[发明专利]基于编码器多位转角信号的齿轮故障检测方法

说明书

技术领域

本发明属于机械设备状态检测与监测技术领域，具体涉及一种利用编码器多位转角信号对传动系统中齿轮运行故障进行检测的方法。

背景技术

齿轮箱系统作为机械设备中最普遍、最重要的部件之一，其运行状态将对整个设备的使用性能起到决定性的作用。对齿轮箱系统进行运行状态的识别，是保障机械设备安全运行的基础，在风力发电机组、高速运载工具中、大型矿山机械等设备中表现的极其重要。发现齿轮箱系统的早期故障能够有效地提高机械设备的运行能力。在目前常用的检测诊断方法中，基于振动信号分析的齿轮箱系统故障特征方法被广泛应用在设备故障检测与监测中，主要是对振动信号从时域、频域分析中来判断运行状态并识别故障。但振动信号属于间接信号，对运行轴的运行信息难以准确反映，并且需要专业知识的人员进行分析操作。而作为诊断流程中的重要环节，合理有效的检测信息能够准确反映机械设备的运行状态，结合相关的处理方法将会进一步提高对设备零部件的运行状态识别能力。目前基于振动分析的齿轮箱系统状态分析方法计算复杂，识别故障准确率低。开发一些新的信息获取方法，依然是一个迫切需要解决的问题。

现有的基于振动信息采集分析方法存在以下不足：振动信号的信噪比低，故障的识别率低；振动信号中包含的运行轴信息量少，且需要现场安装传感器；正常和故障状态齿轮箱系统的振动频谱中，往往既有调幅也有调频成分，频率成分复杂，限制了诊断分析。

发明内容

为了克服上述现有技术的缺点，本发明提供了一种基于编码器多位转角信号的齿轮故障检测方法，这种方法具有快速、准确识别运行故障的特点。高的识别率能够改善目前对齿轮运行故障的判别能力。

为了达到上述目的，本发明所采用的技术方案是：

基于编码器多位转角信号的齿轮故障检测方法，包括以下步骤：

1)安装轴角编码器来提取齿轮箱系统的运行状态信号，安装方式分为两种，一是在齿轮箱的输入轴和输出轴分别安装编码器，称之为双轴编码器信息获取方式；二是仅在齿轮箱的输出轴安装编码器，称之为输出单轴编码器信息获取方式；

2)通过编码器采集齿轮箱系统轴角编码器转角信号x_i(n)，n为采样点数，i为信号编号，转角信号实时辨识齿轮箱系统的运行状态，并提供其动态运行特征参数；

3)对转角信号x_i(n)进行预处理，即将采集的信号进行去均值处理：

Xi(n)=xi(n)-xi‾(n)---(1)]]>

式中：X_i(n)为预处理后的信号；x_i(n)为原始信号；为原始信号均值；

4)寻找转角信号中方波周期的参考点，首先在预处理后的编码器转角信号X_i(n)中寻找过零点，即满足式(2)条件的点，然后将满足条件的X_i(n)或者X_i(n+1)点设为方波周期计算的参考点O_i(n)，n为参考点的个数，i为信号的编号，

X_i(n)*X_i(n+1)＜0，n＝1，2，…，N；(2)

式中：X_i(n)为预处理后的信号，n代表预处理后的信号点数；

5)统计信号中的每个方波周期时序长度，每个方波的周期T包括了3个参考点，分别取O_i(n)，n＝1，3，5…，N-1为每个方波的起点,取O_i(n)，n＝3，5，7…，N为方波的终点，从起点到终点为一个方波信号；