[发明专利]基于RMS的自适应齿轮箱转速的快速评估方法

说明书

技术领域

本发明涉及旋转机械信号处理技术领域，特别是涉及一种基于RMS的自适应齿轮箱转速快速估计方法。

背景技术

齿轮箱是一种重要的变速和动力传递部件，被广泛应用与现代工业设备中，对其进行状态监测和故障诊断对企业的安全生产有着重要意义。在齿轮箱的故障诊断中，尤其在变转速运行工况下，转速估计是其不可或缺的组成部分。目前应用最广泛的转速估计方法是通过安装转速仪进行转速测量。但是，对于运行环境比较恶劣的工业现场来说，额外安装转速仪将大大降低系统设备的可靠性。此外，转速仪的安装要对设备进行额外设计，并增加不小的成本开支。

经过技术检索发现，现有的无转速仪转速估计方法都基于齿轮箱箱体振动信号的分析。通过对振动信号进行频域或时频域转换，提取各个时刻的啮合频率，再结合齿轮齿数，从而确定齿轮箱转速。但是，设备现场运行环境一般都比较恶劣，实测齿轮箱箱体振动信号通常包含大量的噪声分量和其他谐波干扰分量，尤其在变转速工况下，提取各个时刻的啮合频率时容易出现频谱模糊现象。此外，现有的方法往往只适用于转速波动范围较小的场合，且有的估计算法较为复杂，无法满足工业现场快速实现转速估计的要求。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是：针对上述现有技术的不足，提供一种基于RMS的自适应齿轮箱转速的快速评估方法，能够快速实现不同转速波动范围下的转速快速评估计算。

本发明解决上述技术问题所采用的技术方案是：基于RMS的自适应齿轮箱转速的快速评估方法，包括以下步骤：

1)分别采集在低转速(10％的最大转速)、中等转速(50％的最大转速)和高转速(90％的最大转速)下的齿轮箱箱体的振动加速度信号；

2)根据式(1)分别计算步骤1)中三种转速下振动加速度信号的有效值；

RMS=Σi=1Nxi2N]]>式(1)

其中，x_i为振动加速度信号，N为信号长度；

3)采用低通滤波器对振动加速度信号进行滤波处理；

4)对滤波信号进行傅立叶变换，通过频域最大峰值提取确定齿轮啮合频率；

5)结合齿轮齿数确定振动加速度信号对应的转速n；

6)将振动加速度信号的RMS值与转速n进行匹配，采用最小二乘法进行多项式拟合，获得RMS-n曲线；

7)在齿轮箱正常运行的过程中，检测齿轮箱的准定转速状态；

8)对准定速状态下齿轮箱的振动加速度信号重复步骤3)-5)的操作；

9)重复步骤7)-8)，用插值法对RMS-n曲线进行修正；

10)根据修正后的RMS-n曲线，获得任意时刻的齿轮箱转速。

在采用上述技术方案的同时，本发明还可以采用或者组合采用以下进一步的技术方案：

所述步骤1)中的低转速、中等转速和高转速是定转速状态。

所述步骤3)的低通滤波器的截止频率为最大齿轮啮合频率f_max。

所述准定转速状态的检测方法为：正常运行齿轮箱，采集t时间内的振动加速度信号并对该时间信号进行△t时间的前后滑移，分别计算RMS值，若所得前后振动加速度信号的RMS变化范围小于5％，认为该时刻为准定转速状态，

在准定转速状态下，振动加速度信号频域内的啮合频率认为可以分辨。

所述步骤9)运用插值法进行修正达到自适应效果，所述的自适应效果为：初始状态下，齿轮箱的RMS-n曲线通过有限对应点拟合，在修正过程中，RMS-n曲线会随着对应点的增多不断进行适应性调整，达到最优状态。

本发明的有益效果是：1)本发明无需使用测转速仪器，提高了在恶劣工况下的系统稳定性，并节约了成本；2)本发明脱离了转速变化对转速评估的限制，在转速变化剧烈的情况下，依然能够精确的识别转速；3)本发明的计算过程简单，计算量小，识别速度快，可实现齿轮箱转速实时估计。

附图说明