引对应的齿轮副反馈波形作为异常物波形，根据异常物波形在异常特征数据库中索引对应的刀盘工作场景。

进一步的，所述异常特征信息的异常特征为齿轮副异常，所述齿轮副异常反映齿轮副的齿轮磨损情况，所述异常特征数据库内还包括内部齿轮副磨损或膨胀的第二预设基准区间；

所述齿轮副上设有同轴转动的从动锥齿，所述齿轮箱内还设有调节结构，包括第一执行器、调节锥齿、调节齿、调节齿板以及连杆，所述调节锥齿和调节齿分别转动套设在第一执行器的驱动端上，所述连杆一端与调节齿板连接，另一端通过轴承与相邻齿轮副的转轴连接；

当所述传动特征大于第一预设基准区间的最大阈值时或小于第一预设基准区间的最小阈值时，所述异常执行策略包括第一执行器同时驱动调节锥齿和调节齿运动，以使所述调节锥齿与从动锥齿啮合，且所述调节齿与调节齿板啮合，齿轮副在竖直方向上运动，以使调整该齿轮副与相邻两个齿轮副之间的吃进量。

进一步的，每个所述齿轮副一侧分别设有修正结构，所述修正结构包括锉削刀、拨杆、修正齿以及第二执行器，所述齿轮箱内底部设有滑槽和移动槽，所述锉削刀滑动位于滑槽内，所述滑槽内还设有用于提供锉削刀一个复位力的压簧，所述拨杆一端位于锉削刀上表面，另一端位于修正齿的齿槽内，所述修正齿滑动位于移动槽内，所述第二执行器的驱动端通过轴承与修正齿的转轴连接；

当所述传动特征大于第一预设基准区间的最大阈值时，所述异常执行策略包括第二执行器驱动修正齿运动，以使所述修正齿与锉削对象相邻的齿轮副啮合，齿轮副转动驱动修正齿转动以使所述锉削刀锉削膨胀齿。

进一步的，所述异常特征信息的异常特征还包括齿轮温度异常，所述齿轮温度异常反映齿轮副的各个工作场景下的温度值，所述异常特征数据库内还包括内部齿轮副的预设温度区间；

每个所述检测模块还包括红外线传感器，所述采集控制器还包括收集模块，所述收集模块获取红外线传感器检测到的齿轮副的实际温度信息，根据实际温度信息与预设温度区间相比，若实际温度信息位于预设温度区间内，则向用具发出继续使用信号，若实际温度信息大于预设温度区间的最大阈值时，则向用具发出高温警报信号。

进一步的，所述异常特征信息的异常特征还包括电流电压异常，所述电流电压异常反映内部齿轮副传动异常或外部刀盘组碰撞异常时电机的电流电压值，所述驱动轴的电机处设于电流表和电压表，所述采集控制器还包括绘制模块，所述绘制模块获取电流表检测到的电流值和电压表检测到的电压值进行绘制得到电流线和电压线。

进一步的，所述异常分析模块包括异常分析子模块，所述异常分析子模块获取绘制模块中的电流线和电压线，根据所述电流线和电压线分析线段趋势，若电流线和电压线的呈向上突骤的趋势，则向用具发出阻碍警报信号，若电流线和电压线的呈水平或波形，则向用具发出正常工作信号。

进一步的，所述刀盘组包括键套和若干个刀片，若干个刀片均固定套设在键套上，延伸至齿轮箱外的转轴包括花键部和颈部，所述颈部直径小于花键部直径，所述键套配合套设在花键部上，所述键套的上端和下端均设有转动轴承，所述转动轴承的内轴承与键套固定连接，所述齿轮箱内还设有退刀结构，所述退刀结构包括第三执行器、退刀锥齿、退刀齿、退刀齿板以及推杆，所述退刀锥齿和退刀齿分别转动套设在第三执行器的驱动端上，所述推杆一端与调节齿板连接，另一端穿过齿轮箱且延伸至齿轮箱外；

当用具接收到高温警报信号或阻碍警报信号时，所述异常执行策略包括第三执行器同时驱动退刀锥齿和退刀齿运动，以使所述退刀锥齿与从动齿啮合，且所述调节齿与退刀齿板啮合，所述齿板的运动带动推杆顶压转动轴承的外轴承，以使刀片组从花键部推至颈部脱离该齿轮副的转轴。

进一步的，所述异常特征数据库内还包括刀片寿命信息，所述刀片寿命信息反映刀片碰撞物体场景以及对应的次数，所述采集控制器还包括记录模块，所述记录模块获取异常分析模块中的刀盘工作场景，根据刀盘工作场景中刀片碰撞的情景依次进行分类记录得到刀具信息，根据刀具信息与刀片寿命信息进行比较，若刀具信息中的任意一项碰撞物体场景的次数达到刀片寿命信息中的碰撞物体场景次数的阈值，则向用具发出更换刀片信号。

进一步的，所述采集控制器还包括无线模块，所述无线模块分别获取异常物波形、实际温度信息、电流线和电压线，根据异常物波形、实际温度信息、电流线和电压线分别与异常特征信息关联且上传至互联网。

本发明的有益效果：1、通过对齿轮副的转动角度以及扭矩值进行检测在比对，得到传动特征，根据传动特征以及编码器来自动测算齿轮磨损点的位置，以实时检测齿轮箱内部齿轮的情况，且便于对后续磨损点的修正定位；另一种检测方式是通过绘制传动波形图，根据传动波形图进行查看分析是否有单元异常，即是否有某个单元断线或线段突起，可以根据实际的波形图判断齿轮箱内的内部齿轮是否有磨损或异常，且能够通过编码器来自动测算齿轮磨损点的位置，以实时检测齿轮箱内部齿轮的情况，且便于对后续磨损点的修正定位。

2、通过修正结构能够快速的将锁定的磨损点转至锉削刀前侧，锉削刀能够准确快速的将池槽内突起的部分锉削下，避免齿轮在啮合时出现啮合不全面，导致传动效率变低。

3、通过阻碍波形与异常特征数据库中的反馈波形图进行配对，以实现对刀具碰撞场景的分析，再通过记录后与用具数据库中的刀具寿命信息比较，可以得到其中任意一组刀片的使用情况和寿命情况，便于用户判断刀片的真实情况。

4、通过调节结构能够对某一个齿轮副进行上下位置进行调整，以实现两个齿轮副之间的啮合量，当任意一个齿轮副的齿磨损时，相邻的齿轮副增大与该齿轮副的吃进量后，能够保证即便磨损也不影响齿轮之间的传动。

5、通过对齿轮副的温度进行检测，再与用具数据库中的安全温度进行比较，以判断齿轮箱内各个齿轮的温度，或通过对输入部的电机进行电流电压的检测，再分析电流或电压是否出现突骤性的变化，其目的是能够通过齿轮温度的判断或电机的电流电压判断得到齿轮副外设置刀片组的刀片是否出现卡住的现象，若某一组刀片下方的齿轮温度过高又或者电机的电流和电压突骤性的变化，则通过退刀结构能够快速将该组刀片脱离转轴，避免齿轮出现崩坏的现象，提高了用具的安全性。

附图说明

图1是本发明的控制关系图；

图2是本发明中的结构整体图；

图3是本发明中调节结构的结构图；

图4是本发明中修正结构的结构图；

图5是本发明中退刀结构的整体图；

图6是本发明中退刀结构的剖视图；

图7是本发明中输入部的结构图。

附图标记：1、齿轮箱；2、输入部；21、轴套；22、驱动轴；23、输入齿；24、插槽；25、限位销；26、销槽；27、电磁组件；3、输出部；4、齿轮副；5、检测模块；6、从动锥齿；7、调节结构；71、第一执行器；72、调节锥齿；73、调节齿；74、调节齿板；75、连杆；8、修正结构；81、锉削刀；82、拨杆；83、修正齿；84、第二执行器；9、退刀结构；91、第三执行器；92、退刀锥齿；93、退刀齿；94、退刀齿板；95、推杆；181、键套；182、刀片；191、花键部；192、颈部；193、转动轴承；101、波形生成模块；102、异常分析模块；103、收集模块；104、绘制模块；105、异常分析子模块；106、记录模块；107、无线模块。

具体实施方式

下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

需要说明的是，当组件被称为“固定于”另一个组件，它可以直接在另一个组件上或者也可以存在居中的组件。当一个组件被认为是“连接”另一个组件，它可以是直接连接到另一个组件或者可能同时存在居中组件。当一个组件被认为是“设置于”另一个组件，它可以是直接设置在另一个组件上或者可能同时存在居中组件。本文所使用的术语“垂直的”、“水平的”、“左”、“右”以及类似的表述只是为了说明的目的。

除非另有定义，本文所使用的所有的技术和科学术语与属于本发明的技术领域的技术人员通常理解的含义相同。本文中在本发明的说明书中所使用的术语只是为了描述具体的实施例的目的，不是旨在于限制本发明。本文所使用的术语“及/或”包括一个或多个相关的所列项目的任意的和所有的组合。

以下结合附图对本发明实施例做进一步详述：

由于目前的齿轮箱1均是单纯的齿与齿传动，在长时间的除草或棉花切割过程中容易出现卡齿或者磨损等问题，一旦用具卡齿或齿轮磨损严重时，用具的内部温度过高或出现齿轮崩坏而丧失继续工作的能力，由于卡齿的情况用户容易发现，但是各齿轮的磨损是难以发现的，齿轮在磨损中继续运作只会加大齿轮的磨损，磨损的齿轮难以实现对除草的高效率，因此现有的除草用具中的齿轮箱1难以满足农业自动化设备的发展需求，因此本发明设计这种基于数据采集的齿轮箱管理系统，具体结构如图2所示，包括齿轮箱1以及采集控制器，齿轮箱1上包括有输入部2和若干个输出部3，齿轮箱1内包括有齿轮组，输入部2通过齿轮组与输出部3传动连接，齿轮组包括至少三个齿轮副4，(即本发明中有n个齿轮副4，其中输出部3有7个，则每个输出部3的转轴均延伸至齿轮箱1外设有刀盘组)，相邻两个齿轮副4相互啮合，每一齿轮副4对应设置有一检测模块5，每一检测模块5包括角度检测单元以及扭矩检测单元，角度检测单元用于检测所述齿轮副4所处的角度并输出对应的角度信息，扭矩检测单元用于检测对应所述齿轮副4受到的扭矩并输出对应的扭矩信息；

如图1所示，采集控制器包括波形生成模块101以及异常分析模块102；

波形生成模块101，分别耦接每一角度检测单元以及扭矩检测单元，并根据角度信息以及对应的扭矩信息生成传动波形；

异常分析模块102，连接所述波形生成模块101，用于比对不同的传动波形，并根据比对结果生成传动特征(传动特征包括齿轮副4的转动角度以及齿轮副4的扭矩值)，异常分析模块102还连接异常特征数据库，异常特征数据库存储有若干异常特征信息，异常特征信息包括异常特征以及对应的异常执行策略，异常分析模块102根据异常特征与传动特征的匹配结果调取所述异常特征数据库中对应的异常执行策略。

异常特征信息的异常特征为阻碍物异常，所述阻碍物异常反映用具在不同工作场景下对应的齿轮副4反馈波形(其中障碍物包括：草、土以及石头，不同物体与刀片182碰撞时的回弹波形均是不同的)，所述异常特征数据库内还包括用具与阻碍物碰撞的第一预设基准区间，每一种物体的回弹波形均有一个区间；

如图7所示，输入部2包括轴套21、驱动轴22以及输入齿23，输入齿23与相邻的齿轮副4啮合，输入齿23的转轴上设有插槽24，插槽24内侧壁上设有可伸缩的限位销25，限位销25的上表面为用于引导驱动端插入的斜面，限位销25为金属销，(其中插槽24内侧壁上设有限位槽，限位销25是水平位于限位槽内的，限位销25的一端与限位槽内侧壁设有弹簧，限位销25压缩弹簧可实现整体位于限位槽内)，驱动轴22一端与外部驱动源(电机)连接，另一端延伸至轴套21内且插设在插槽24内，位于插槽24内的驱动轴22外表面一圈设有与限位销25配合的销槽26，销槽26内设有用于驱动限位销25脱离销槽26的电磁组件27，驱动轴22脱离卡入的原理：当驱动轴22从插槽24内脱离时，销槽26内的电磁组件27通电后产生排斥限位销25的磁力，限位销25受到磁力的作用完全压缩弹簧进入内限位槽，此时驱动轴22可抽出输入齿23的插槽24，使得与输入齿23啮合的齿轮副4不受限制，当驱动轴22需要插入插槽24，则驱动齿向下压入，因为限位销25的上表面具有斜面，驱动齿向下按压时可以将限位销25向限位槽内压入，此时限位销25与销槽26是错位的，只需将驱动轴22转动一定角度后，限位销25与销槽26对准，受压的弹簧提供弹力将限位销25推入销槽26内实现定位，该齿轮副4的转轴向齿轮箱1外延伸还设刀盘组；

当刀片182碰撞硬物时，为了测量齿轮在碰撞过程中齿轮的回弹波形，需要将驱动轴22脱离输入齿23，实现其余齿轮能反转，即传动特征大于第一预设基准区间的最大阈值时(任意一个齿轮副4的扭矩值大于第一预设基准取件中的最大值时)，异常执行策略包括驱动轴22脱离输入齿23，波形生成模块101获取对应齿轮副4的角度信息以及对应的扭矩信息，根据该角度信息以及对应的扭矩信息生成阻碍波形，将阻碍波形在异常特征数据库中索引对应的齿轮副4反馈波形作为异常物波形，由于数据库中的反馈波形图是前期储存的，与实际测得的阻碍波形会有一定偏差，但是刀片182碰撞硬物和碰撞软物所反弹的弹力是不同的，因此可以根据阻碍波形与反馈波形进行匹配，相差最小的可以认定为相匹配，再根据异常物波形在异常特征数据库中索引对应的刀盘工作场景。

如图2和图3所示，相邻两个齿轮副4之间是具有一定的间距的，三者均为直齿，3个齿轮副4时，中间的齿轮副4位于两个齿轮副4上方，中间的齿轮副4只有三分之二以上部分与相邻的两个齿轮副4啮合，通过将中间的齿轮副4向下运动使得中间的齿轮副4完全与相邻的两个齿轮副4啮合，以实现对传动的调整；异常特征信息的异常特征为齿轮副4异常(该异常为齿轮箱1内部异常)，齿轮副4异常反映齿轮副4的齿轮磨损情况，异常特征数据库内还包括内部齿轮副4磨损或膨胀的第二预设基准区间(齿轮副4为正常状态下运作时会有一个正常的扭矩区间)；

齿轮副4上设有同轴转动的从动锥齿6，齿轮箱1内还设有调节结构7，调节结构7包括第一执行器71、调节锥齿72、调节齿73、调节齿板74以及连杆75，调节锥齿72和调节齿73分别转动套设在第一执行器71的驱动端上，连杆75一端与调节齿板74连接，另一端通过轴承与相邻齿轮副4的转轴连接，当传动特征大于第一预设基准区间的最大阈值时或小于第一预设基准区间的最小阈值时，异常执行策略包括第一执行器71同时驱动调节锥齿72和调节齿73运动，以使调节锥齿72与从动齿啮合，且调节齿73与调节齿板74啮合，调节的原理：当需要调节时，用具停止运作，第一执行器71将调节锥齿72推向与从动锥齿6相互啮合，此时调节齿73同时推向调节齿板74且与调节齿板74啮合，用具运作，齿轮副4转动带动从动锥齿6转动一定距离，调节锥齿72带动第一执行器71的输出端转动(此处第一执行器71的输出端可以转动，结构可以是由轴承或者轴套21实现)，调节齿73转动带动调节齿板74上下运动，调节齿板74运动带动该齿轮副4上下运动实现该齿轮副4的调节(本段中的齿轮副4为图2中从左往右数的第二个齿轮副4)。

如图4所示，每个齿轮副4一侧分别设有修正结构8，修正结构8包括锉削刀81、拨杆82、修正齿83以及第二执行器84，齿轮箱1内底部设有滑槽和移动槽，锉削刀81滑动位于滑槽内，滑槽内还设有用于提供锉削刀81一个复位力的压簧，拨杆82一端位于锉削刀81上表面，另一端位于修正齿83的齿槽内，修正齿83滑动位于移动槽内，第二执行器84的驱动端通过轴承与修正齿83的转轴连接；

当传动特征大于第一预设基准区间的最大阈值时(说明齿轮副4啮合是扭矩过大，则齿轮副4的齿出现膨胀的现象，需要进行锉削)，则异常执行策略包括第二执行器84驱动修正齿83运动，以使修正齿83与锉削对象相邻的齿轮副4啮合，齿轮副4转动驱动修正齿83转动以使所述锉削刀81锉削膨胀齿；修正原理：当某个齿轮副4的磨损点定位后，齿轮副4将该磨损点转动至锉削刀81前侧，用具停止运作，第二执行器84将修正齿83向前推动至与相邻一个齿轮副4啮合，用具运作该齿轮副4转动，带动修正齿83转动，此时修正齿83能够推动拨杆82向前侧运动，锉削刀81向前锉削齿槽突起部分，第二执行器84将修正齿83拉回，锉削刀81在压簧的复位力下复位，其效果为通过修正结构8能够快速的将锁定的磨损点转至锉削刀81前侧，锉削刀81能够准确快速的将池槽内突起的部分锉削下，避免齿轮在啮合时出现啮合不全面，导致传动效率变低。

如图1所示，异常特征信息的异常特征还包括齿轮温度异常，齿轮温度异常反映齿轮副4的各个工作场景下的温度值，异常特征数据库内还包括内部齿轮副4的预设温度区间；每个所述检测模块5还均包括红外线传感器，采集控制器还包括收集模块103，收集模块103获取红外线传感器检测到的齿轮实际温度信息，根据实际温度信息与预设温度区间相比，若实际温度信息位于预设温度区间内，则向用具发出继续使用信号，若实际温度信息大于预设温度区间的最大阈值时，则向用具发出高温警报信号。

异常特征信息的异常特征还包括电流电压异常，电流电压异常反映内部齿轮副4传动异常或外部刀盘组碰撞异常时电机的电流电压值，驱动轴22的电机处设于电流表和电压表，采集控制器还包括绘制模块104，绘制模块104获取电流表检测到的电流值和电压表检测到的电压值进行绘制得到电流线和电压线；异常分析模块102包括异常分析子模块105，异常分析子模块105获取绘制模块104中的电流线和电压线，根据电流线和电压线分析线段趋势，若电流线和电压线的呈向上突骤的趋势，则向用具发出阻碍警报信号，若电流线和电压线的呈水平或波形，则向用具发出正常工作信号。

如图5和图6所示，刀盘组包括键套181和若干个刀片182，若干个刀片182均固定套设在键套181上，延伸至齿轮箱1外的转轴包括花键部191和颈部192，颈部192直径小于花键部191直径，键套181配合套设在花键部191上，键套181的上端和下端均设有转动轴承193，转动轴承193的内轴承与键套181固定连接，退刀结构9包括第三执行器91、退刀锥齿92、退刀齿93、退刀齿板94以及推杆95，退刀锥齿92和退刀齿93分别转动套设在第三执行器91的驱动端上，推杆95一端与调节齿板74连接，另一端穿过齿轮箱1且延伸至齿轮箱1外，当用具接收到高温警报信号或/和阻碍警报信号时，则向用具发出退刀信号或停机信号，若为退刀信号，异常执行策略包括第三执行器91同时驱动退刀锥齿92和退刀齿93运动，以使退刀锥齿92与从动齿啮合，且调节齿73与退刀齿板94啮合，齿板的运动带动推杆95顶压转动轴承193的外轴承，以使刀盘组从花键部191推至颈部192脱离该齿轮副4的转轴，若为停机信号，则用具停止运作，等待冷却降温；退刀原理：当需要退刀时，刀片182转动速度慢，受阻过大，则第三执行器91将退刀锥齿92推向与齿轮副4上的从动锥齿6相互啮合(该段中的齿轮副4在图2中显示的是从左侧往右侧数第一个齿轮副4)，此时退刀齿93同时推向退刀齿板94且与退刀齿板94啮合，齿轮副4转动带动从动锥齿6转动一定距离，退刀锥齿92带动第三执行器91的输出端转动(此处第三执行器91的输出端可以转动，结构可以是由轴承或者轴套21实现)，退刀齿93转动带动退刀齿板94上下运动，退刀齿板94运动推杆95上下运动实现顶起刀盘组中转动轴承193的外轴承，即键套181脱离花键部191至颈部192，其作用是通过对齿轮副4的温度进行检测，再与用具数据库中的安全温度进行比较，以判断齿轮箱1内各个齿轮的温度，或通过对输入部2的电机进行电流电压的检测，再分析电流或电压是否出现突骤性的变化，其目的是能够通过齿轮温度的判断或电机的电流电压判断得到齿轮副4外设置刀盘组的刀片182是否出现卡住的现象，若某一组刀片182下方的齿轮温度过高又或者电机的电流和电压突骤性的变化，则通过退刀结构9能够快速将该组刀片182脱离转轴，避免齿轮出现崩坏的现象，提高了用具的安全性。

如图1所示，异常特征数据库内还包括刀片寿命信息，刀片寿命信息反映刀具碰撞物体场景以及对应的次数，采集控制器还包括记录模块106，记录模块106获取异常分析模块102中的刀盘工作场景，根据刀盘工作场景中刀片182碰撞的情景依次进行分类记录得到刀具信息，根据刀具信息与刀片寿命信息进行比较，若刀片信息中的任意一项碰撞物体场景的次数达到刀片182寿命信息中的碰撞物体场景次数的阈值，则向用具发出更换刀片信号，其作用是通过阻碍波形与异常特征数据库中的反馈波形图进行配对，以实现对刀具碰撞场景的分析，再通过记录后与用具数据库中的刀具寿命信息比较，可以得到其中任意一组刀片182的使用情况和寿命情况，便于用户判断刀片182的真实情况。

采集控制器还包括无线模块107，无线模块107分别获取异常物波形、实际温度信息、电流线和电压线，根据异常物波形、实际温度信息、电流线和电压线分别与异常特征信息关联且上传至互联网，以实现互联网与数据库的联动及数据交换，且还能够根据实际检测的传动波形以及各个数据值进行存储，再与数据库中对应的值进行比较修正，调整配置权重值。

以上仅是本发明的优选实施方式，本发明的保护范围并不仅局限于上述实施例，凡属于本发明思路下的技术方案均属于本发明的保护范围。应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理前提下的若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本发明的保护范围。

Claims (9)

1.一种基于数据采集的齿轮箱管理系统，其特征在于：包括齿轮箱(1)以及采集控制器，所述齿轮箱(1)上包括有输入部(2)和若干个输出部(3)，所述齿轮箱(1)内包括有齿轮组，所述输入部(2)通过齿轮组与输出部(3)传动连接，所述齿轮组包括至少三个齿轮副(4)，相邻两个齿轮副(4)相互啮合，每一齿轮副(4)对应设置有一检测模块(5)，每一检测模块(5)包括角度检测单元以及扭矩检测单元，所述角度检测单元用于检测所述齿轮副(4)所处的角度并输出对应的角度信息，所述扭矩检测单元用于检测对应所述齿轮副(4)受到的扭矩并输出对应的扭矩信息；

所述采集控制器包括波形生成模块(101)以及异常分析模块(102)；

所述波形生成模块(101)，分别耦接每一角度检测单元以及扭矩检测单元，并根据角度信息以及对应的扭矩信息生成传动波形；

所述异常分析模块(102)，连接所述波形生成模块(101)，用于比对不同的传动波形，并根据比对结果生成传动特征，所述异常分析模块(102)还连接异常特征数据库，所述异常特征数据库存储有若干异常特征信息，所述异常特征信息包括异常特征以及对应的异常执行策略，所述异常分析模块(102)根据异常特征与传动特征的匹配结果调取所述异常特征数据库中对应的异常执行策略；

所述异常特征信息的异常特征为阻碍物异常，所述阻碍物异常反映用具在不同工作场景下对应的齿轮副(4)反馈波形，所述异常特征数据库内还包括用具与阻碍物碰撞的第一预设基准区间；

所述输入部(2)包括轴套(21)、驱动轴(22)以及输入齿(23)，所述输入齿(23)与相邻的齿轮副(4)啮合，所述输入齿(23)的转轴上设有插槽(24)，所述插槽(24)内侧壁上设有可伸缩的限位销(25)，所述限位销(25)的上表面为用于引导驱动端插入的斜面，所述驱动轴(22)一端与外部驱动源连接，另一端延伸至轴套(21)内且插设在插槽(24)内，位于插槽(24)内的驱动轴(22)外表面一圈设有与限位销(25)配合的销槽(26)，所述销槽(26)内设有用于驱动限位销(25)脱离销槽(26)的电磁组件(27)，与输入齿(23)啮合的齿轮副(4)转轴向齿轮箱(1)外延伸，位于齿轮箱(1)外的齿轮副(4)转轴上还设有刀盘组；

当所述传动特征大于第一预设基准区间的最大阈值时，所述异常执行策略包括驱动轴(22)脱离输入齿(23)，所述波形生成模块(101)获取对应齿轮副(4)的角度信息以及对应的扭矩信息，根据该角度信息以及对应的扭矩信息生成阻碍波形，将所述阻碍波形在异常特征数据库中索引对应的齿轮副(4)反馈波形作为异常物波形，根据异常物波形在异常特征数据库中索引对应的刀盘工作场景。

2.根据权利要求1所述一种基于数据采集的齿轮箱管理系统，其特征在于：所述异常特征信息的异常特征为齿轮副(4)异常，所述齿轮副(4)异常反映齿轮副(4)的齿轮磨损情况，所述异常特征数据库内还包括内部齿轮副(4)磨损或膨胀的第二预设基准区间；

所述齿轮副(4)上设有同轴转动的从动锥齿(6)，所述齿轮箱(1)内还设有调节结构(7)，包括第一执行器(71)、调节锥齿(72)、调节齿(73)、调节齿板（74）以及连杆(75)，所述调节锥齿(72)和调节齿(73)分别转动套设在第一执行器(71)的驱动端上，所述连杆(75)一端与调节齿(73)板连接，另一端通过轴承与相邻齿轮副(4)的转轴连接；

当所述传动特征大于第二预设基准区间的最大阈值时或小于第二预设基准区间的最小阈值时，所述异常执行策略包括第一执行器(71)同时驱动调节锥齿(72)和调节齿(73)运动，以使所述调节锥齿(72)与从动锥齿(6)啮合，且所述调节齿(73)与调节齿板（74）啮合，齿轮副(4)在竖直方向上运动，以使调整该齿轮副(4)与相邻两个齿轮副(4)之间的吃进量。

3.根据权利要求1所述一种基于数据采集的齿轮箱管理系统，其特征在于：每个所述齿轮副(4)一侧分别设有修正结构(8)，所述修正结构(8)包括锉削刀(81)、拨杆(82)、修正齿(83)以及第二执行器(84)，所述齿轮箱(1)内底部设有滑槽和移动槽，所述锉削刀(81)滑动位于滑槽内，所述滑槽内还设有用于提供锉削刀(81)一个复位力的压簧，所述拨杆(82)一端位于锉削刀(81)上表面，另一端位于修正齿(83)的齿槽内，所述修正齿(83)滑动位于移动槽内，所述第二执行器(84)的驱动端通过轴承与修正齿(83)的转轴连接；

当所述传动特征大于第一预设基准区间的最大阈值时，所述异常执行策略包括第二执行器(84)驱动修正齿(83)运动，以使所述修正齿(83)与锉削对象相邻的齿轮副(4)啮合，齿轮副(4)转动驱动修正齿(83)转动以使所述锉削刀(81)锉削膨胀齿。

4.根据权利要求1所述一种基于数据采集的齿轮箱管理系统，其特征在于：所述异常特征信息的异常特征还包括齿轮温度异常，所述齿轮温度异常反映齿轮副(4)的各个工作场景下的温度值，所述异常特征数据库内还包括内部齿轮副(4)的预设温度区间；

每个所述检测模块(5)还包括红外线传感器，所述采集控制器还包括收集模块(103)，所述收集模块(103)获取红外线传感器检测到的齿轮副(4)的实际温度信息，根据实际温度信息与预设温度区间相比，若实际温度信息位于预设温度区间内，则向用具发出继续使用信号，若实际温度信息大于预设温度区间的最大阈值时，则向用具发出高温警报信号。

5.根据权利要求1所述一种基于数据采集的齿轮箱管理系统，其特征在于：所述异常特征信息的异常特征还包括电流电压异常，所述电流电压异常反映内部齿轮副(4)传动异常或外部刀盘组碰撞异常时电机的电流电压值，所述驱动轴(22)的电机处设于电流表和电压表，所述采集控制器还包括绘制模块(104)，所述绘制模块(104)获取电流表检测到的电流值和电压表检测到的电压值进行绘制得到电流线和电压线。

6.根据权利要求5所述一种基于数据采集的齿轮箱管理系统，其特征在于：所述异常分析模块(102)包括异常分析子模块(105)，所述异常分析子模块(105)获取绘制模块(104)中的电流线和电压线，根据所述电流线和电压线分析线段趋势，若电流线和电压线的呈向上突骤的趋势，则向用具发出阻碍警报信号，若电流线和电压线的呈水平或波形，则向用具发出正常工作信号。

7.根据权利要求4或6所述一种基于数据采集的齿轮箱管理系统，其特征在于：所述刀盘组包括键套(181)和若干个刀片(182)，若干个刀片(182)均固定套设在键套(181)上，延伸至齿轮箱(1)外的转轴包括花键部(191)和颈部(192)，所述颈部(192)直径小于花键部(191)直径，所述键套(181)配合套设在花键部(191)上，所述键套(181)的上端和下端均设有转动轴承(193)，所述转动轴承(193)的内轴承与键套(181)固定连接，所述齿轮箱(1)内还设有退刀结构(9)，所述退刀结构(9)包括第三执行器(91)、退刀锥齿(92)、退刀齿(93)、退刀齿板（94）以及推杆(95)，所述退刀锥齿(92)和退刀齿(93)分别转动套设在第三执行器(91)的驱动端上，所述推杆(95)一端与调节齿(73)板连接，另一端穿过齿轮箱(1)且延伸至齿轮箱(1)外；

当用具接收到高温警报信号或阻碍警报信号时，所述异常执行策略包括第三执行器(91)同时驱动退刀锥齿(92)和退刀齿(93)运动，以使所述退刀锥齿(92)与从动齿啮合，且所述调节齿(73)与退刀齿(93)板啮合，所述退刀齿板（94）的运动带动推杆(95)顶压转动轴承(193)的外轴承，以使刀盘组从花键部(191)推至颈部(192)脱离该齿轮副(4)的转轴。

8.根据权利要求1所述一种基于数据采集的齿轮箱管理系统，其特征在于：所述异常特征数据库内还包括刀片寿命信息，所述刀片寿命信息反映刀片(182)碰撞物体场景以及对应的次数，所述采集控制器还包括记录模块(106)，所述记录模块(106)获取异常分析模块(102)中的刀盘工作场景，根据刀盘工作场景中刀片(182)碰撞的情景依次进行分类记录得到刀具信息，根据刀具信息与刀片寿命信息进行比较，若刀具信息中的任意一项碰撞物体场景的次数达到刀片寿命信息中的碰撞物体场景次数的阈值，则向用具发出更换刀片信号。

9.根据权利要求7所述一种基于数据采集的齿轮箱管理系统，其特征在于：所述采集控制器还包括无线模块(107)，所述无线模块(107)分别获取异常物波形、实际温度信息、电流线和电压线，根据异常物波形、实际温度信息、电流线和电压线分别与异常特征信息关联且上传至互联网。

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