[发明专利]一种行星轮系轮齿状态评估方法、装置、设备和介质有效

专利信息
申请号: 202110707786.0 申请日: 2021-06-24
公开(公告)号: CN113465916B 公开(公告)日: 2022-06-07
发明(设计)人: 侯成刚;杨元;梁景源 申请(专利权)人: 西安交通大学
主分类号: G01M13/021 分类号: G01M13/021;G01M13/028;G06F30/23
代理公司: 西安通大专利代理有限责任公司 61200 代理人: 王艾华
地址: 710049 *** 国省代码: 陕西;61
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摘要:
搜索关键词: 一种 行星 轮齿 状态 评估 方法 装置 设备 介质
【说明书】:

发明公开了一种行星轮系轮齿状态评估方法、装置、设备和介质,通过Vold‑Kalman滤波去除谐波信号,对残差信号进行Protrugram分析,结合模态分析结果,识别冲击振动所处频带并区分内外啮合冲击,构造零相移带通滤波器提取内外啮合冲击振动信号,进行RMS时域同步平均分析,直观评估行星轮系各轮齿的状态。相比于传统的基于故障特征频率识别的故障诊断方法,本发明充分利用了冲击振动信号所蕴含的频率信息、相位信息和幅值信息,可以实现故障齿轮的定位,故障类型的区分,以及故障损伤严重程度的准确评估,结果直观,可视化性强,便于现场维护人员参考。

技术领域

本发明属于行星齿轮箱故障诊断技术领域,具体涉及一种基于RMS时域同步平均技术的行星轮系轮齿状态评估方法、装置、设备和介质。

背景技术

行星轮系具有重量轻、体积小、承载能力高、结构紧凑、以及传动效率高等优点,在航空航天、冶金开采以及风力发电机组等大型机械设备中得到广泛应用。由于工作环境恶劣,行星轮系易发生局部故障。当某轮齿出现局部故障时,由于局部承载能力的降低,将会使得故障进一步发展,诱发其它轮齿出现故障;故障发展严重时,将造成设备停机,产生经济损失。

分析振动信号特征实现行星轮系故障诊断是目前最成熟的技术方法,得到了广泛的应用。相比于定轴轮系,行星轮系中啮合副众多,各啮合副的振动信号相互耦合叠加,并且因行星架的旋转引入了路径调制作用,使得整个轮系的振动信号极为复杂。局部故障发生时,会激发故障冲击振动信号,但早期故障特征信号很微弱,往往淹没于整个轮系的啮合振动信号。传统的故障诊断方法多基于特征频率识别,只利用了冲击振动信号的频率信息,忽略了相位信息和幅值信息,难以实现局部故障类型的识别与损伤程度的判断,无法准确评估轮齿状态。因此,有必要研究一种准确且直观的轮齿状态评估方法,为行星齿轮箱的维护提供针对性建议。

行星轮系中各啮合副产生的振动信号,由受迫振动和啮合冲击振动组成,受迫振动表现为以啮合频率为基频的谐波函数,因周期性的刚度激励而产生;啮合冲击振动表现为单边衰减信号,因周期性的刚度突变而产生。健康状态行星轮系中每个轮齿刚进入啮合状态时,不仅存在着刚度突增而产生的刚度冲击,还存在着冲击性最强的啮入冲击;当出现局部故障时,故障轮齿参与啮合将产生幅值更大的故障冲击振动信号。

发明内容

本发明提供了基于RMS时域同步平均技术的行星轮系轮齿状态评估方法、装置、设备和介质,判断行星轮系是否出现局部故障,分析故障类型,评估故障严重程度,为现场设备维护提供指导性建议。

为达到上述目的,本发明所述基于RMS时域同步平均技术的行星轮系轮齿状态评估方法,包括以下步骤:

S1、根据行星轮系参数,建立内、外啮合副的有限元仿真模型,求解内、外啮合副的模态,获取内、外啮合副的固有频率;

S2、采集行星轮系振动信号,将行星轮系振动信号中的谐波信号去除,得到残差信号;

S3、对残差信号进行Protrugram分析,识别冲击振动信号所处固有频带,并结合固有频率区分内、外啮合冲击振动;

S4、根据S3识别得到的固有频带构建零相移带通滤波器,对残差信号进行滤波,提取冲击振动信号;

S5、对S4得到的冲击振动信号进行RMS时域同步平均分析,消除路径调制的影响,根据是否出现异常峰值判断是否出现故障,根据异常峰值的相位和幅值,判断局部故障的类型和损伤程度。

进一步的,所述S1中,建立的内、外啮合副有限元仿真模型中设置弹簧单元模拟轮齿啮合关系,所述弹簧单元的刚度设置为内、外啮合副时变啮合刚度的平均值设置。

进一步的,所述S2中,利用Vold-Kalman滤波阶次跟踪滤波器将行星轮系振动信号中的谐波信号去除。

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