CN205607641U - 一种模拟采煤机摇臂传动系统在线故障诊断装置 - Google Patents
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Abstract
本实用新型公开了一种模拟采煤机摇臂传动系统在线故障诊断装置，包括调速电机、二级定轴减速器、二级行星减速器、磁粉制动器、数据采集仪，所述调速电机的输出轴、二级定轴减速器、二级行星减速器、磁粉制动器通过联轴器依次连接；所述二级定轴减速器和二级行星减速器上均布置有振动传感器和声音传感器；所有的振动传感器和声音传感器均电气连接于所述数据采集仪，所述数据采集仪通讯连接于上位机。本实用新型可以模拟实际采煤机摇臂齿轮箱可能出现的运行状态，采集振动传感器和声音传感器所监测到的信号，将其传输至上位机监测、诊断系统，实现齿轮故障的快速在线诊断。
Description
技术领域
本实用新型涉及煤矿机械领域，特别是涉及一种模拟采煤机摇臂传动系统在线故障诊断装置。
背景技术
能源是人类社会进步发展的重要物质基础，煤炭作为我国的主体能源，在我国经济社会发展中占有举足轻重的地位。煤炭行业“十二五”规划中提到：我国计划新开工煤矿建设规模为7.4亿t/a，到2015年煤炭生产能力完成41亿t，产量控制在39亿t。形成10个亿吨级、10个5000万吨级大型煤炭企业，全国煤矿采煤机械化程度达到75％以上。因此，煤炭工业生产向着集团化、安全化、自动化方向发展是大势所趋。这就迫切要求煤矿机电设备具有高可靠性和良好的动态特性。《国家中长期科学和技术发展规划纲要》明确提出要重点研究煤矿等生产事故的监测、预警、预防技术。而综采设备是采煤工业的发展趋势，同时也是现代化矿井建设的根本途径，具有高产高效、安全、劳动强度低和经济效益好的潜在优势。电牵引采煤机作为综采生产过程中的关键设备，是一个集机械、电气和液压三部分为一体的大型复杂系统。然而其工作环境十分复杂，工作过程中会时常受到来自煤、岩石等的巨大冲击，同时还受到粉尘、水雾等其他方面的污染，因此电牵引采煤机故障时有发生，摇臂是电牵引采煤机故障的主要发生位置，近年来，采煤机摇臂齿轮箱故障占采煤机总体故障率的34.2％。因此，统计分析采煤机摇臂故障现象，分析故障产生原因，实现摇臂齿轮箱故障在线诊断，对于提高摇臂可靠性，提高采煤机开机率，促进综采工作面均衡生产等方面，均具有重要意义。
然而，摇臂之中的行星齿轮传动系统是典型的复杂系统，其振动响应也因此而比传统的定轴齿轮传动变得更为复杂，发生的故障也具有其特殊性。因此，传统的定轴齿轮故障模拟试验台并不能用于行星齿轮的故障模拟，而现有的行星齿轮故障模拟试验台与采煤机摇臂的传动系统结构仍有一定区别，不适合针对采煤机摇臂进行故障模拟。同时，现有的针对采煤机摇臂的故障诊断多是以离线形式进行的，不具备实时性，因此并不能很好的对摇臂进行在线监测与诊断，工业应用性较差。
实用新型内容
针对现有技术的不足，本实用新型旨在提供一种模拟采煤机摇臂传动系统在线故障诊断装置，实现模拟采煤机摇臂传动系统的不同运行状态，获取实际工况中难以获得实验数据，实现传动系统的快速故障诊断，实时显示传动系统的运行状态。
为了实现上述目的，本实用新型采用如下技术方案：
一种模拟采煤机摇臂传动系统在线故障诊断装置，包括调速电机、二级定轴减速器、二级行星减速器、磁粉制动器、数据采集仪，所述调速电机的输出轴、二级定轴减速器、二级行星减速器、磁粉制动器通过联轴器依次连接；所述二级定轴减速器和二级行星减速器上均布置有振动传感器和声音传感器；所有的振动传感器和声音传感器均电气连接于所述数据采集仪，所述数据采集仪通讯连接于上位机。
作为一种优选方案，所述二级定轴减速器上布置有两个振动传感器和一个声音传感器，两个振动传感器分别布置于二级定轴减速器的顶面和侧面。
作为一种优选方案，所述二级行星减速器上布置有两个振动传感器和一个声音传感器，其中，两个振动传感器分别布置于二级行星减速器的顶面和侧面。
作为进一步的优选方案，所述二级定轴减速器上的声音传感器通过非接触式的方式进行设置。
作为进一步的优选方案，所述二级行星减速器上的声音传感器通过非接触式的方式进行设置。
作为一种优选方案，所述数据采集仪通过以太网交换机与所述上位机相连接。
作为一种优选方案，所述上位机包括数据分析处理单元、存储单元和报警单元，所述报警单元和存储单元均连接于所述数据分析处理单元。
本实用新型的有益效果在于：
(1)本实用新型将声音传感器引入到采煤机摇臂齿轮故障诊断之中，为摇臂故障诊断提供了新的思路；
(2)通过设置上位机通讯连接于数据采集仪，可实现实时的判断出传动系统的故障和报警。
附图说明
图1为本实用新型的总体架构示意图。
具体实施方式
以下将结合附图对本实用新型作进一步的描述，需要说明的是，本实施例以本技术方案为前提，给出了详细的实施方式和具体的操作过程，但本实用新型的保护范围并不限于本实施例。
如图1所示，一种模拟采煤机摇臂传动系统在线故障诊断装置，包括调速电机1、二级定轴减速器3、二级行星减速器7、磁粉制动器11，所述调速电机1通过第一联轴器2与二级定轴减速器3连接，二级定轴减速器3通过第二联轴器15与二级行星减速器7连接，二级行星减速器7通过第三联轴器16与磁粉制动器11连接。
二级定轴减速器3上布置有两个振动传感器和一个声音传感器，分别为第一振动传感器4、第二振动传感器5、第一声音传感器6，其中，第一振动传感器4和第二振动传感器5分别布置于二级定轴减速器3的侧面和顶面；第一声音传感器6通过非接触式的方式安装于二级定轴减速器3附近。
二级行星减速器7上布置有两个振动传感器和一个声音传感器，分别为第三振动传感器8、第四振动传感器9、第二声音传感器10，其中，第三振动传感器8、第四振动传感器9分别布置于二级行星减速器7的侧面和顶面；第二声音传感器10通过非接触式的方式安装于二级行星减速器7附近。
第一振动传感器4、第二振动传感器5、第一声音传感器6、第三振动传感器8、第四振动传感器9、第二声音传感器10均连接数据采集仪12，数据采集仪12用以采集所有振动传感器和声音传感器所监测到的信号，并与以太网交换机13连接，以太网交换机13与上位机14相连接。
其中，调速电机1用于模拟采煤机摇臂高速输入轴的转速变化；二级定轴减速器3用于模拟采煤机摇臂高速轴端的定轴减速环节；二级行星减速器7用于模拟采煤机摇臂低速轴端的行星减速环节；磁粉制动器11用于模拟采煤机截割煤岩时的负载；第一振动传感器4、第二振动传感器5用于采集二级定轴减速器3不同振动方向上的信号，第三振动传感器8、第四振动传感器9用于采集二级行星减速器7不同振动方向上的信号；第一声音传感器6和第二声音传感器10则分别用以采集二级定轴减速器3和二级行星减速器7的声音信号。
二级定轴减速器内设置的齿轮故障可以是断齿、少齿、齿面点蚀与磨损或齿根裂纹等，二级行星减速器内设置的故障可以是二级太阳轮、行星轮或内齿圈的断齿、少齿、齿面点蚀与磨损或齿根裂纹等。二级定轴减速器和二级行星减速器除了可以模拟齿轮正常与常见故障以外，还可以模拟齿轮的不同退化状态，也可以用以采集齿轮的全寿命数据，进而可以实现齿轮的状态评估与寿命预测。
振动传感器和声音传感器测量的信号通过数据采集仪进行采集并通过以太网交换机传输至上位机，进行检测和诊断。
上位机采用VC++编程，具有通过数据分析处理单元对振动信号进行监测与分析、实现齿轮快速故障诊断、实时显示传动系统状态，和通过报警单元进行报警等功能，还可以将相关数据存储至存储单元。
使用时，启动各部分，上位机接收二级定轴减速器和二级行星减速器不同方向上的振动信号以及声音信号，然后对信号进行功率谱分析，得到其功率谱波形，然后对信号进行FFT，得到其频谱波形。其后，对信号的脉冲因子、峰值监测和峭度因子进行监测，再通过EMD排列熵分析和支持向量机实现齿轮的故障诊断。
通过EMD排列熵分析和支持向量机实现齿轮的故障诊断具体为：对采集的原始振动信号和声音信号进行EMD分解，分别得到多个IMF分量，再求取每个IMF分量的排列熵，齿轮箱振动异常时，信号频率成分变得更加复杂，IMF分量的熵值也会发生相应改变，因此将得到的多个IMF排列熵构成特征向量，然而，同时提取振动信号和声音信号的排列熵特征会造成特征维数过大的问题，因此利用LTSA算法对提取的高维特征进行维数约简处理并得到具有区分能力的低维特征，最终，使用支持向量机作为分类器，将得到的特征向量作为输入样本，进行故障类型识别并得到识别结果。如果诊断结果为故障，则系统会提示报警。
本实用新型是一种模拟采煤机摇臂传动系统在线故障诊断装置，可以设置齿轮的不同故障形式，以及不同的退化状态，可以模拟实际采煤机摇臂齿轮箱可能出现的运行状态，通过数据采集仪采集振动传感器和声音传感器所监测到的信号，利用以太网交换机将其传输至上位机，该系统具有数据存储、对振动信号进行监测与分析、实现齿轮快速故障诊断、实时显示传动系统状态以及报警等功能。
对于本领域的技术人员来说，可以根据以上的技术方案和构思，作出各种相应的改变和变形，而所有的这些改变和变形都应该包括在本实用新型权利要求的保护范围之内。
Claims (7)
1.一种模拟采煤机摇臂传动系统在线故障诊断装置，其特征在于，包括调速电机、二级定轴减速器、二级行星减速器、磁粉制动器、数据采集仪，所述调速电机的输出轴、二级定轴减速器、二级行星减速器、磁粉制动器通过联轴器依次连接；所述二级定轴减速器和二级行星减速器上均布置有振动传感器和声音传感器；所有的振动传感器和声音传感器均电气连接于所述数据采集仪，所述数据采集仪通讯连接于上位机。
2.如权利要求1所述的模拟采煤机摇臂传动系统在线故障诊断装置，其特征在于：所述二级定轴减速器上布置有两个振动传感器和一个声音传感器，两个振动传感器分别布置于二级定轴减速器的顶面和侧面。
3.如权利要求1所述的模拟采煤机摇臂传动系统在线故障诊断装置，其特征在于：所述二级行星减速器上布置有两个振动传感器和一个声音传感器，其中，两个振动传感器分别布置于二级行星减速器的顶面和侧面。
4.如权利要求1或2任一所述的模拟采煤机摇臂传动系统在线故障诊断装置，其特征在于：所述二级定轴减速器上的声音传感器通过非接触式的方式进行设置。
5.根据权利要求1或3任一所述的模拟采煤机摇臂传动系统在线故障诊断装置，其特征在于：所述二级行星减速器上的声音传感器通过非接触式的方式进行设置。
6.根据权利要求1所述的模拟采煤机摇臂传动系统在线故障诊断装置，其特征在于：所述数据采集仪通过以太网交换机与所述上位机相连接。
7.根据权利要求1所述的模拟采煤机摇臂传动系统在线故障诊断装置，其特征在于：所述上位机包括数据分析处理单元、存储单元和报警单元，所述报警单元和存储单元均连接于所述数据分析处理单元。
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