CN202732337U

CN202732337U - 齿轮油泵齿面磨损故障诊断装置

Info

Publication number: CN202732337U
Application number: CN 201220388760
Authority: CN
Inventors: 东权; 苏锦涛; 刘东宏; 王帅
Original assignee: Xuzhou Heavy Machinery Co Ltd
Current assignee: Xuzhou Heavy Machinery Co Ltd
Priority date: 2012-08-08
Filing date: 2012-08-08
Publication date: 2013-02-13
Anticipated expiration: 2022-08-08

Abstract

本实用新型涉及一种齿轮油泵齿面磨损故障诊断装置，齿轮油泵通过取力轴与动力单元连接，故障诊断装置包括：被测部件噪声传感器；干扰噪声传感器；与噪声传感器相连的信号采集器；齿面磨损故障参数数据库；分别与信号采集器和齿面磨损故障参数数据库相连的电控单元；电控单元包括：从数据库读取齿面磨损故障参数，并对信号采集器采集到的噪声信号进行处理以及进行齿面磨损故障参数匹配的信号处理及参数匹配模块；根据确定的齿面磨损故障而执行告警操作的告警模块。本实用新型利用齿面磨损故障所对应的与噪声信号有关的参数特征作为齿面磨损故障的诊断依据，不需对油泵内部进行直接测量，可实现精确的齿面磨损故障诊断。

Description

齿轮油泵齿面磨损故障诊断装置

技术领域

本实用新型涉及故障诊断技术，尤其涉及一种齿轮油泵齿面磨损故障诊断装置。

背景技术

对于工程起重机的液压泵的驱动形式来说，工程起重机的液压泵（例如单联齿轮油泵或多联齿轮油泵）由其他动力单元（例如马达）驱动运转，四联齿轮油泵通过固定装置与取力轴连接。当需要油泵作业时，将取力轴挂接在四联齿轮油泵上，由取力轴驱动四联齿轮油泵工作，并通过离合器的结合和断开来控制四联齿轮油泵的工作情况。动力单元具有外部的壳体，动力单元还具有在远离取力轴的一端设置的散热机构。

齿轮油泵在高速运转时可能会产生因齿面碰撞所形成的噪声，这种噪声经查主要是由于泵内齿轮出现磨损而导致的，但由于齿面磨损发生在油泵内部，无法直接测量，目前只能凭操作人员通过经验听泵的运转噪声进行故障判断。而齿面磨损可能由各种制造误差，例如齿轮表面粗糙度、齿形误差以及热处理变形等因素引起，故障模式复杂，因此仅靠人耳倾听进行故障模式的判断精确度较低。

实用新型内容

本实用新型的目的是提出一种齿轮油泵齿面磨损故障诊断装置，能够较精确的对齿轮油泵的齿面磨损故障进行诊断。

为实现上述目的，本实用新型提供了一种齿轮油泵齿面磨损故障诊断装置，所述齿轮油泵通过取力轴与动力单元连接，其中所述齿轮油泵齿面磨损故障诊断装置包括：

布置在所述齿轮油泵周围的被测部件噪声传感器；

布置在所述动力单元周围的干扰噪声传感器；

分别与所述被测部件噪声传感器和干扰噪声传感器相连的信号采集器；

记录预先测定的齿面磨损故障参数的齿面磨损故障参数数据库；

分别与所述信号采集器和齿面磨损故障参数数据库相连的电控单元；

所述电控单元包括：

从所述齿面磨损故障参数数据库读取齿面磨损故障参数，并对所述信号采集器采集到的噪声信号进行处理以及进行齿面磨损故障参数匹配的信号处理及参数匹配模块；

根据确定的齿面磨损故障而执行告警操作的告警模块。

进一步的，所述干扰噪声传感器包括设置在所述动力单元的散热机构周围的动力单元散热噪声传感器和设置在所述取力轴周围的取力轴噪声传感器。

进一步的，所述电控单元还包括：

故障测试模块，通过去除干扰噪声处理以及故障频率分析确定齿面磨损噪声信号、对应的齿面磨损噪声频率、声压级以及响度级，并作为齿面磨损故障参数存入所述齿面磨损故障参数数据库。

进一步的，在所述动力单元、齿轮油泵和取力轴之间设置有吸声隔板或吸声棉。

基于上述技术方案，本实用新型对齿轮油泵及动力单元周围的噪声进行监测，并根据监测到的噪声信号进行处理，以便与预存到齿面磨损故障参数数据库中的齿面磨损故障参数进行匹配，以确定当前工作过程中是否出现齿面磨损故障。本实用新型利用齿面磨损故障所对应的与噪声信号有关的参数特征作为齿面磨损故障的诊断依据，不需要对油泵内部进行直接测量，实现精确的齿面磨损故障诊断。

附图说明

此处所说明的附图用来提供对本实用新型的进一步理解，构成本申请的一部分，本实用新型的示意性实施例及其说明用于解释本实用新型，并不构成对本实用新型的不当限定。在附图中：

图1为本实用新型齿轮油泵齿面磨损故障诊断装置的一实施例的结构示意图。

图2为本实用新型齿轮油泵齿面磨损故障诊断装置实施例的工作模式下故障诊断流程示意图。

图3为本实用新型齿轮油泵齿面磨损故障诊断装置实施例的故障测试模式下的流程示意图。

具体实施方式

下面通过附图和实施例，对本实用新型的技术方案做进一步的详细描述。

如图1所示，为本实用新型齿轮油泵齿面磨损故障诊断装置的一实施例的结构示意图。在本实施例中，齿轮油泵3通过取力轴2与动力单元1连接，其中动力单元1具有散热机构7。齿轮油泵齿面磨损故障诊断装置包括多个传感器，其中齿轮油泵3作为被测部件，布置在齿轮油泵3周围的噪声传感器被称为被测部件噪声传感器s1，而其他布置在动力单元周围的噪声传感器，由于采集的是相比于齿轮油泵3的噪声之外的干扰噪声，因此在本文内被称为干扰噪声传感器。

在一个具体实施例中，干扰噪声传感器可以包括设置在动力单元1的散热机构7周围的动力单元散热噪声传感器s2和设置在取力轴2周围的取力轴噪声传感器s3（如图1所示）。

噪声传感器一般要设置在待测部件本身的一定距离（例如30cm、35cm、40cm等）的位置，而且尽量避开外界风向，而不能直接贴在待测部件上。

上面所介绍的这些传感器构成了本实用新型齿轮油泵齿面磨损模式故障诊断装置的信号采集系统，设计人员可以根据实际需要对其中的传感器所处位置、传感器类型、传感器个数等进行适应性调整，以满足不同类型设备、不同工况下的故障诊断需要。

这些信号都会通过信号采集器4汇总起来，从图1中可以看到被测部件噪声传感器s1和干扰噪声传感器（例如图1中的动力单元散热噪声传感器s2和取力轴噪声传感器s3）所监测的噪声信号都输入到了信号采集器4。

本实用新型故障诊断装置除了传感器和信号采集器之外，还包括齿面磨损故障参数数据库和电控单元，其中齿面磨损故障参数数据库用来记录预先测定的齿面磨损故障参数，而电控单元包括信号处理及参数匹配模块和告警模块。信号处理及参数匹配模块可以从齿面磨损故障参数数据库读取齿面磨损故障参数，并对信号采集器采集到的噪声信号进行处理以及进行齿面磨损故障参数匹配。告警模块可以根据确定的齿面磨损故障而执行告警操作。

在硬件实现上，图1给出了一种实现形式，电控处理板5集成了齿面磨损故障参数数据库和信号处理及参数匹配模块的功能，而告警处理板6负责告警模块的功能。告警处理板6可以通过声、光等报警形式提醒操作人员，又或者通过有线/无线的方式传送报警信息到系统平台或操作人员的终端上进行通知。

为了使齿面磨损故障的诊断更精确，其齿面磨损故障参数数据库中的齿面磨损故障参数应该比较典型，能够体现出齿面磨损下噪声相关参数的实际情况，为了能够得到这样的齿面磨损故障参数，在本实用新型齿轮油泵齿面磨损故障诊断装置的另一实施例中，可以在电控单元中增设故障测试模块，该故障测试模块可以过去除干扰噪声处理以及故障频率分析确定齿面磨损噪声信号、对应的齿面磨损噪声频率、声压级以及响度级（具体处理和计算过程参见后文中的故障诊断流程），并将获得的上述数值作为齿面磨损故障参数存入所述齿面磨损故障参数数据库。

无论是故障测试模式还是工作模式，噪音传感器很容易受到被测部件周围的其他噪声的影响，进而给测量信号带来一定的干扰，为了尽量降低这一干扰，可以在动力单元1、齿轮油泵3和取力轴2之间设置吸声隔板或吸声棉（图中未示出）。

下面基于前面所述的各种齿轮油泵齿面磨损故障诊断装置的实施例对工作模式下的故障诊断流程进行说明。

如图2所示，为本实用新型齿轮油泵齿面磨损故障诊断装置实施例的工作模式下故障诊断流程示意图。在该流程图中，故障诊断流程包括：

步骤101、在所述齿轮油泵的工作模式下，电控单元接收信号采集器从被测部件噪声传感器和干扰噪声传感器采集到的噪声信号；

步骤102、所述电控单元对接收到的噪声信号进行去除干扰噪声信号处理；

步骤103、所述电控单元对经去除干扰噪声信号处理的噪声信号进行故障频率分析，确定所述齿轮油泵实际的噪声信号所对应的噪声频率、声压级和响度级；

步骤104、所述电控单元从齿面磨损故障参数数据库读取齿面磨损故障参数，并将所述齿面磨损故障参数与确定的声压级和响度级进行匹配；

步骤105、确定是否发生齿面磨损故障，如果确定出现齿面磨损，则执行步骤106，否则返回步骤101；

步骤106、如果确定出现齿面磨损故障，则执行告警操作。

在故障诊断过程中，信号采集器所采集到的噪声信号中混杂着齿轮油泵自身所产生的噪声信号和动力单元的散热装置以及取力轴所产生的噪声信号，其中动力单元的散热装置以及取力轴所产生的噪声信号作为干扰噪声信号需要在后续的分析中去除，以增加故障诊断的精确度。

步骤102中的去除干扰噪声信号处理操作可以包括以下步骤：对接收到的噪声信号进行傅立叶变换，获得对应的噪声频率图；根据预先确定的所述动力单元的散热机构、所述取力轴和所述齿轮油泵分别对应的频率阶次在所述噪声频率图中确定干扰噪声所对应的峰值，并根据确定的峰值进行干扰噪声信号的去除，获得齿轮油泵的实际噪声信号。

动力单元的散热机构、取力轴和齿轮油泵均属于旋转机械，根据旋转机械故障频率法，这些部件所产生的噪声频率均与基轴的转速有关，对于齿轮油泵来说，带动齿轮油泵的取力轴作为基轴，其对应的噪声频率为1×（1阶），而带有齿的旋转机构的噪声频率为基轴转速与齿数的乘积，在图1中，齿轮油泵的齿轮具有10个齿，因此对应的噪声频率为10×（10阶），而散热机构具有12个齿，对应的噪声频率为12×（12阶），这样就确定了动力单元的散热机构、取力轴和齿轮油泵分别对应的频率阶次（参见图1各箭头所示）。

不同的频率阶次的噪声信号在噪声频谱图中对应于不同的频率峰值，举例来说，动力单元的转速为2100rpm，而该转速下齿轮油泵的噪声频率为350Hz，对应到频谱图上，则在350Hz的位置有一个峰值，而由于该噪声信号中掺入了动力单元自身所产生的干扰噪声，而这种噪声信号对应到频谱图中其所产生的噪声频率在70Hz的位置有一个小的峰值，因此可以根据预先确定的频率阶次将70Hz所对应的噪声信号去除，获得去除了干扰噪声信号的体现齿轮油泵实际的噪声信号。

接下来利用故障频率分析方法（包括阶次跟踪、傅立叶变换以及旋转机械故障频率法）来确定齿轮油泵实际的噪声信号所对应的噪声频率、声压级和响度级，其中前面已经提到了噪声频率可以由旋转机械故障频率法以及傅立叶变换得到频谱图来确定，而声压级可由根据噪声信号确定的被测声压与预设的基准声压的比值确定，例如公式：

L_p=20lg（p/p₀)

其中，L_p为声压级，p为被测声压，p₀为基准声压。

而响度级可由噪声信号对应的响度级由噪声信号对应的噪声频率和声压级结合等响度曲线确定，其中响度S与响度级Ls的关系如以下公式：

S=2^(Ls-40)/10。

在确定齿轮油泵实际的噪声信号所对应的噪声频率、声压级和响度级后，电控单元可以从齿面磨损故障参数数据库读取齿面磨损故障参数，并将齿面磨损故障参数与确定的声压级和响度级进行匹配，以此来确定当前是否发生了齿面磨损故障，如果确定出现齿面磨损故障，则执行告警操作，否则继续监测噪声信号。

如图3所示，为本实用新型齿轮油泵齿面磨损故障诊断装置实施例的故障测试模式下的流程示意图。在本流程图中，故障测试模式下的流程包括：

步骤201、在所述齿轮油泵的故障测试模式下，电控单元接收信号采集器从被测部件噪声传感器、动力单元散热噪声传感器以及取力轴噪声传感器采集到的噪声信号；

步骤202、所述电控单元根据接收到的噪声信号以及预先确定的所述动力单元的散热机构、所述取力轴和所述齿轮油泵分别对应的频率阶次进行去除干扰噪声信号处理；

步骤203、所述电控单元对经去除干扰噪声信号处理的齿面磨损噪声信号进行故障频率分析，确定所述齿轮油泵的齿面磨损噪声信号所对应的齿面磨损噪声频率、声压级和响度级；

步骤204、所述电控单元将所述齿面磨损噪声信号、对应的齿面磨损噪声频率、声压级和响度级作为齿面磨损故障参数存入所述齿面磨损故障参数数据库。

在故障测试模式下，应选择已确定发生齿面磨损的齿轮油泵设备进行故障测试，在布置好传感器和隔音设施后，启动设备，信号采集器开始采集噪声信号。

在这一过程中，去除干扰噪声信号处理的操作包括：对接收到的噪声信号进行傅立叶变换，获得对应的噪声频率图；根据预先确定的所述动力单元的散热机构、所述取力轴和所述齿轮油泵分别对应的频率阶次在所述噪声频率图中确定干扰噪声所对应的峰值，并根据确定的峰值进行干扰噪声信号的去除，获得齿轮油泵的实际噪声信号，也就是齿面磨损噪声信号。

在去除干扰噪声信号后，得到经去除干扰噪声信号处理的齿面磨损噪声信号，再通过故障频率分析，可以确定齿轮油泵的齿面磨损噪声信号所对应的齿面磨损噪声频率、声压级和响度级，其中齿面磨损噪声信号对应的声压级可由根据所述齿面磨损噪声信号确定的被测声压与预设的基准声压的比值确定；所述齿面磨损噪声信号对应的响度级可由所述齿面磨损噪声信号对应的齿面磨损噪声频率和声压级结合等响度曲线确定。

在确定了齿面磨损噪声信号、对应的齿面磨损噪声频率、声压级和响度级等信息后，电控单元可以将齿面磨损噪声信号、对应的齿面磨损噪声频率、声压级和响度级作为齿面磨损故障参数存入齿面磨损故障参数数据库，以备工作模式下诊断齿面磨损故障使用。

通过前面所介绍的本实用新型的齿轮油泵齿面磨损故障诊断装置的实施例，可以看出本实用新型利用齿面磨损故障所对应的与噪声信号有关的参数特征作为齿面磨损故障的诊断依据，不需要对油泵内部进行直接测量，可以实现精确的齿面磨损故障诊断。

最后应当说明的是:以上实施例仅用以说明本实用新型的技术方案而非对其限制；尽管参照较佳实施例对本实用新型进行了详细的说明，所属领域的普通技术人员应当理解：依然可以对本实用新型的具体实施方式进行修改或者对部分技术特征进行等同替换；而不脱离本实用新型技术方案的精神，其均应涵盖在本实用新型请求保护的技术方案范围当中。

Claims

1.一种齿轮油泵齿面磨损故障诊断装置，所述齿轮油泵通过取力轴与动力单元连接，其特征在于，所述齿轮油泵齿面磨损故障诊断装置包括：

布置在所述齿轮油泵周围的被测部件噪声传感器；

布置在所述动力单元周围的干扰噪声传感器；

所述电控单元包括：

根据确定的齿面磨损故障而执行告警操作的告警模块。

2.根据权利要求1所述的齿轮油泵齿面磨损故障诊断装置，其特征在于，所述干扰噪声传感器包括设置在所述动力单元的散热机构周围的动力单元散热噪声传感器和设置在所述取力轴周围的取力轴噪声传感器。

3.根据权利要求1所述的齿轮油泵齿面磨损故障诊断装置，其特征在于，所述电控单元还包括：

4.根据权利要求1~3任一所述的齿轮油泵齿面磨损故障诊断装置，其特征在于，在所述动力单元、齿轮油泵和取力轴之间设置有吸声隔板或吸声棉。