5 雙環(huán)減速器故障特征故障模式及專家領(lǐng)域知識(shí)庫(kù)
5.1 引言
雙環(huán)減速器是一種新型齒輪裝置,從目前的理論分析、試驗(yàn)研究和實(shí)際應(yīng)用都證實(shí)和發(fā)現(xiàn),雙環(huán)減速器運(yùn)行時(shí)振動(dòng)普遍較大,并隨傳動(dòng)比的增大及功率的增加而加劇,嚴(yán)重時(shí)導(dǎo)致環(huán)板斷裂,軸承發(fā)熱失效,縮短了減速器的使用壽命。
雙環(huán)減速器由于自身結(jié)構(gòu)的原因,因此運(yùn)動(dòng)特性不同于一般減速器齒輪箱,一是兩偏心軸偏心相位相差180°,偏心軸轉(zhuǎn)動(dòng)一周產(chǎn)生兩次過(guò)“死點(diǎn)”沖擊現(xiàn)象,二是雙環(huán)減速器內(nèi)有兩根偏心軸,兩偏心軸轉(zhuǎn)動(dòng)帶動(dòng)兩環(huán)板做平面圓運(yùn)動(dòng),使兩偏心軸轉(zhuǎn)動(dòng)產(chǎn)生動(dòng)不平衡,同時(shí)兩偏心軸與兩環(huán)板及輸出齒輪屬過(guò)約束行星傳動(dòng),使環(huán)板與輸出齒輪之間的嚙合不同與一般行星齒輪傳動(dòng),由于制造、安裝誤差,使環(huán)板內(nèi)齒與輸出齒輪嚙合時(shí)產(chǎn)生較大嚙合沖擊。因此雙環(huán)減速器在運(yùn)行過(guò)程中,存在動(dòng)不平衡慣性沖擊及制造、安裝誤差造成的過(guò)約束沖擊,從而使雙環(huán)減速器振動(dòng)信號(hào)中轉(zhuǎn)頻、環(huán)板與輸出齒輪嚙合頻率及其倍頻成份幅值高,在雙環(huán)減速器的故障診斷中,振動(dòng)信號(hào)參數(shù)的識(shí)別方法不能簡(jiǎn)單的等同于一般減速器。
5.2 雙環(huán)減速器常見(jiàn)故障特征分析
5.2.1 故障特征參量的定義及選取原則
對(duì)于某一具體的故障類型,我們所關(guān)心的問(wèn)題是:l)這種故障通過(guò)哪些物理參量表現(xiàn)出來(lái);2)與各物理參量間的關(guān)系強(qiáng)弱情況如何。一般而言,對(duì)于前一個(gè)問(wèn)題,只要機(jī)械系統(tǒng)的狀態(tài)發(fā)生了變化,就必定會(huì)影響到與之相聯(lián)系的各個(gè)動(dòng)態(tài)物理參量,牽涉面較廣;而故障類型與物理參量的關(guān)系強(qiáng)弱是我們最感興趣的。因?yàn)橹挥心切┡c某種故障類型之間的關(guān)系密切、對(duì)故障靈敏可靠的物理參量才被用于故障的診斷。在機(jī)械故障診斷學(xué)領(lǐng)域,將這些對(duì)故障靈敏、穩(wěn)定可靠的物理參量稱為故障特征參量。機(jī)械系統(tǒng)的故障類型是千差萬(wàn)別的,與每一種故障類型相對(duì)應(yīng),機(jī)械系統(tǒng)必定會(huì)通過(guò)一個(gè)或多個(gè)物理參量將其表征出來(lái),每一種故障類型也必須由一種或多種原因所引起。這就是說(shuō),故障表現(xiàn)與其特征參量和故障原因之間存在如下的對(duì)應(yīng)關(guān)系
F=f(a1,a2…) (5.1)
式中F_____某種故障類型;
a1,a2…_____各特征參量或故障原因。
故障診斷就是要確定F與a1,a2,…之間的某種對(duì)應(yīng)關(guān)系f,以便通過(guò)檢測(cè)a1,a2,…來(lái)判斷故障類型F是否發(fā)生,或在已知F發(fā)生的情況下去查明造成F的原因西a1,a2,…,等。
應(yīng)該指出的是,對(duì)于同一種故障類型,當(dāng)它們發(fā)生在不同的機(jī)械系統(tǒng)上時(shí),其故障特征參量也不同,因此,在確定某種故障的特征參量時(shí),應(yīng)結(jié)合具體的系此時(shí)溫度可選為故障特征參量。然而,對(duì)于礦山井下的通風(fēng)機(jī),其轉(zhuǎn)子軸承處于風(fēng)道內(nèi),受到強(qiáng)風(fēng)冷卻,即使出現(xiàn)故障溫度也未必明顯升高,此時(shí)就不宜選用溫度作為軸承故障的特征參量。
由上面的分析可知,雖然某種故障類型發(fā)生所能引起變化的物理參量有許多個(gè),但可用作故障特征的參量是有限的,這就引出了如何來(lái)選定故障特征參量的問(wèn)題。實(shí)踐證明,選取故障特征參量應(yīng)遵循以下原則:
1)高度敏感性
機(jī)械系統(tǒng)狀態(tài)的微弱變化應(yīng)引起故障特征參量的較大變化。
2)高度可靠性
故障特征參量是依賴于機(jī)械系統(tǒng)的狀態(tài)變化而變化的,如果把故障特征參量取作應(yīng)變量,系統(tǒng)狀態(tài)取作自變量,一則故障特征參量應(yīng)是系統(tǒng)狀態(tài)這個(gè)自變量的單值函數(shù)。
3)實(shí)用性(或可實(shí)現(xiàn)性)
故障特征參量應(yīng)是便于檢測(cè)的,如果某個(gè)物理參量雖對(duì)某種故障足夠靈敏,但這個(gè)參量不易獲得(經(jīng)濟(jì)的、技術(shù)方面的考慮人那么這個(gè)物理參量也不便用作故障特征參量。
不同的故障類型有不同的故障特征與之相對(duì)應(yīng)也就是說(shuō),故障類型不同,其故障特征參量也不同即使是同一種故障類型,當(dāng)其環(huán)境條件(包括故障主體)發(fā)生變化時(shí),其故障特征參量也不同驗(yàn)的方法來(lái)確定。
5.2.2 齒輪箱常見(jiàn)故障特征分析
齒輪箱的實(shí)際振動(dòng)信號(hào)異常復(fù)雜,但是通過(guò)大量的統(tǒng)計(jì)分析發(fā)現(xiàn):齒輪箱中齒輪故障占主要部分,其次是軸承故障障中,主要是疲勞剝落、崩裂掉塊、,其他部分占的比例很小。在齒輪與軸承故壓痕凹坑及拉傷等相對(duì)集中的故障,而由均勻性磨損、腐蝕等因素引起的故障所占的比例很小。
表5.1 列舉了齒輪箱中各類零件損壞的百分比,其中,齒輪本身的失效比重最大,占60%,說(shuō)明在齒輪箱中,齒輪本身的制造和裝配質(zhì)量及其維護(hù)是保證齒輪正常運(yùn)行的關(guān)健。
表5.1 齒輪箱的失效零件及失效比重
失效零件 |
失效比重(%) |
失效零件 |
失效比重(%) |
齒輪 |
60 |
箱體 |
7 |
軸承 |
19 |
緊固件 |
3 |
軸 |
10 |
密封件 |
1 |
l)軸系的失效類型及其振動(dòng)特征
軸系的主要失效型式為:失衡、彎曲變形、扭轉(zhuǎn)變形及疲勞斷裂,每種失效型式都有自己的振動(dòng)特征。因此,只要掌握了振動(dòng)特征就可診斷軸系的故障。
A失衡
安裝有齒輪、皮帶輪、葉片的轉(zhuǎn)動(dòng)軸由于制造或安裝的質(zhì)量不良,或是軸系上某個(gè)零件損壞、失落、附著異物,或者是軸的彎曲變形等原因均會(huì)導(dǎo)致軸系的質(zhì)量分布不均。當(dāng)軸轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí),偏心質(zhì)量的離心慣性力就構(gòu)成使轉(zhuǎn)軸產(chǎn)生橫向強(qiáng)迫振動(dòng)的周期激振力,激振力的頻率等于軸的轉(zhuǎn)動(dòng)頻率。所以軸橫向振動(dòng)的頻率就等于軸的轉(zhuǎn)動(dòng)頻率,并隨著轉(zhuǎn)速的升高而增大。當(dāng)轉(zhuǎn)速等于軸系的固有頻率時(shí),軸系產(chǎn)生強(qiáng)烈振動(dòng)一共振,此時(shí)軸的轉(zhuǎn)速稱為臨界轉(zhuǎn)速。
B彎曲變形
轉(zhuǎn)軸由于受力不均、設(shè)計(jì)或裝配不良、箱體變形等原因發(fā)生彎曲變形時(shí),其橫向振動(dòng)的剛度是時(shí)間的周期函數(shù),周期就是軸轉(zhuǎn)動(dòng)一轉(zhuǎn)所需的時(shí)間。因此,由其引起的軸的橫向振動(dòng)不僅有以軸的轉(zhuǎn)動(dòng)頻率為頻率的基頻振動(dòng),而且有二階及高階的簡(jiǎn)諧振動(dòng)分量。在軸有彎曲變形時(shí)必然伴隨著失衡,所以軸彎曲時(shí)振動(dòng)的幅值是隨著轉(zhuǎn)速的升高而增大的。由于裝配不良、箱體變形等原因使軸對(duì)中不良時(shí),所引起的振動(dòng)也有類似的特征,其不同處在于除橫向振動(dòng)外還有軸向振動(dòng)。
C扭轉(zhuǎn)變形
轉(zhuǎn)軸在傳遞動(dòng)力時(shí)產(chǎn)生扭轉(zhuǎn)變形一般不影響軸的正常工作,但當(dāng)動(dòng)力或負(fù)載扭矩變化以及齒輪的齒面有不同程度的損傷時(shí),將會(huì)引起轉(zhuǎn)軸的扭轉(zhuǎn)振動(dòng)。安裝著齒輪的軸的扭轉(zhuǎn)振動(dòng)將導(dǎo)致軸產(chǎn)生橫向振動(dòng)和軸向振動(dòng)。根據(jù)軸扭轉(zhuǎn)振動(dòng)的頻率及其它振動(dòng)特征,可以區(qū)分引起扭轉(zhuǎn)振動(dòng)的原因:由動(dòng)力或負(fù)載變化引起時(shí)軸作強(qiáng)迫振動(dòng),其振動(dòng)幅值和頻率僅取決于動(dòng)力或負(fù)載的變化,而與軸的轉(zhuǎn)速無(wú)關(guān);若由齒輪的齒面損傷引起時(shí),不僅產(chǎn)生與軸的轉(zhuǎn)速有關(guān)的強(qiáng)迫振動(dòng),而且產(chǎn)生與系統(tǒng)扭轉(zhuǎn)振動(dòng)固有頻率有關(guān)的自由振動(dòng)。
D疲勞斷裂
轉(zhuǎn)軸上出現(xiàn)橫向裂紋時(shí),軸的剛度隨著裂紋深度的增加而下降,而且裂紋的位置越接近軸的中部其剛度變化越大。在軸轉(zhuǎn)動(dòng)一周的過(guò)程中,對(duì)應(yīng)于軸的不同轉(zhuǎn)角,軸的剛度是不同的。這是因?yàn)楫?dāng)裂紋部位受拉應(yīng)力作用時(shí),裂紋張開(kāi),剛度減;而裂紋部位受壓應(yīng)力作用時(shí),裂紋閉合,其對(duì)軸的剛度的影響就不明顯。在軸轉(zhuǎn)動(dòng)過(guò)程中,裂紋處的拉壓應(yīng)力周期性變化,所以軸的剛度也隨著軸的轉(zhuǎn)動(dòng)而周期性地變化,其變化的周期就是軸的轉(zhuǎn)動(dòng)周期。因此,轉(zhuǎn)軸有了橫向裂紋后,其臨界轉(zhuǎn)速(也即是軸橫向振動(dòng)的固有頻率)相應(yīng)地減小,軸的橫向振動(dòng)除了以轉(zhuǎn)動(dòng)頻率作基頻振動(dòng)外,還有高階諧波振動(dòng)。此外,尚有異于其它失效類型的振動(dòng)特征:在轉(zhuǎn)速達(dá)到臨界轉(zhuǎn)速的1/3和1/2時(shí)分別發(fā)生三階與二階諧波共振。
2)齒輪的失效類型與特征
齒輪的失效類型很多,基本上可分為兩類:一類為制造和裝配不善造成的。如齒形誤差、輪齒與內(nèi)孔不同心、各部分的軸線不對(duì)中、大型齒輪的不平衡等。另一類為齒輪在長(zhǎng)期運(yùn)行中形成的。由于輪齒表面承受的載荷很大,兩嚙合輪齒之間既有相對(duì)滾動(dòng)又有相對(duì)滑動(dòng),而且相對(duì)滑動(dòng)的摩擦力在節(jié)點(diǎn)兩側(cè)的方向相反,從而產(chǎn)生了力的脈動(dòng),在長(zhǎng)期運(yùn)行中導(dǎo)致齒面發(fā)生點(diǎn)蝕、膠合、磨損。疲勞剝落。塑性流動(dòng)及齒根裂紋,甚至斷齒等失效現(xiàn)象。
據(jù)國(guó)外拍樣分析結(jié)果,輪齒的各種損傷發(fā)生的概率如表5.2
表5.2 齒輪的失效比重
齒輪的損傷類型 |
斷齒 |
點(diǎn)蝕 |
劃痕 |
磨損 |
其它 |
百分比% |
41 |
31 |
10 |
10 |
8 |
齒輪的第一類失效主要引起不平衡和嚙合不良,前者使振動(dòng)加劇,后者將誘發(fā)齒輪的第二類失效。第二類失效主要是指嚙合齒面上的損傷,這些損傷會(huì)造成運(yùn)轉(zhuǎn)時(shí)齒面間的撞擊,從而產(chǎn)生具有一定頻率特征的振動(dòng)和聲音;齒面產(chǎn)生這些損傷時(shí),剝離的金屬微粒必然進(jìn)入齒輪箱的潤(rùn)滑油內(nèi),不同類型的損傷其微粒的形貌特征、化學(xué)成分、數(shù)量多少等方面都有所區(qū)別。因此,對(duì)于齒面損傷不僅可以根據(jù)振動(dòng)與聲的頻率特征進(jìn)行診斷,也可以通過(guò)對(duì)油液中的金屬微粒進(jìn)行物理化學(xué)分析來(lái)判斷齒面損傷的類型和嚴(yán)重程度。
實(shí)際上,齒輪的自由振動(dòng)經(jīng)由軸、軸承傳到齒輪箱體時(shí),猶如通過(guò)一個(gè)機(jī)械低通濾波器,因此在軸承座等處測(cè)得的振動(dòng)信號(hào),一般只包含轉(zhuǎn)動(dòng)頻率和嚙合頻率及其諧波。
次料列出了齒輪箱各不同部件故障的振動(dòng)特征,見(jiàn)表5.3所示。
表5.3 齒輪箱故障的振動(dòng)特征簡(jiǎn)表
已有資料總結(jié)了一般齒輪箱中齒形誤差、齒輪均勻磨損、箱體共振、軸輕度彎曲、斷齒、軸不平衡、軸嚴(yán)重彎曲、軸向竄動(dòng)、軸承疲勞剝落和點(diǎn)蝕九種典型故障的振動(dòng)特征。
5.2.3 齒輪箱振動(dòng)信號(hào)的頻域分析
在工作條件下,人們很難直接檢測(cè)某一個(gè)齒輪的故障信號(hào),一般是在軸承、箱體有關(guān)部位測(cè)量,所測(cè)得的信號(hào)是輪系的信號(hào),從輪系的信號(hào)中分離出故障信息。在齒輪箱故障診斷中,振動(dòng)檢測(cè)是目前的主要方法。當(dāng)齒輪旋轉(zhuǎn)時(shí),無(wú)論齒輪發(fā)生了異常與否,齒的嚙合都會(huì)發(fā)生沖擊嚙合振動(dòng),其振動(dòng)波形表現(xiàn)出振幅受到調(diào)制的特點(diǎn)。甚至既調(diào)幅又調(diào)頻。
齒輪箱傳動(dòng)系統(tǒng)振動(dòng)的頻譜分析法和轉(zhuǎn)子、滾動(dòng)軸承的頻譜分析在原理上是一致的。因?yàn)辇X輪的傳動(dòng)產(chǎn)生振動(dòng),而故障缺陷也產(chǎn)生振動(dòng),二者給合而產(chǎn)生調(diào)制,這是它的特點(diǎn)。這種調(diào)制有調(diào)幅和調(diào)頻。
l)幅值調(diào)制
調(diào)幅現(xiàn)象由于齒面載荷波動(dòng)對(duì)振幅影響形成的。例如齒輪偏心是裝配、制造中不可避兔的問(wèn)題,偏心使齒輪嚙合時(shí)一邊緊一邊松,從而產(chǎn)生載荷波動(dòng),使振動(dòng)幅值按此規(guī)律周期性變化,即相當(dāng)于齒輪振動(dòng)受到一個(gè)脈沖調(diào)制,齒輪一轉(zhuǎn),脈沖重復(fù)一次,它的頻率fz(或ωz)等于齒輪的回轉(zhuǎn)頻率f(或ω),但它比齒輪的嚙合頻率fe(或ωc)要小得多,兩種頻率的信號(hào)互相作用而形成調(diào)制。齒輪加工造成節(jié)距不均勻及類似故障使齒輪在嚙合過(guò)程中產(chǎn)生短暫的“加載”和“卸載”效應(yīng),也會(huì)產(chǎn)生幅值調(diào)制。
若xc(t)=A·sin(2πfet+φ)為嚙合振動(dòng)載波信號(hào),a(x)=1+b·cosπfzt為齒輪軸的旋轉(zhuǎn)調(diào)制信號(hào),則調(diào)幅后的振動(dòng)信號(hào)
調(diào)制后的信號(hào),除原來(lái)的嚙合頻率分量外,增加了一對(duì)分量(fc+fn)和(fc-fn)它們以fc為中心,以fz為間距對(duì)稱分布于fc兩側(cè),所以稱為邊頻帶,見(jiàn)圖5.1所示。上述原理不但適用于像齒輪偏心的故障,也適用于可產(chǎn)生沖擊信號(hào)的其它故障,如崩齒、齒面剝落等。
2)頻率調(diào)制
由于齒輪載荷不均、齒距不均勻及故障造成的載荷波動(dòng),除了對(duì)振動(dòng)幅值產(chǎn)生影響外,同時(shí)也必然產(chǎn)生扭矩的波動(dòng),使齒輪轉(zhuǎn)速產(chǎn)生波動(dòng)。這種波動(dòng)表現(xiàn)在振動(dòng)上即為頻率調(diào)制(也可認(rèn)為是相位調(diào)制)。所以,對(duì)于齒輪來(lái)說(shuō)任何導(dǎo)致產(chǎn)生幅值調(diào)制的因素也同時(shí)會(huì)導(dǎo)致頻率調(diào)制,兩種調(diào)制總是同時(shí)存在的。這種對(duì)于質(zhì)量較小齒輪副,頻率調(diào)制現(xiàn)象尤為突出。
對(duì)于齒輪振動(dòng)信號(hào)而言,頻率調(diào)制的根源在于齒輪嚙合剛度函數(shù)由于齒輪加工誤差和故障的影響而產(chǎn)生了相位變化,如圖5.2 所示。
這種相位變化會(huì)由于齒輪運(yùn)轉(zhuǎn)而具有周期性。在齒輪信號(hào)頻率調(diào)制中,載波函數(shù)和調(diào)制函數(shù)均為一般周期函數(shù),均包含基頻及其各階倍頻成分。其結(jié)果是在各階嚙合頻率兩側(cè)形成一系列邊頻帶。邊頻的間隔為齒輪軸的旋轉(zhuǎn)頻率fz。
在實(shí)際齒輪系統(tǒng)中,調(diào)幅、調(diào)頻總是同時(shí)存在的,所以,頻譜上的邊頻成分為兩種調(diào)制單位作用時(shí)所產(chǎn)生的邊頻成分的疊加。雖然在理想條件下(即單獨(dú)作用時(shí))兩種調(diào)制所產(chǎn)生的邊頻都是對(duì)稱于載波頻率計(jì)的,但兩者共同作用時(shí),由于邊頻成分具有不同的相位,而它們的疊加是向量相加,所以疊加后有的邊頻幅值增加了,有的反而下降了,這就破壞了原有的對(duì)稱性。
邊頻具有不穩(wěn)定性,這是由于邊頻的相對(duì)相位關(guān)系容易受到隨機(jī)因素的影響而改變,所以在同樣的調(diào)制指數(shù)下,邊頻帶的形狀會(huì)有所改變。所以在齒輪故障診斷中,只監(jiān)測(cè)某幾個(gè)邊頻仍是不可靠的。
5.2.4 雙環(huán)減速器齒輪箱故障特征分析
根據(jù)第三章所述,雙環(huán)減速器有其自身的特點(diǎn),運(yùn)動(dòng)特性不同于一般減速器齒輪箱,其故障特征也有別于一般減速器齒輪箱,雙環(huán)減速器的運(yùn)動(dòng)因兩偏心軸轉(zhuǎn)動(dòng)帶動(dòng)兩環(huán)板做平面圓運(yùn)動(dòng),使兩偏心軸轉(zhuǎn)動(dòng)產(chǎn)生動(dòng)不平衡,同時(shí)兩偏心軸與兩環(huán)板及輸出齒輪屬過(guò)約束行星傳動(dòng),使環(huán)板與輸出齒輪之間的嚙合不同與一般行星齒輪傳動(dòng),由于制造、安裝誤差,可能使環(huán)板內(nèi)齒與輸出齒輪嚙合時(shí)產(chǎn)生較大嚙合沖擊。同時(shí),制造、安裝誤差可能使兩塊環(huán)板內(nèi)齒與輸出齒輪的嚙合不完全同步,從而使雙環(huán)減速器振動(dòng)信號(hào)中環(huán)板與輸出齒輪嚙合頻率及其倍頻成份幅值較高而且有波動(dòng)現(xiàn)象,因此,在雙環(huán)減速器的故障診斷中,振動(dòng)信號(hào)參數(shù)的識(shí)別方法不能簡(jiǎn)單的等同于一般減速器。
一般減速器中有嚴(yán)重軸彎曲時(shí),時(shí)域有明顯的沖擊振動(dòng),以一定的時(shí)間間隔出現(xiàn),沖擊持續(xù)了整個(gè)周期的1/3以上,這與單個(gè)斷齒和集中型故障產(chǎn)生的沖擊振動(dòng)有明顯區(qū)別,這是軸嚴(yán)重彎曲造成的齒輪嚙合過(guò)程中連續(xù)多次沖擊振動(dòng)構(gòu)成的一次大的沖擊過(guò)程。而雙環(huán)減速器振動(dòng)信號(hào)出現(xiàn)上述現(xiàn)象時(shí),可能不是因?yàn)檩S嚴(yán)重彎曲造成,而是因?yàn)榄h(huán)板內(nèi)齒與輸出齒輪嚙合沖擊產(chǎn)生。一般減速器軸有較嚴(yán)重的不平衡時(shí),在齒輪傳動(dòng)中將導(dǎo)致齒形誤差,形成以嚙合頻率及其倍頻為載波頻率,以齒輪所在軸轉(zhuǎn)頻為調(diào)制頻率的嚙合頻率調(diào)制現(xiàn)象,但一般譜圖上邊帶數(shù)量少而稀。但在譜圖中其有故障的軸的轉(zhuǎn)頻成份明顯加大。而雙環(huán)減速器振動(dòng)信號(hào)出現(xiàn)上述現(xiàn)象時(shí),不一定是因軸有嚴(yán)重的不平衡,而可能是因環(huán)板與兩偏心軸轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)的動(dòng)不平衡的慣性產(chǎn)生。另外,環(huán)板的慣性力很可能造成偏心軸的動(dòng)彎曲,使偏心軸出現(xiàn)彎曲故障特征頻率現(xiàn)象。
根據(jù)第三章接觸齒對(duì)分析中可知,由于誤差的原因,兩環(huán)板在與輸出齒輪嚙合傳動(dòng)過(guò)程中,會(huì)出現(xiàn)兩環(huán)板上嚙合齒的對(duì)數(shù)不一致或接觸應(yīng)力不同而產(chǎn)生載荷不均的現(xiàn)象,這種載荷不均必然產(chǎn)生輸出齒輪的轉(zhuǎn)矩波動(dòng),因此產(chǎn)生振動(dòng)信號(hào)的調(diào)制(主要是頻率調(diào)制)。同時(shí)由于兩環(huán)板與兩偏心軸之間的過(guò)約束作用,可能造成上述情況非周期性或不均勻性變化,從而使振動(dòng)信號(hào)變得復(fù)雜多變。
5.3 雙環(huán)減速器故障專家領(lǐng)域知識(shí)庫(kù)的建立
綜合上述分析,雙環(huán)減速器故障特征不同于一般減速器,由于雙環(huán)減速器運(yùn)動(dòng)的特殊性,分析雙環(huán)減速器的故障時(shí)應(yīng)考慮其特殊性。不僅要考慮一般減速器的故障特征,而且重點(diǎn)要考慮雙環(huán)減速器的運(yùn)動(dòng)特性對(duì)其故障特征產(chǎn)生的影響。本文對(duì)雙環(huán)減速器的故障診斷研究尚屬首次,因此只針對(duì)減速器的偏心軸彎曲故障、環(huán)板齒形誤差故障、斷齒故障等進(jìn)行了分析研究,并根據(jù)其特征建立了相應(yīng)的故障專家知識(shí)。由于本文對(duì)雙環(huán)減速器的故障診斷,所用的診斷軟件及設(shè)備是用“網(wǎng)絡(luò)化、智能化大型旋轉(zhuǎn)機(jī)械在線診斷系統(tǒng)”,因此,本文討論雙環(huán)減速器的故障時(shí),是針對(duì)減速器不解體進(jìn)行故障檢測(cè)。
根據(jù)以上分析,本文用圖形化的智能故障診斷預(yù)報(bào)系統(tǒng)(INCON FIDPS), 建立了雙環(huán)減速器偏心軸彎曲及環(huán)板齒形誤差兩種故障的推理流程。如圖5.3 所示。
圖5.3 中zdpll、zdpl2、zdp13分別為偏心軸的轉(zhuǎn)頻、環(huán)板齒輪嚙合頻率及二倍環(huán)板齒輪嚙合頻率等三個(gè)故障特征頻率成份下的幅值。Zdp14表示是否有以環(huán)板齒輪嚙合頻率及其諧波為載波頻率,以偏心軸轉(zhuǎn)頻為調(diào)制頻率的嚙合頻率調(diào)制,zdp15表示時(shí)域信號(hào)是否有明顯的沖擊振動(dòng),且沖擊持續(xù)了整個(gè)周期的1/3 以上。智能故障診斷預(yù)報(bào)系統(tǒng)(INCON FIDPS),在進(jìn)行故障推理時(shí),向數(shù)據(jù)引擎申請(qǐng)故障特征數(shù)據(jù)(圖2中最下層數(shù)據(jù)變量),因此zdpll、zdpl2…zdp15等數(shù)據(jù)變量的數(shù)值或故障特征形態(tài)的準(zhǔn)確性將直接影響減速器故障推理的準(zhǔn)確性。而zdpll、zdp12…zdp15等數(shù)據(jù)變量在建立偏心軸彎曲及環(huán)板齒形誤差兩種故障的推理流程時(shí)需設(shè)定故障臨界界限值,這些界限值應(yīng)該用測(cè)量正常同型號(hào)雙環(huán)減速器實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)評(píng)估設(shè)定或用測(cè)得的正常同型號(hào)雙環(huán)減速器的歷史數(shù)據(jù)來(lái)評(píng)估設(shè)定。當(dāng)智能診斷系統(tǒng)進(jìn)行故障推理診斷時(shí),由數(shù)據(jù)引擎向一個(gè)動(dòng)態(tài)數(shù)據(jù)連接庫(kù)申請(qǐng)故障特征數(shù)據(jù),該動(dòng)態(tài)數(shù)據(jù)連接庫(kù)可以直接連接由信號(hào)分析模塊處理后得到的故障特征數(shù)據(jù),也可以自行處理信號(hào)數(shù)據(jù)得到故障特征數(shù)據(jù)或采用人機(jī)交互方式將人工判定的故障特征數(shù)據(jù)輸入計(jì)算機(jī)。
5.4 本章小結(jié)
本章介紹了故障特征參量的定義及選取原則,討論了齒輪箱的故障診斷方法,分析了雙環(huán)減速器的振動(dòng)特性及其故障特性,在此基礎(chǔ)上,建立了雙環(huán)減速器偏心軸彎曲及環(huán)板誤差兩種故障的專家知識(shí)庫(kù)。
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