[发明专利]一种基于频谱分析的多轴系机械传动系统质量评估方法及装置

说明书

本发明涉及一种基于频谱分析的多轴系机械传动系统质量评估方法，可应用于大中型多轴系机械传动系统的出厂检测或维修后的产品质量分级，本发明属于机械设备状态监测与故障诊断领域。针对传统检测方法在多级机械传动设备质量评估和出厂分级中应用的不足，提出一种基于频谱分析的多轴系机械传动系统质量评估方法，该方法可有效、准确识别多级传动产生的复合信号中的故障特征信息。同时，建立一定的特征比对和异常分级方法，用于多级机械传动设备的整体质量评估。

技术领域

本发明属于机械设备状态监测与故障诊断领域。涉及一种利用频域分析技术对机械传动系统进行质量评估的方法，可应用于大中型多轴系机械传动系统的出厂检测或维修后的产品质量分级。

背景技术

采煤机、掘进机等作为综采成套装备的主要设备，是集电气、液压、机械为一体的大型复杂系统，会在恶劣环境中长时间连续作业，如出现故障只能返厂维修，导致整个采煤工作的中断，造成巨大的经济损失。同时，此类重型复杂系统缺乏可靠的出厂质量检测方法，仅通过实验台加载来监测温升和异响，依靠人力重复拆装排查故障，导致无法准确确定故障位置和类型，严重影响产品出厂分级和维修进度。

近些年，机械设备的状态监测和故障诊断技术得到飞速发展，常见的检测方法有振动法、特征分析法、声学法、超声波探伤法等，采用故障诊断技术进行大型复杂设备的质量评估成为发展趋势。

对于机械设备的故障诊断，最为有效的方法之一是采用振动法，即通过传感器采集关键部件位置处的振动信号，利用时频变换得到频谱或功率谱，进而从谱中查找故障信息。然而机械设备类型繁多，出现的故障也多种多样，故障特征频率既可能为周转部件的转频又可能为以啮合频率/转频为中心频率的边频带。尤其对于采煤机、掘进机等多轴系机械设备，主要由多个定轴系或行星轮系组成，轴系通常包括轴、齿轮和轴承三种部件。故障信息经多级机械传动系统传递后，频谱中的信号多为部件间和轴系间的复合故障信号，故障特征频率所处位置及能量分布难以确定，需凭借操作人员根据经验对频谱进行多次局部放大查找并比对特征频率值。其弊端可归类为如下几点：1）有可能遗漏某些故障特征频率；2）多个故障特征频率值较为接近时，无法有效分辨；3）故障成分所携带能量远小于所在频带能量，造成故障特征频率易淹没于频谱中，使得此类故障无法有效识别。因此，传统检测方法无法有效应用于多级机械传动设备的质量评估和出厂分级。

发明内容

本发明的目的在于针对传统检测方法在多级机械传动设备质量评估和出厂分级中应用的不足，提出一种基于频谱分析的多轴系机械传动系统质量评估方法，该方法可有效、准确识别多级传动产生的复合信号中的故障特征信息。同时，建立一定的特征比对和异常分级方法，用于多级机械传动设备的整体质量评估。

为实现上述目的，本发明的技术方案如下：

一种基于频谱分析的多轴系机械传动系统质量评估方法，对采集的振动信号进行频域变换，并对变换后的数据进行峭度分析，进而对机械传动系统进行质量评估，包括以下步骤：

步骤1，采集多级机械传动设备各轴系处的振动信号；

步骤2，提取单个轴系的振动信号，并将提取的单个轴系振动信号进行频谱或功率谱变换，将时域信号转换成频域信号；

步骤3，依据啮合频率或转频结合设定的频率容差计算截断信号区间，将步骤2的频域信号进行截断；

步骤4，对步骤3的截断信号进行归一化，并计算归一化后的各个信号区间的峭度值；

步骤5，判断步骤4计算的各个区间峭度值是否超过阈值，如果超过阈值，则认定其对应谱线为有效的边频分量或倍频分量，则将该边频分量或倍频分量加入倍频/边频分量集，则进行步骤6；如果峭度值没有超过阈值则，认定其对应谱线不是有效边频分量或倍频分量，则执行步骤8；