专利名称：一种大功率齿轮箱故障诊断设备的制作方法
专利说明
一、技术领域本实用新型属于机械故障诊断设备。尤其是涉及一种具有往复、非连续运动、承受变载荷的大功率齿轮箱故障诊断设备。
二背景技术：
齿轮故障的振动诊断开始于70年代初，早期的齿轮诊断仅限于直接分析一些简单测量的振动参数，诊断方法也较容易，这些简单的参数和方法对齿轮故障反应的灵敏度不高，无法准确判断故障的部位。70年代到80年代中期，齿轮故障诊断的频域法发展很快，其中R.B.Randall、James.I.Taylor等人做了一些有益的研究，出现了一些较好的频域分析方法，积累了一些故障诊断成功的实例，对齿轮磨损和齿轮裂缝等故障诊断较为成功。就大型齿轮而言，国内学者刘仲川、佟德纯等于90年代在共振解调法用于诊断故障方面曾先后进行了一些研究，亦有一些故障诊断成功的实例，但对于具有往复、非连续运动、承受变载荷的大齿轮诊断技术系统的研究，目前尚未见报道。
轴的故障诊断在旋转机械中研究较多，对轴的不对中、不平衡、轴裂纹等故障产生的机理和诊断方法有较深入研究，针对齿轮箱、尤其是大功率齿轮箱轴的齿轮和轴承的故障诊断，并借鉴旋转机械中的研究成果，可以诊断出轴的某些故障。但如何在大功率齿轮箱中监测和诊断如轴裂纹这样的故障是很困难的。
鉴于齿轮箱、尤其是大功率齿轮箱在经济发展中的重要作用，八十年代以来，一些高校和研究所曾开发研制过一些齿轮箱在线监测与故障诊断系统，取得了一些阶段性成果。如将声发射技术中的振铃计数法进行齿轮的状态监测，用解调法判断齿轮的点蚀和胶合，用小波分析法判断齿轮的裂纹等。但这些研究工作尚未成熟，且不能用到大中型骨干企业的关键设备的状态监测和诊断工作中。如解调技术仅限于用软件方法去解决一般齿轮箱的故障，更没有在可靠的解调硬件电路之上进行信息的再处理工作，至今尚没有一个初步实用的齿轮箱故障专家或智能诊断系统。
80年代后期到90年代初，计算机辅助故障测试系统(CAT)应用于齿轮箱故障诊断领域，一些计算机辅助故障测试系统的出现及国内外一些先进的动态信号分析仪器和系统的研制成功，为齿轮箱故障诊断提供了有力的手段。如MK-210HE for Windows超世纪电子诊断测定仪(日本川铁Advantech Co.Ltd)虽操作简单且具有精确的测试结果，但由于价格昂贵，大大限制了在生产现场中的应用。
三
发明内容
本实用新型的任务是提供一种能精确预知设备故障的异常发生、预测修理时间、降低维修成本、保证安全生产、适于现场应用的价格低廉的基于共振解调和小波分析的大功率齿轮箱故障诊断设备。
为完成上述任务，本实用新型所采用的技术方案是装在齿轮箱上的加速度传感器通过双8路多路开关分别与差动仪表放大器联接，恒流源通过双8路多路开关为加速度传感器提供电流，差动仪表放大器与可变Q值和可变谐振频率f0的谐振器联接，二级谐振器的输入端和输出端分别与谐振器输出端、高频滤波器的输入端联接，绝对值电路的输入端和输出端分别与高频滤波器的输出端、串联的低通滤波器的输入端联接，12位A/D转换芯片的输入端和输出端分别与低通滤波器的输出端和单片机的输入端联接，单片机连接液晶屏显示器。
可变Q值和可变谐振频率f0的谐振器采用可编程的变品质因数Q和可变谐振频率f0的谐振电路，谐振电路采用MAX7400可编程的滤波器，可编程滤波器中F0～F4为可变谐振频率f0的可编程控制端，可选择32种可变谐振频率f0，可编程滤波器中Q0～Q6为品质因数Q的可编程控制端，可选择128种不同的品质因数Q，这些端子由电子开关控制接+5V或-5V。
滤波器的时钟频率为f，且满足f/f0＝100的关系，时钟频率f可由V/F压频变换在0～1mHzk范围内选取。可变谐振频率f0的选取要根据具体机械设备的转速确定，因机械故障信号均包含与转速成正比的特征频率，因此，根据特征频率来确定f0，再选择Q值，得到所需要的带宽。
由于采用上述技术方案，本实用新型的价格仅为日本川铁Advantech Co.Ltd生产的MK-210HE for Windows超世纪电子诊断测定仪的1/8～1/10，且具有能精确预知设备故障的异常发生、预测修理时间、降低维修成本、保证安全生产、适于现场应用等优点。
本实用新型不仅适用于大功率齿轮箱故障诊断，还广泛适用于电机、泵和其他齿轮、轴承等的故障诊断。
四

图1是本实用新型的工作示意图；图2是图1中的可变Q值和可变谐振频率的谐振器[5]电路示意图。
五具体实施方式
本实用新型如图1所示，装在齿轮箱上的加速度传感器[1]通过8路多路开关[2]、[14]分别与差动仪表放大器[4]连接，恒流源[3]通过8路多路开关[2]、[14]为加速度传感器[1]提供2～20MA的电流。8路多路开关[2]、[14]为MAX310组成的双8路多路开关，构成同时输入8路传感器信号的电路。差动仪表放大器[4]与可变Q值和可变谐振频率f0的谐振器[5]联接，两路公共输出端输出信号作为差动仪表放大器[4]AD654的输入信号。二级谐振器[6]的输入端和输出端分别与谐振器[5]、高频滤波器[7]联接，可变Q值和可变谐振频率f0的谐振器[5]由MAX7400构成，AD654的输出信号作为谐振器[5]的输入信号，将冲击信号提取出来转换为高频振荡信号。二级谐振器[6]进一步加强高频振荡信号的能量，去掉高频振荡信号中的干扰。绝对值电路[8]的输入端和输出端分别与高频滤波器[7]的输出端、串联的低通滤波器[9]、[10]的输入端联结，将高频振荡信号转换为单极性，单极性的高频振荡信号取其包络。12位A/D转换芯片[11]的输入端和输出端分别与低通滤波器[10]的输出端和单片机[12]的输入端联接，单片机[12]联接液晶屏显示器[13]。
本实用新型采用可编程的变品质因数Q和可变谐振频率f0的谐振电路。变Q值和可变谐振频率f0的可编程冲击信号提取电路由MAX7400可编程的滤波器构成，如图2所示。可编程滤波器中F0～F4为可变谐振频率f0的可编程控制端，可选择32种可变谐振频率f0，可编程滤波器中Q0～Q6为品质因数Q的可编程控制端，可选择128种不同的品质因数Q，这些端子由电子开关控制接+5V或-5V。
滤波器的时钟频率为f，且满足f/f0＝100的关系。时钟频率f可由V/F压频变换在0～1mHzk范围内选取。可变谐振频率f0的选取要根据具体机械设备的转速确定，因机械故障信号均包含与转速成正比的特征频率，因此，根据特征频率来确定可变谐振频率f0，再选择Q值，得到所需要的带宽。在所选择的带宽范围内，只允许含有高频成分的故障冲击信号通过，从而达到没有故障冲击就没有解调波形输出的效果。可变谐振频率f0和品质因素Q值的共振解调线路其优点在于振动信号的采集可以不用价格昂贵的高频加速度传感器，可根据加速度传感器的频带，选择可变谐振频率f0和品质因素Q值就可以得到非常满意的测量效果。
本实用新型将可编程的变Q值、可变谐振频率f0的共振解调电路和基于共振解调技术与小波分析的故障诊断系统应用于便携式故障诊断仪器。本实施方式采用双CPU的结构，发挥凌阳单片机DSP功能和77E58的位控功能。两个单片机之间通信，比较完美的进行数字信号处理和液晶屏的管理。
大型轴承和齿轮组成的大功率齿轮箱，在我国约有一万多台(套)大功率齿轮(箱)广泛用于电力、机械、冶金、建材、采矿等行业，在国民经济中起着极为重要的作用。这些装备一旦发生故障停机，不仅严重损坏设备且给生产造成巨大损失。本实用新型则具有能精确预知设备故障的异常发生、预测修理时间、降低维修成本、保证了安全生产。尤其是其价格仅为日本川铁AdvantechCo.Ltd生产的MK-210HE for Windows超世纪电子诊断测定仪的1/8～1/10，适于现场应用，可极大提高生产力。
权利要求1.一种大功率齿轮箱故障诊断设备，其特征在于装在齿轮箱上的加速度传感器[1]通过8路多路开关[2]、[14]分别与差动仪表放大器[4]联接，恒流源[3]通过8路多路开关[2]、[14]为加速度传感器[1]提供电流，差动仪表放大器[4]与可变Q值和可变谐振频率f0的谐振器[5]联接，二级谐振器[6]的输入端和输出端分别与谐振器[5]的输出端、高频滤波器[7]的输入端联接，绝对值电路[8]的输入端和输出端分别与高频滤波器[7]的输出端、串联的低通滤波器[9]、[10]的输入端联接，12位A/D转换芯片[11]的输入端和输出端分别与低通滤波器[10]的输出端和单片机[12]的输入端联接，单片机[12]连接液晶屏显示器[13]。
2.根据权利要求1所述的大功率齿轮箱故障诊断设备，其特征在于可变Q值和可变谐振频率f0的谐振器[5]采用可编程的变品质因数Q和可变谐振频率f0的谐振电路，谐振电路采用MAX7400可编程的滤波器，可编程滤波器中F0～F4为谐振频率f0的可编程控制端，可选择32种可变谐振频率f0，可编程滤波器中Q0～Q6为品质因数Q的可编程控制端，可选择128种不同的品质因数Q，这些端子由电子开关控制接+5V或-5V。
3.根据权利要求1或2所述的大功率齿轮箱故障诊断设备，其特征在于谐振器[5]的时钟频率为f，且满足f/f0＝100的关系。时钟频率f可由V/F压频变换在0～1mHzk范围内选取。
专利摘要本实用新型涉及一种大功率齿轮箱故障诊断设备。技术方案是加速度传感器[1]通过8路多路开关[2]、[14]分别与差动仪表放大器[4]联接，差动仪表放大器[4]与可变Q值和可变谐振频率的谐振器[5]联接，二级谐振器[6]分别与谐振器[5]、高频滤波器[7]联接，绝对值电路[8]分别与高频滤波器[7]、串联的低通滤波器[9]、[10]联接，12位A/D转换芯片[11]分别与低通滤波器[10]和控制液晶屏显示器[13]的单片机[12]联接。可变Q值和可变谐振频率的谐振器[5]的时钟频率f可由V/F压频变换在0～1mHzk范围内选取，且满足f/f
文档编号G01N29/12GK2681138SQ200420017390
公开日2005年2月23日 申请日期2004年3月11日 优先权日2004年3月11日
发明者周凤星, 程耕国 申请人:武汉科技大学