一种多级链传动机构故障诊断系统及方法技术方案

本发明专利技术提供一种多级链传动机构故障诊断系统及方法，包括检测机构、控制器和状态监测装置；检测机构包括若干加速度传感器和光电传感器；加速度传感器用来检测多级链传动机构各链轮的振动加速度信号；光电传感器用来检测多级链传动机构各链轮转速信号；控制器分别与检测机构和状态监测装置连接；检测机构将检测的振动加速度信号和转速信号传递给控制器，控制器对各链轮的振动加速度信号进行处理计算，提取振幅信息和频率并与链轮谐波频率进行对比，判断是否发生故障以及确定发生故障的对应链轮。本发明专利技术诊断误差小、精度高、速度快，可以有效节省传动系统检查、维修、更换的时间，有效提高多级链传动机构的故障诊断效率。

【技术实现步骤摘要】
一种多级链传动机构故障诊断系统及方法
本专利技术属于收割机的多级链传动机构故障诊断研究领域，具体涉及一种多级链传动机构故障诊断系统及方法。
技术介绍
目前，具有多级链传动机构的收割机，例如谷物联合收割机，工作环境恶劣并且工况复杂，整机工作时振动剧烈导致关键零部件容易产生疲劳破坏，因此谷物联合收割机多级链传动机构常常发生转轴转速下降、链轮链条损坏等问题。如果驾驶员未能及时发现并处理，问题链轮会造成转轴转速严重降低甚至停止工作，从而降低了脱粒效率浪费了大量粮食和时间，最终导致整机工作可靠性大大降低。现有技术中可以实现对联合收割机工作状态和故障情况的实时监测，但是大多结构复杂，成本昂贵，精度不高，无法准确定位到联合收割机多级链传动的故障点位置，且复杂的工作环境会导致现有测量信号失真和整机可靠性降低。因此，有必要对多级链传动机构进行实时监测，并对故障链轮精确定位。特别是为了有效提高谷物联合收割机工作效率和延长无故障时间，对谷物联合收割机多级链传动机构进行实时监测以及对问题链轮精确定位具有重要意义。
技术实现思路
针对上述问题，本专利技术提供一种多级链传动机构故障诊断系统及方法，通过利用若干加速度传感器和光电传感器的组合来实时监测多级链传动机构中链轮的工作状态，判别链轮是否存在故障以及确定故障链轮的位置。本专利技术诊断误差小、精度高、速度快，可以有效节省传动系统检查、维修、更换的时间，有效提高多级链传动机构的故障诊断效率。本专利技术还提供一种具有该多级链传动系统故障诊断系统的收割机，特别是一种联合收割机，可以有效提高谷物联合收割机工作效率和延长无故障时间。本专利技术解决其技术问题所采用的技术方案是：一种多级链传动机构故障诊断系统，包括检测机构、控制器和状态监测装置；所述检测机构包括若干加速度传感器和光电传感器；所述加速度传感器用来检测多级链传动机构各链轮的振动加速度信号；所述光电传感器用来检测多级链传动机构各链轮转速信号；所述控制器分别与检测机构和状态监测装置连接；所述检测机构将检测的振动加速度信号和转速信号传递给控制器，所述控制器对各链轮的振动加速度信号进行处理计算，提取振幅信息和频率并与链轮谐波频率进行对比，判断是否发生故障以及确定发生故障的对应链轮。上述方案中，当多级链传动机构正常工作时，各链轮的振动加速度时域信号振幅平均值为E，振幅峰值为M，频域信号振幅最高峰值为K；当多级链传动机构发生故障时，则故障链轮处的链轮振动加速度时域信号振幅平均值变为E1，振幅峰值变为M1，频域信号振幅最高峰值变为K1，且当E1>aE，M1>bM，K1>cK，其中a、b、c均为大于1时，所述控制器提取频域信号中最高峰值K1对应的频率值f，并与链轮谐波频率NfZ进行对比，若|f-NfZ|≤d，其中NfZ为谐波频率，fZ为链轮啮合频率，N为大于1的正整数，d大于或等于1，则判断为发生故障，所述状态监测装置显示发生故障对应的链轮。上述方案中，所述控制器包括信号采集模块和分析处理模块；所述信号采集模块用来接收各链轮的振动加速度时域信号并根据振动加速度时域信号生成频域信号；所述分析处理模块对各链轮振动加速度时域信号、频域信号和转速信号进行计算分析判断是否发生故障，以及确定发生故障的对应链轮。进一步的，所述信号采集模块包括信号调理器和数据采集卡，信号调理器将加速度时域信号进行去噪处理，并将处理后的加速度时域信号传递至数据采集卡。进一步的，所述信号调理器包括高通滤波器和抗混频滤波器，所述高通滤波器和抗混频滤波器用于去噪处理；所述数据采集卡包括A/D转换模块和短时傅里叶变换模块，所述短时傅里叶变换模块将振动加速度信号生成频域信号。上述方案中，所述状态监测装置包括存储器、显示器和报警提示系统；所述显示器用于显示各链轮的时域信号和频域信号，当多级链传动机构发生故障时，显示器上对应的故障链轮处显示警告信号；所述报警提示系统用于故障发生时进行报警提示。上述方案中，所述谐波频率NfZ通过以下公式计算：链轮啮合频率fZ＝zfr转频其中，n为对应的链轮转速；z为链轮啮合的齿数；N为大于1的正整数。一种收割机，包括所述的多级链传动机构故障诊断系统。一种根据所述的多级链传动机构故障诊断系统的故障诊断方法，包括以下步骤：信号检测：所述检测机构检测多级链传动机构各链轮的振动加速度信号以及各链轮转速信号，并传递给所述控制器；故障诊断：所述控制器对各链轮的振动加速度信号进行处理计算并与链轮的谐波频率进行对比，判断是否发生故障以及确定发生故障的对应链轮。上述方案中，所述故障诊断具体为：所述控制器根据振动加速度时域信号生成频域信号，根据转速信号计算谐波频率；当多级链传动机构正常工作时，各链轮的振动加速度时域信号振幅平均值为E，振幅峰值为M，频域信号振幅最高峰值为K；当多级链传动机构发生故障时，则故障链轮处的链轮振动加速度时域信号振幅平均值变为E1，振幅峰值变为M1，频域信号振幅最高峰值变为K1，且当E1>aE，M1>bM，K1>cK，其中a、b、c均为大于1时，所述控制器提取频域信号中最高峰值K1对应的频率值f，并与谐波频率NfZ进行对比，若|f-NfZ|≤d，其中NfZ为谐波频率，fZ为链轮啮合频率，N为大于1的正整数，d大于或等于1，则判断为发生故障，所述状态监测装置显示发生故障对应的链轮。与现有技术相比，本专利技术的有益效果是：1.本专利技术所述加速度传感器用于采集链轮振动加速度时域信号；所述光电传感器用于采集链轮转速信号；所述信号采集模块用于对采集到的振动加速度时域信号进行调制并生成频域信号；所述分析处理模块对调制后的信号进行处理计算并与谐波频率进行对比，根据时域信号、频域信号可以实现对故障链轮的精确定位。本专利技术利用采集到的多级链传动机构内链轮的振动时域信号、频域信号与谐波频率进行对比分析，可以准确定位故障链轮，可有效提高故障诊断效率，可靠性高，可广泛适用于市场上现有谷物联合收割机等设备的多级链传动机构的故障诊断。2.本专利技术可利用若干加速度传感器和光电传感器的组合对谷物联合收割机上所有链轮进行状态监测及故障诊断分析，诊断误差小、精度高、速度快，可以有效节省传动系统检查、维修、更换的时间，有效提高谷物联合收割机多级链传动机构的故障诊断效率。3.本专利技术能提取得到更真实的谷物联合收割机多级链传动机构故障信号，所增加的报警系统可以准确提醒驾驶员在谷物联合收割机多级链传动系统发生故障时，采取加油门、减速、更换链轮等措施来尽量避免转轴转速下降，有效提高谷物联合收割机的工作可靠性。4.本专利技术所述的谷物联合收割机多级链传动机构故障诊断系统结构简单、成本较低、安装方便、可靠性高，所采集到的信号更加真实的反映了各链轮工作时的信号特征和故障信号特征，可广泛适用于市场上现有谷物联合收割机多级链传动机构的状态监测，通用性好。附图说明本专利技术的上述和/或附加的方面和优点从结合下面附图对实施例的描述中将变得明显和容易理解，其中：图1是一种谷物联合收割机多级链传动系统故障诊断方法结构原理示意图。图2是本专利技术所述的振动信号时域信号。图3是本专利技术所述的振动信号频域信号。图4是本专利技术所述的多级链传动系统故障诊断方法原理图。图中，1.加速度传感器，2.光电传感器，3.信号采集模块，301本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种多级链传动机构故障诊断系统，其特征在于，包括检测机构、控制器和状态监测装置；所述检测机构包括若干加速度传感器(1)和光电传感器(2)；所述加速度传感器(1)用来检测多级链传动机构各链轮的振动加速度信号；所述光电传感器(2)用来检测多级链传动机构各链轮转速信号；所述控制器分别与检测机构和状态监测装置连接；所述检测机构将检测的振动加速度信号和转速信号传递给控制器，所述控制器对各链轮的振动加速度信号进行处理计算，提取振幅信息和频率并与链轮谐波频率进行对比，判断是否发生故障以及确定发生故障的对应链轮。

【技术特征摘要】
1.一种多级链传动机构故障诊断系统，其特征在于，包括检测机构、控制器和状态监测装置；所述检测机构包括若干加速度传感器(1)和光电传感器(2)；所述加速度传感器(1)用来检测多级链传动机构各链轮的振动加速度信号；所述光电传感器(2)用来检测多级链传动机构各链轮转速信号；所述控制器分别与检测机构和状态监测装置连接；所述检测机构将检测的振动加速度信号和转速信号传递给控制器，所述控制器对各链轮的振动加速度信号进行处理计算，提取振幅信息和频率并与链轮谐波频率进行对比，判断是否发生故障以及确定发生故障的对应链轮。2.根据权利要求1所述的多级链传动机构故障诊断系统，其特征在于，当多级链传动机构正常工作时，各链轮的振动加速度时域信号振幅平均值为E，振幅峰值为M，频域信号振幅最高峰值为K；当多级链传动机构发生故障时，则故障链轮处的链轮振动加速度时域信号振幅平均值变为E1，振幅峰值变为M1，频域信号振幅最高峰值变为K1，且当E1>aE，M1>bM，K1>cK，其中a、b、c均为大于1时，所述控制器提取频域信号中最高峰值K1对应的频率值f，并与链轮谐波频率NfZ进行对比，若|f-NfZ|≤d，其中NfZ为谐波频率，fZ为链轮啮合频率，N为大于1的正整数，d大于或等于1，则判断为发生故障，所述状态监测装置显示发生故障对应的链轮。3.根据权利要求1所述的多级链传动机构故障诊断系统，其特征在于，所述控制器包括信号采集模块(3)和分析处理模块(4)；所述信号采集模块(3)用来接收各链轮的振动加速度时域信号并根据振动加速度时域信号生成频域信号；所述分析处理模块(4)对各链轮振动加速度时域信号、频域信号和转速信号进行计算分析判断是否发生故障，以及确定发生故障的对应链轮。4.根据权利要求3所述的多级链传动机构故障诊断系统，其特征在于，所述信号采集模块(3)包括信号调理器(301)和数据采集卡(304)，信号调理器(301)将加速度时域信号进行去噪处理，并将处理后的加速度时域信号传递至数据采集卡(304)。5.根据权利要求4所述的多级链传动机构故障诊断系统，其特征在于，所述信号调理器(301)包括高通滤波器(302)和抗混频滤波器(303)，所述高通滤波器(302)...

【专利技术属性】
技术研发人员：唐忠，王红达，周跃鹏，李耀明，
申请(专利权)人：江苏大学，
类型：发明
国别省市：江苏,32