[发明专利]一种传动轴损伤检测方法及检测装置

说明书

一种传动轴损伤检测方法及检测装置。先用涡流位移传感器非接触测量传动轴四路振动信号，进而提出随机减量增强经验模式分解方法，提取四路信号的共振频率并取平均，得到损伤传动轴频率，作为基于有限元模型的损伤诊断数据库的输入，最后利用粒子群方法定量诊断出传动轴损伤。本发明方法及基于DSP芯片的四通道传动轴检测装置能克服传动轴检测环境噪声的影响，适合于传动轴实际运行条件；不需人为参与能够自动识诊断出传动轴损伤引起的频率变化；并能自动地诊断出传动轴损伤位置和严重程度。

技术领域

本发明属于机械结构故障诊断技术领域，涉及一种传动轴损伤检测方法及检测装置。

背景技术

目前，随着国家经济的飞速发展，社会对机械装备的需求日益扩大。作为机械装备关键核心部件传动轴，其损伤问题导致的安全事故时有发生。究其原因，机械装备中传动轴普遍缺乏必要的损伤快速检测方法与装置是主要原因之一。就机械装备而言，由于工作条件恶劣，致使传动轴承受很大的冲击负荷与随机激励，极易出现由疲劳破坏引起的损伤故障。若能及时准确识别传动轴损伤程度，必将能够为传动轴智能维修提供技术支持，提高机械装备整体运行安全性和可靠性，避免恶性事故。

近30年来，基于结构振动信息的主轴、梁板等结构裂纹识别技术已经引起了工程结构裂纹识别领域研究者的广泛关注，包括无模型(英文Non Model-Based)的方法和有模型(英文Model-Based)的方法两大类。基于模型的方法是新近发展起来的一种具有诱人应用前景的方法，如：基于小波有限元模型，结合经验模态分析和频率等高线的转轴裂纹定量识别方法。该方法通过正、反问题相结合，可定量识别出主轴结构裂纹存在位置和程度，并在实验室研究中取得了较好的效果。然而，针对工作条件恶劣、环境振动噪声大、并且运行中的机械装备传动轴损伤快速检测装置，目前由于缺乏适用的方法而未见报道。

发明内容

为解决上述技术问题，本发明提供一种传动轴损伤检测方法及检测装置。

本发明的技术方案是：一种传动轴损伤检测方法，包含以下步骤：

1)利用随机减量增强经验模式分解方法，分别提取传感器P_m测量得到的四路振动信号的第一阶平均本征模式分量d₁(t)的随机减量信号d₁(τ)，并通过快速傅里叶变换(FFT)，得到损伤传动轴五阶固有频率然后对四组频率取平均，得到损伤传动轴五阶平均固有频率其中m＝1、2、3、4；

2)构建损伤诊断数据库：其中F_j为相对损伤程度α和相对损伤位置β的函数表达式，H为转轴损伤发生程度，L为转轴长度，D为转轴直径，α＝H/D，β＝L₁/L，并以步骤1)中获得的损伤传动轴五阶平均固有频率为输入，构建粒子群方法优化模型：为有限元模型计算得到的损伤结构前五阶固有频率；

3)利用α＝H/D，从损伤诊断数据库中定量诊断出传动轴损伤相对损伤程度α和相对损伤位置β，并通过α＝H/D和β＝L₁/L得到损伤位置和发生程度的实际尺寸。

所述随机减量增强经验模式分解方法的步骤如下：

a、添加噪声水平为N_l的白噪声n_i(t)(i＝1,2,…,q)至原始信号序列x(t)，第一阶本征模式分量由获得，其中q表示平均次数，为第一阶残余分量；

b、以不同的白噪声n_i(t)通过重复分解q次，并对其取平均：

其中，d₁(t)表示第一阶平均本征模式分量：

r₁(t)为第一阶平均残余分量：