CN115371987A - 一种精度监测分析系统及大功率高精度齿轮箱 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种精度监测分析系统及大功率高精度齿轮箱，包括：信息采集模块，信息采集模块用于监测齿轮箱工作状态参数；信息采集模块连接有转换模块，转换模块用于根据齿轮箱工作状态参数建立分析模型；转换模块连接有精度分析模块，精度分析模块用于根据分析模型对齿轮精度进行进一步判断分析；通过信息采集模块对齿轮箱的实时运动状态进行监测，并根据运动状态和额定功率确定工作状态，从而得到齿轮箱的实际工作效果和状态参数，便于根据实际情况进行分析；通过转换模块将齿轮箱的动态参数和静态参数转换为便于分析的分析模型并传递到精度分析模块，使得精度分析模块的模型可以根据齿轮箱的具体参数进行适应性改变，提高分析的泛用性。

Description

一种精度监测分析系统及大功率高精度齿轮箱

技术领域

本发明涉及大功率高精度齿轮箱的精度监测分析技术领域，尤其涉及一种精度监测分析系统及大功率高精度齿轮箱。

背景技术

核能已成为人类使用的重要能源，核电是电力工业的重要组成部分，由于核电是一种技术成熟的清洁能源，不造成对大气的污染排放，以核电替代部分煤电不但可以减少煤炭的开采、运输和燃烧总量，而且是电力工业减排污染的重要途径。核电厂需要泵组所配备齿轮箱存在传递功率大、可靠性要求高等技术特点，长期运行容易出现齿轮齿面剥落、疲劳断齿等情况，对于核电厂重要泵组如循环水泵，如发生齿轮箱失效的问题容易导致机组降功率甚至停机，造成重要经济损失。 齿轮箱产品的质量对机械产品有着重大的影响。但是现有技术中对于大功率齿轮箱精度监测分析较为困难，精度监测分析结果不够准确。

例如，一种在中国专利文献上公开的“基于改进的WPA-BP神经网络的齿轮箱故障诊断装置及其方法”，其公告号：CN108918137A，公开了包括采集齿轮箱各工况状态下的实验数据，获取各工况下的特征值指标数据，并分为训练样本和测试样本；建立BP神经网络；设定神经网络参数及改进的WPA寻优参数；针对训练样本，利用改进的WPA寻优方法对神经网络的权值和阈值进行优化训练；但是该方案仅考虑对模型进行训练以达到减少误差，没有对于分析过程进行优化。

发明内容

为了解决现有技术中大功率齿轮箱精度分析效果不好的问题，本发明提供一种精度监测分析系统及大功率高精度齿轮箱，能够实时监测齿轮箱的工作状态，根据工作状态对故障及精度进行多次分析，结合故障因子和工作状态对运行精度进行分析。

为了实现上述目的，本发明提供如下技术方案：

一种精度监测分析系统，包括：信息采集模块，信息采集模块用于监测齿轮箱工作状态参数；信息采集模块连接有转换模块，转换模块用于根据齿轮箱工作状态参数建立分析模型；转换模块连接有精度分析模块，精度分析模块用于根据分析模型对齿轮精度进行进一步判断分析。信息采集模块设置于齿轮箱传动结构处，信息采集模块和转换模块通信连接，转换模块电连接有精度分析模块；通过信息采集模块对齿轮箱的实时运动状态进行监测， 并根据运动状态和额定功率确定工作状态，从而得到齿轮箱的实际工作效果和状态参数，便于根据实际情况进行分析；通过转换模块将齿轮箱的动态参数和静态参数转换为便于分析的分析模型并传递到精度分析模块，使得精度分析模块的模型可以根据齿轮箱的具体参数进行适应性改变，提高分析的泛用性；同时精度分析模块对齿轮箱先后进行故障分析和精度分析，实现齿轮箱的准确分析。

作为优选的，精度分析模块包括第一判断模块，第一判断模块用于根据转换模块的分析模型判断故障，并输出故障因子；第一判断模块连接有第二判断模块，第二判断模块根据故障判断结果对齿轮箱运行状态进行评价；第二判断模块连接有第三判断模块，第三判断模块用于根据故障因子和运行状态评价分析精度。通过第一判断模块对齿轮箱进行故障判断，包括根据多个信息采集模块的检测点进行故障分析，确定故障位置和故障类型，根据故障位置和故障类型的重要程度参数和系统影响参数输出故障因子，实现对齿轮箱故障的大小和影响进行评估；通过第二判断模块得到齿轮箱的运行评价，从而得到齿轮箱的运行评估值；通过第三判断模块对齿轮箱故障评估和运行评估值进行精度分析，确定故障和运行对精度值的影响，得到齿轮箱实际精度评估。

作为优选的，转换模块包括第一模型和第二模型，第一模型用于将齿轮箱特征点和工作状态参数对应到同一数据集中；第二模型用于根据数据集建立等效分析模型，等效分析模型的建立包括将齿轮箱结构转换为多个替换图形的组合。通过第一模型将信息采集模块的多个检测点作为特征点和工作状态对应，再通过第二模型根据对应数据集建立等效分析模型，实现将齿轮箱的实时参数对应转换为分析模型参数。

作为优选的，第一判断模块的判断故障包括根据分析模型进行振动分析，振动分析包括进行固有频率计算及模态分析计算振动信号；根据振动信号和齿轮箱特征点建立第一函数，得到第一函数曲线图，对第一曲线图中振动信号进行分类截取，并根据特征点位置不同拟合不同的故障因子。第一曲线图的横坐标为特征点，第一曲线图的纵坐标为振动信号，拟合故障因子时取特征点位置及相邻位置的振动信号求加权平均数，将加权平均数和特征点位置拟合为向量；通过对齿轮箱不同位置的振动判断故障因子，实现对齿轮箱不同位置的故障判断。

作为优选的，第二判断模块的评价包括对故障因子进行分类，对不同分类的故障因子设定不同的第一评价指标，根据运行状态设定第二评价指标，第一评价指标和第二评价指标分别赋权组合得到运行状态评价。通过对故障因子和运行状态分别设定评价指标，组合评价运行状态。

作为优选的，第三判断模块的分析精度包括将运行状态评价和故障因子组合为精度指标，根据故障因子划分精度评分值，对不同的故障因子从低到高依次赋予精度评分值，通过判断精度指标所在的精度评分值区间确定精度等级。根据组合评价的运行状态和故障因子确定精度指标，表示在这一故障情况下精度影响值，通过对故障因子从低到高排序确定不同大小故障因子的精度影响情况，实现对每个位置每个大小的故障因子确定精度影响状况。

作为优选的，信息采集模块包括多个温度传感器和多个压力控制阀多个温度传感器分别用于采集轴承温度和进油口的油温，多个温度传感器均连接于处理器；处理器与多个压力控制阀连接，压力控制阀用于采集润滑系统的压力信号；处理器用于控制润滑系统中冷却水的流量。通过轴承温度和齿轮箱进油口的油温来调整润滑系统中冷却水的流量，以达到对齿轮箱温升的控制，确保齿轮箱在启动前、运行中和停机后的一段时间内有充足的供油，处理器根据压力信号来控制油泵电机和主电机的启停，以满足高可靠性要求。

一种大功率高精度齿轮箱，包括输入轴，输入轴连接有太阳轮，太阳轮连接有信心轮，行星轮连接有行星架，行星架连接有输出轴，输入轴和浮动齿套之间设有齿式挡板，输入轴与齿式挡板通过花键连接，齿式挡板与输入轴花键齿错位一个齿并固设于输入轴上，浮动齿套悬挂在齿式挡板上。输入轴通过加长齿式联轴器与电动机连接，输入轴下侧末端通过浮动齿套与太阳轮上侧末端连接，太阳轮外侧浮动带动多个行星轮，行星轮远离输入轴一侧连接有内齿轮，内齿轮固定于齿轮箱支撑盘；行星轮下侧末端连接有行星架，行星架下侧连接有输出轴，输出轴与行星架通过渐开线花键连接。结构紧凑、体积较小、重量轻，轴向尺寸较小，径向尺寸较大，便于同轴立式安装，能满足大载荷、高精度的要求。减少输入轴和浮动齿套在垂直放置的状态下的轴向、径向推力，提高该处可靠性和安全性。

还包括润滑系统，润滑系统包括喷淋润滑部，喷淋润滑部连接有转换机构，转换机构与供油管道连接，供油管道连接有水冷部；包括上盖，喷淋润滑部包括喷淋管，上盖内壁圆周阵列布置多个加强筋，加强筋上设有U型槽，喷淋管位于U型槽内，U型槽设有锁块，锁块与喷淋管连接。喷淋润滑部包括供油口，供油口与转换机构连接，转换机构与供油管道连接，水冷部包括依次布置的进水口和出水口；供油管道位于水冷部后依次设有排污口和回油口。润滑与冷却是齿轮箱安全运行的必要条件，能满足同轴立式齿轮箱的润滑，同时满足齿轮箱正反运转的要求，提高可靠性。转换机构包括在供油管道上交错布置的四个单向阀。喷淋管为环形喷淋管，在工作时供油压力产生的供油波动影响下，U型槽能将供油波动带来的振动和振动引起的撞击噪声吸收，锁块能将喷淋管固定在U型槽内，从而抵抗供油波动。

本发明具有如下优点：

（1）通过信息采集模块对齿轮箱的实时运动状态进行监测， 并根据运动状态和额定功率确定工作状态，从而得到齿轮箱的实际工作效果和状态参数，便于根据实际情况进行分析；通过转换模块将齿轮箱的动态参数和静态参数转换为便于分析的分析模型并传递到精度分析模块，使得精度分析模块的模型可以根据齿轮箱的具体参数进行适应性改变，提高分析的泛用性；同时精度分析模块对齿轮箱先后进行故障分析和精度分析，实现齿轮箱的准确分析；（2）根据组合评价的运行状态和故障因子确定精度指标，表示在这一故障情况下精度影响值，通过对故障因子从低到高排序确定不同大小故障因子的精度影响情况，实现对每个位置每个大小的故障因子确定精度影响状况。

附图说明

下面描述中的附图仅仅是示例性的，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，还可以根据提供的附图引伸获得其它的实施附图。

图1是本发明中系统结构示意图。

图2是本发明中大功率高精度齿轮箱的结构示意图。

图3是本发明中输入轴与浮动齿套处结构示意图。

图4是本发明中润滑系统结构示意图。

图5是本发明中转换机构的结构示意图。

图中：1-输入轴；2-浮动齿套；3-太阳轮；4-内齿轮；5-行星轮；6-行星架；7-输出轴；8-供油口；9-进水口；10-出水口；11-排污口；12-回油口；13-单向阀；14-信息采集模块；15-转换模块；16-精度分析模块。

具体实施方式

以下由特定的具体实施例说明本发明的实施方式，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。

如图1所示，在一个较佳的实施例中，本发明公开了一种精度监测分析系统，包括：信息采集模块14，信息采集模块用于监测齿轮箱工作状态参数；信息采集模块14连接有转换模块15，转换模块用于根据齿轮箱工作状态参数建立分析模型；转换模块15连接有精度分析模块16，精度分析模块用于根据分析模型对齿轮精度进行进一步判断分析。信息采集模块设置于齿轮箱传动结构处，信息采集模块和转换模块通信连接，转换模块电连接有精度分析模块；通过信息采集模块对齿轮箱的实时运动状态进行监测，并根据运动状态和额定功率确定工作状态，从而得到齿轮箱的实际工作效果和状态参数，便于根据实际情况进行分析；通过转换模块将齿轮箱的动态参数和静态参数转换为便于分析的分析模型并传递到精度分析模块。

在使用时，齿轮箱工作后，信息采集模块对不同检测点的齿轮箱运动状态进行监测，同时采集齿轮箱的标定运动数据，确定运动状态与预计状态差多少实现工作状态的确定；将工作状态和运动状态文件发送到转换模块，转换模块同时获取齿轮箱物理参数，采用平移扭转耦合模型等模型建立等效分析模型，精度分析模块同时获取等效分析模型、工作状态及运动状态文件，根据内部逻辑对精度进行判断，将判断结果输出至通信连接或电连接的监控中心。

精度分析模块包括第一判断模块，第一判断模块用于根据转换模块的分析模型判断故障，并输出故障因子；第一判断模块连接有第二判断模块，第二判断模块根据故障判断结果对齿轮箱运行状态进行评价；第二判断模块连接有第三判断模块，第三判断模块用于根据故障因子和运行状态评价分析精度。通过第一判断模块对齿轮箱进行故障判断，包括根据多个信息采集模块的检测点进行故障分析，确定故障位置和故障类型，根据故障位置和故障类型的重要程度参数和系统影响参数输出故障因子，实现对齿轮箱故障的大小和影响进行评估；通过第二判断模块得到齿轮箱的运行评价，从而得到齿轮箱的运行评估值；通过第三判断模块对齿轮箱故障评估和运行评估值进行精度分析，确定故障和运行对精度值的影响，得到齿轮箱实际精度评估。第一判断模块的判断故障包括根据分析模型进行振动分析，振动分析包括进行固有频率计算及模态分析计算振动信号；根据振动信号和齿轮箱特征点建立第一函数，得到第一函数曲线图，对第一曲线图中振动信号进行分类截取，并根据特征点位置不同拟合不同的故障因子。第一曲线图的横坐标为特征点，第一曲线图的纵坐标为振动信号，拟合故障因子时取特征点位置及相邻位置的振动信号求加权平均数，将加权平均数和特征点位置拟合为向量； 第二判断模块的评价包括对故障因子进行分类，对不同分类的故障因子设定不同的第一评价指标，根据运行状态设定第二评价指标，第一评价指标和第二评价指标分别赋权组合得到运行状态评价。第三判断模块的分析精度包括将运行状态评价和故障因子组合为精度指标，根据故障因子划分精度评分值，对不同的故障因子从低到高依次赋予精度评分值。根据组合评价的运行状态和故障因子确定精度指标，表示在这一故障情况下精度影响值。

在使用时，信息采集模块的数据先通过第一判断模块根据内部逻辑进行分析，第一判断模块将内部分析结果发送到第二判断模块后，第二判断模块再次从信息采集模块获取需要数据进行综合判断，第二判断模块将分析数据发送到第三判断模块后，第三判断模块再次从信息采集模块获取需要数据进行精度分析，第三判断模块根据内部逻辑判断精度后，将精度等级发送到监控中心，从而得到故障分析结果对当前运行状态的精度影响。

转换模块包括第一模型和第二模型，第一模型用于将齿轮箱特征点和工作状态参数对应到同一数据集中；第二模型用于根据数据集建立等效分析模型，等效分析模型的建立包括将齿轮箱结构转换为多个替换图形的组合。通过第一模型将信息采集模块的多个检测点作为特征点和工作状态对应，再通过第二模型根据对应数据集建立等效分析模型，实现将齿轮箱的实时参数对应转换为分析模型参数。

包括监测与控制模块，监测与控制模块包括多个温度传感器和多个压力控制阀，多个温度传感器分别用于采集轴承温度和进油口的油温，多个温度传感器均连接于处理器；处理器与多个压力控制阀连接，压力控制阀用于采集润滑系统的压力信号；处理器用于控制润滑系统中冷却水的流量。在使用时，处理器接收到温度传感器发送的温度信号后对冷却部进行控制，通过调节冷却水的流量控制冷却功率；处理器接收到压力控制阀的压力控制信号后对润滑系统的油液流量进行控制，通过调节润滑油液的流量来保证启动前、运行中及停机后的润滑。

如图2-5所示，在第二个实施例中，本方案公开了一种大功率高精度齿轮箱，包括：输入轴1，输入轴1连接有太阳轮3，太阳轮3连接有行星轮5，行星轮5连接有行星架6，行星架6连接有输出轴7；输入轴1与太阳轮3之间连接有浮动齿套2。输入轴通过加长齿式联轴器与电动机连接，输入轴下侧末端通过浮动齿套与太阳轮上侧末端连接，太阳轮外侧浮动带动多个行星轮，行星轮远离输入轴一侧连接有内齿轮4，内齿轮4固定于齿轮箱支撑盘；行星轮下侧末端连接有行星架，行星架下侧连接有输出轴，输出轴与行星架通过渐开线花键连接。在使用时，电动机通过加长齿式联轴器驱动输入轴，输入轴与太阳轮由浮动齿套相连，太阳轮浮动带动四个行星轮，内齿轮固定，行星架输出，输出轴与行星架由渐开线花键连接，从而实现输出轴的输出。

输入轴和浮动齿套之间设有齿式挡板，输入轴与齿式挡板通过花键连接，齿式挡板与输入轴花键齿错位一个齿并固设于输入轴上，浮动齿套悬挂在齿式挡板上。在使用时，避免在垂直放置状态下受到自重的重量和浮动状态下产生的径向、轴向推力。

还包括润滑系统，润滑系统包括喷淋润滑部，喷淋润滑部连接有转换机构，转换机构与供油管道连接，供油管道连接有水冷部。喷淋润滑部包括供油口8，供油口8与转换机构连接，转换机构与供油管道连接，水冷部包括依次布置的进水口9和出水口10；供油管道位于水冷部后依次设有排污口11和回油口12。

在使用时，润滑油通过回油口进入润滑系统，并通过排污口将过滤出去的杂污排出，通过供油口再次进入循环润滑，其间通过水冷部水冷降温，水冷部的进水口和出水口分别用于冷却液的循环流入流出，通过水冷降温减少齿轮箱的热损耗功率。对水泵主电机与电动油泵分别供电，同股哟齿轮箱自身传递动力的机械驱动油泵进行供油。

包括上盖，喷淋润滑部包括喷淋管，上盖内壁圆周阵列布置多个加强筋，加强筋上设有U型槽，喷淋管位于U型槽内，U型槽设有锁块，锁块与喷淋管连接。喷淋管为环形喷淋管。

在使用时，供油波动使得喷淋管产生振动，进而使得喷淋管对其固定部位产生撞击发出噪声和振动，U型槽通过与喷淋管贴合的开口吸收喷淋管的振动，同时锁块将喷淋管固定，阻止了喷淋管的振动，防止了供油波动引起的喷淋管振动撞击噪声。

虽然，上文中已经用一般性说明及具体实施例对本发明作了详尽的描述，但在本发明基础上，可以对之作一些修改或改进，这对本领域技术人员而言是显而易见的。因此，在不偏离本发明精神的基础上所做的这些修改或改进，均属于本发明要求保护的范围。

Claims (9)

1.一种精度监测分析系统，其特征在于，包括：信息采集模块，所述的信息采集模块用于监测齿轮箱工作状态参数；所述的信息采集模块连接有转换模块，所述的转换模块用于根据齿轮箱工作状态参数建立分析模型；所述的转换模块连接有精度分析模块，所述的精度分析模块用于根据分析模型对齿轮精度进行进一步判断分析。

2.根据权利要求1所述的一种精度监测分析系统，其特征在于，所述的精度分析模块包括第一判断模块，所述的第一判断模块用于根据转换模块的分析模型判断故障，并输出故障因子；所述的第一判断模块连接有第二判断模块，所述的第二判断模块根据故障判断结果对齿轮箱运行状态进行评价；所述的第二判断模块连接有第三判断模块，所述的第三判断模块用于根据故障因子和运行状态评价分析精度。

3.根据权利要求1所述的一种精度监测分析系统，其特征在于，所述的转换模块包括第一模型和第二模型，所述的第一模型用于将齿轮箱特征点和工作状态参数对应到同一数据集中；所述的第二模型用于根据数据集建立等效分析模型，所述的等效分析模型的建立包括将齿轮箱结构转换为多个替换图形的组合。

4.根据权利要求2或3所述的一种精度监测分析系统，其特征在于，所述的第一判断模块的判断故障包括根据分析模型进行振动分析，所述的振动分析包括进行固有频率计算及模态分析计算振动信号；根据振动信号和齿轮箱特征点建立第一函数，得到第一函数曲线图，对第一曲线图中振动信号进行分类截取，并根据特征点位置不同拟合不同的故障因子。

5.根据权利要求4所述的一种精度监测分析系统，其特征在于，所述的第二判断模块的评价包括对故障因子进行分类，对不同分类的故障因子设定不同的第一评价指标，根据所述的运行状态设定第二评价指标，所述的第一评价指标和所述的第二评价指标分别赋权组合得到运行状态评价。

6.根据权利要求3所述的一种精度监测分析系统，其特征在于，所述的第三判断模块的分析精度包括将运行状态评价和故障因子组合为精度指标，根据所述的故障因子划分精度评分值，对不同的故障因子从低到高依次赋予精度评分值，通过判断精度指标所在的精度评分值区间确定精度等级。

7.根据权利要求1所述的一种精度监测分析系统，其特征在于，所述的信息采集模块包括多个温度传感器和多个压力控制阀多个温度传感器分别用于采集轴承温度和进油口的油温，多个温度传感器均连接于处理器；处理器与多个压力控制阀连接，压力控制阀用于采集润滑系统的压力信号；处理器用于控制润滑系统中冷却水的流量。

8.一种大功率高精度齿轮箱，适用于如权利要求1至7任一项所述的一种精度监测分析系统，其特征在于，包括输入轴，输入轴连接有太阳轮，太阳轮连接有信心轮，行星轮连接有行星架，行星架连接有输出轴，输入轴和浮动齿套之间设有齿式挡板，输入轴与齿式挡板通过花键连接，齿式挡板与输入轴花键齿错位一个齿并固设于输入轴上，浮动齿套悬挂在齿式挡板上。

9.根据权利要求8所述的一种大功率高精度齿轮箱，其特征在于，还包括润滑系统，润滑系统包括喷淋润滑部，喷淋润滑部连接有转换机构，转换机构与供油管道连接，供油管道连接有水冷部；包括上盖，喷淋润滑部包括喷淋管，上盖内壁圆周阵列布置多个加强筋，加强筋上设有U型槽，喷淋管位于U型槽内，U型槽设有锁块，锁块与喷淋管连接。

Images