结合震动与声波监测的齿轮箱故障检测方法与流程

本发明涉及检测领域，具体讲是一种结合震动与声波监测的齿轮箱故障检测方法。

背景技术：

齿轮箱由于其传动比固定、传动力矩大、结构紧凑，在各种机器设备中得到了广泛的应用，成为各类机器的变速传动部件。尤其是在风力发电机组中，齿轮箱能影响着整个能源的有效利用率，一旦齿轮箱发生故障，会导致停止整个风力发动机组的运行。而据统计，在齿轮箱失效零件中，齿轮本身的失效比重最大，约占60％，可见齿轮传动是诱发机器故障的重要部位。因此，进行齿轮箱故障诊断有着重要的意义。

齿轮箱的故障诊断研究已经过去了几十年，其中齿轮箱的振动测试是最常用的一种方法，它通过观察齿轮箱内各齿轮在故障情况下的振动特性的变化，来进行时域分析和频域分析，并与正常状态下的振动信号进行比较，从而提取该故障的特征。现有技术中振动测试通常是将传感器安装在齿轮箱上，因此齿轮箱的振动特性可以通过振动传感器的振动测量来观察。如国家知识产权局网站上公开的公开号为CN104458248A的“一种齿轮箱故障诊断系统”专利申请，它包括依次连接的数据采集模块、数据处理模块，所述数据采集模块与齿轮箱连接，在齿轮箱的上表面安装振动传感器是为了采集齿轮箱垂直方向的振动信号，在侧面安装的振动传感器是为了采集齿轮箱水平方向的振动信号，从而全面的采集齿轮箱的工作状态信号。又如国家知识产权局网站上公开的公开号为CN103940606A的“齿轮箱故障诊断实验平台”专利申请，它包括一齿轮箱，齿轮箱的输入轴连接有电机，至少有齿轮箱输出轴一端设置一轴偏置调整装置，齿轮箱中各齿轮轴两端的轴承座位置以及电机的轴向两端位置分别设有加速度振动传感器，加速度振动传感器与振动检测仪连接，振动检测仪连接于电脑。

但是，上述这些现有技术中的齿轮箱故障诊断均存在着以下的缺点：

1)由于在实际状态中测得的振动信号非常复杂，一般包括了齿轮之间的啮合振动、凸轮轴的转动振动、齿轮箱箱体的共振，等等；同时，现场采样的信号还包括了大量的测量噪声，传感器采集的信号往往是由不同信号源产生的混合信号，因此信噪比低，大大影响了振动信号特征对诊断方法的准确率；

2)另外，传感器是安装在齿轮箱上，当齿轮箱内各齿轮及轴在运转时，会产生大量的热量，这些热量会使齿轮箱内的空气温度逐渐升高，从而使传感器周围的环境温度异常，而同、 传感器这种电子元件受温度的影响是非常大的，因此会导致传感器采集的信号不准确，继而影响故障检测的准确率，甚至会造成传感器的损坏。

技术实现要素：

本发明所要解决的技术问题是，提供一种补偿振动测试中存在的由于大量噪声而引起的故障诊断准确率低，采用振动信号和声波信号的结合方法，从而大大提高检测准确度的结合震动与声波监测的齿轮箱故障检测方法。

为解决上述技术问题，本发明提供的一种结合震动与声波监测的齿轮箱故障检测方法，它包括振动信号故障检测系统和声波信号故障检测系统，两个系统的信号发生器均安装在齿轮箱上；齿轮箱故障检测方法的具体步骤如下：

1)将振动信号故障检测系统中的加速度传感器吸附在齿轮箱箱体上，将声波信号故障检测系统中的声学传感器安装在齿轮箱外，并在齿轮转轴上安装测速传感器；

2)在齿轮箱外部设置信号调节和数据采集设备，并将步骤1)中的加速度传感器、声学传感器和测速传感器通过导线与信号调节和数据采集设备进行电连接，在齿轮箱测试时对齿轮箱的振动信号和声波信号进行采集；

3)将步骤2)中信号调节和数据采集设备采集到的数据通过数据处理器进行数据处理，从而得到振动波形和声波波形；

4)将数据处理后得出的振动波形和正常的齿轮箱振动波形进行比对，将数据处理后得出的声波波形和正常的齿轮箱声波波形进行比对，通过声波波形的比对数据来补充振动波形的比对数据，最后判断被检测的齿轮箱是故障的还是正常的。

作为进一步改进，在步骤3)的数据处理器中，它对信号和数据的处理步骤如下：

1)将通过加速度传感器采集到的数据单独进行时域同步平均法分析和处理，然后作出振动波形图；

2)将通过声学传感器接收到的齿轮箱内故障齿轮啮合进产生的声波信号转换成数据后，单独进行时域同步平均法分析和处理，然后作出声波波形图；

3)将被测齿轮箱的振动波形图与正常齿轮箱的振动波形图合并比对，将被测齿轮箱的声波波形图与正常齿轮箱的声波波形图合并比对。

采用以上的检测方法后，本发明与现有技术相比，具有以下优点：

1)通过振动信号故障检测系统和声波信号故障检测系统的叠加，在振动信号故障检测的基础上增加了声波信号故障检测，弥补了振动信号故障检测时出现的准确率低下的问题，使最后检测出的数据更加准确，更能掌握故障齿轮箱的故障因素；

2)声学传感器的声波接收、外信号调节和数据采集设备对信号的采集、数据处理器对数 据的分析和处理、以及最后进行的与正常齿轮箱声波波形的对比，使齿轮箱故障检测的操作更加合理、更加简捷；

3)在齿轮箱内的齿轮转轴上安装的测速传感器，则是为后续的数据处理中，利用时域同步平均法时，能更加有效地诊断出齿轮局部异常并确定其准确位置。

附图说明

图1是本发明结合震动与声波监测的齿轮箱故障检测方法中硬件和软件之间的联系示意图。

图2是本发明结合震动与声波监测的齿轮箱故障检测方法中数据处理的流程示意图。

具体实施方式

下面结合附图和具体实施方式对本发明作进一步详细地说明。

由图1和图2所示的本发明结合震动与声波监测的齿轮箱故障检测方法中的流程示意图可知，它包括振动信号故障检测系统和声波信号故障检测系统，两个系统的信号发生器均安装在齿轮箱上；齿轮箱故障检测方法的具体步骤如下：

1)将振动信号故障检测系统中的加速度传感器吸附在齿轮箱箱体上，将声波信号故障检测系统中的声学传感器安装在齿轮箱外，并在齿轮转轴上安装测速传感器；

2)在齿轮箱外部设置信号调节和数据采集设备，并将步骤1)中的加速度传感器、声学传感器和测速传感器通过导线与信号调节和数据采集设备进行电连接，在齿轮箱测试时对齿轮箱的振动信号和声波信号进行采集；

3)将步骤2)中信号调节和数据采集设备采集到的数据通过数据处理器进行数据处理，从而得到振动波形和声波波形；

4)将数据处理后得出的振动波形和正常的齿轮箱振动波形进行比对，将数据处理后得出的声波波形和正常的齿轮箱声波波形进行比对，通过声波波形的比对数据来补充振动波形的比对数据，最后判断被检测的齿轮箱是故障的还是正常的。

在步骤3)的数据处理器中，它对信号和数据的处理步骤如下：

1)将通过加速度传感器采集到的数据单独进行时域同步平均法分析和处理，然后作出振动波形图；

2)将通过声学传感器接收到的齿轮箱内故障齿轮啮合进产生的声波信号转换成数据后，单独进行时域同步平均法分析和处理，然后作出声波波形图；

3)将被测齿轮箱的振动波形图与正常齿轮箱的振动波形图合并比对，将被测齿轮箱的声波波形图与正常齿轮箱的声波波形图合并比对。

以上所述，仅是本发明较佳可行的实施示例，不能因此即局限本发明的权利范围，对熟 悉本领域的技术人员来说，凡运用本发明的技术方案和技术构思做出的其他各种相应的改变都应属于在本发明权利要求的保护范围之内。