[发明专利]一种滚动轴承早期故障预警装置及方法

说明书

本发明涉及一种滚动轴承早期故障预警装置及方法，属于自动控制技术领域。本发明包括加速度传感器Ⅰ、加速度传感器Ⅱ；高屏蔽数据连接线、多通道数据采集卡、工业控制计算机及故障报警器；加速度传感器Ⅰ、加速度传感器Ⅱ直接固定于联轴器的壳体正上方，滚动轴承设置在联轴器内，加速度传感器Ⅰ、加速度传感器Ⅱ的输出端口通过高屏蔽数据连接线与多通道数据采集卡的输入端口相连接，多通道数据采集卡的输出端口通过串口总线与工业控制计算机相连接，工业计算机的输出通过信号传输线与故障报警器相连接，工业控制计算机通过对采集信号的峰值指标进行分析，判断出轴承故障与否，并控制故障报警器发出报警。本发明能提高故障评判的准确性和可靠性。

技术领域

本发明涉及一种滚动轴承早期故障预警装置及方法，属于自动控制技术领域。

背景技术

滚动轴承广泛应用于各种旋转设备，其运行状态直接影响设备的可靠性和安全性。据统计，在旋转设备的故障中，有30％的故障是由滚动轴承引起的。滚动轴承运行状态可分为三个阶段：正常阶段、早期故障阶段和严重故障阶段，轴承投入运行一段时间内，其特征保持比较稳定的状态，这段时间为正常阶段；随着运行时间的增加，轴承的损耗累积到－定程度，其特征会发生较大变化，此时称为早期故障阶段。进人早期故障阶段后，如果不及时维护保养，轴承损伤加剧，最终出现明显故障，进人严重故障阶段。为了较好地实现轴承早期故障预警，首先应选择能够区分轴承正常阶段、早期故障阶段和严重故障阶段的特征指标，该特征指标在轴承不同运行阶段应具有较为明显的差异，特别是在正常阶段与早期故障阶段间。如果不能及时、准确地发现轴承早期故障，一旦演变成严重故障，会引起整台设备的非计划停机，造成经济损失。因此，对滚动轴承开展早期故障预瞥研究具有极大的实用价值和可观的经济效益。

发明内容

本发明提供了一种滚动轴承早期故障预警装置及方法，以用于提高故障评判的准确性和可靠性。

本发明的技术方案是：一种滚动轴承早期故障预警装置，包括加速度传感器Ⅰ3、加速度传感器Ⅱ5；高屏蔽数据连接线13、多通道数据采集卡14、工业控制计算机16及故障报警器18；加速度传感器Ⅰ3、加速度传感器Ⅱ5采用磁铁吸附式型传感器，直接固定于联轴器的壳体正上方，滚动轴承设置在联轴器内，加速度传感器Ⅰ3、加速度传感器Ⅱ5的输出端口通过高屏蔽数据连接线13与多通道数据采集卡14的输入端口相连接，多通道数据采集卡14的输出端口通过串口总线15与工业控制计算机16相连接，工业计算机16的输出通过信号传输线17与故障报警器18相连接。

一种滚动轴承早期故障预警方法，所述方法的具体步骤如下：

Step1、数据采集卡分别接收加速度传感器采集到的振动信号，工业控制计算机将振动信号通过经验模态分解为一系列固有模态函数IMF分量；

Step2、对分解得到的IMF分量进行频谱变换，提取其峰值作为故障特征指标；

Step3、为了避免峰值指标波动过大对判断造成的干扰，更加精确地对轴承早期故障进行预警，采用局部均值法对峰值指标做进一步处理：

式中，为样本点j的峰值局部均值，x_j代表样本点j的峰值，x_j+i代表第j+ⁱ个样本点的峰值，N为数据长度，n为计算时参与计算的样本点的数量；

Step4、假设轴承正常运行阶段，其初始峰值局部均值为x₀；

Step5、将当前的峰值局部均值与1.2倍的x₀作比较，若当前的局部均值大于1.2x₀，则将持续异常次数a加1；否则清零，并判断轴承处于正常状态；设置异常次数阈值为A，当a大于A时，说明轴承长时间在髙于初始阈值的状态运行，特征已发生变化，处于早期故障阶段，此时早期故障报警，工作人员应该对该轴承重点关注，进行维修或更换。