一种齿轮箱轴承故障检测方法及系统技术方案

一种齿轮箱轴承故障检测方法及系统。所述方法步骤如下：S1、在故障判定模块中设置不同型号轴承在轴承跑合试验中四个位置的分贝阈值，建立缺陷数据库；S2、在轴承跑合试验中，采集试验轴承四个位置处的振动加速度值并实时传输给信号转化模块；S3、信号转化模块将每个位置处的振动加速度值经计算转化为最大标准分贝值并实时传输给故障判定模块；S4、故障判定模块选择与试验轴承相同型号的故障轴承，然后对比测得的各个位置处最大标准分贝值与该位置处的分贝阈值，并根据对比结果进行分析、评估，判定试验轴承是否存在故障。该方法和系统能够检测并预测齿轮箱轴承是否存在故障，有助于工作人员直观、简单地掌握齿轮箱轴承的安全服役情况。

Gear box bearing fault detection method and system

Gear box bearing fault detection method and system. The method comprises the steps as follows: S1, the fault determining module set decibel threshold of different types of bearings run four position test in bearing, establish defect database; S2, running test in bearings, bearing vibration acceleration acquisition test four position value and real-time transmission to the signal conversion module, S3; the signal conversion module the vibration acceleration at each position value is calculated into maximum decibel value standard and real-time transmission to the fault judgment and fault judgment module; S4 module selection and test of bearing fault bearing of the same type, and then for each position than the decibel threshold measured at the maximum value and the standard DB locations, and the analysis and evaluation according to the comparison results, to determine whether there is a fault bearing test. The method and the system can detect and predict whether the gear box bearing is broken or not, and is helpful for the staff to intuitively and simply master the safe service condition of the gear box bearing.

【技术实现步骤摘要】
一种齿轮箱轴承故障检测方法及系统
本专利技术涉及一种齿轮箱轴承故障检测方法及系统，属于轨道交通安全检测领域。
技术介绍
我国的轨道事业已经进入了完全工业化和现代化时期，高铁技术已经处于世界领先地位。齿轮箱体作为高铁运输机械上的关键部件，保障其安全服役性能，防止严重失效，非常必要。目前齿轮箱轴承故障诊断的方法依靠振动与噪声检测方法。随着信号检测技术、计算机技术、数字信号处理技术、人工智能技术的迅速发展，轴承故障诊断已经成为融合数学、物理、力学等自然科学和计算机技术、数字信号处理技术、人工智能技术的综合学科。轴箱装置作为车辆的关键部件，其制造、组装质量直接关系到车辆高速运行时的安全性。其核心为轴箱轴承。轴箱轴承主要结构由外圈、内圈、滚子和保持架四部分组成。内圈通过液压过应力与轴径进行过盈装配，运行时与轮轴同步旋转；外圈被安装在轴箱或轴承座孔内，起支撑车体的作用；滚子位于内圈、外圈之间，当内圈与轮对一同旋转时，外圈保持不动，滚子与外圈、内圈产生滚动摩擦，使其一方面绕其轴心自转，另一方面绕内、外圈滚道滚转。滚子的尺寸与个数决定了轴承承载力，保持架通过分割滚子使其各自位于均匀间隔的位置上，防止相互碰撞摩擦，能够确保各滚子独立运动。铁路客车轴箱轴承为分体式轴承，在组装前为分体状态，组装时依次进行内圈组装、外组件组装、注脂、轴箱体密封等工作，其组装作业相对于整体轴承较为复杂，若组装状态不良，或产品自身质量存在缺陷，极易造成轴承故障。轴承跑合试验是按照国家标准《铁路货车轮轴组装、检修及管理规则》，模拟轮对运转情况的试验。在一定条件(转速和时间)下，对使装车前的货车轮对进行跑合，使润滑脂涂布均匀，并试验轴承的温升、振动或异音情况，以此来检验轴承的生产及组装质量。轴承跑和试验有助于防止因轴承生产及组装质量问题，而引发的轮对运行早期的热轴、燃轴事故，进一步完善了对轴承生产及组装质量的检测，对于铁道车辆的安全运行有着重要的意义。分体式轴承的最终组装工作由轴箱组装单位完成，而非轴承生产厂家进行，为验证轴承自身及组装质量，分体式轴承组装后须进行跑合试验。轴承在跑合的过程中会产生冲击脉冲信号，包含轴承的缺陷信息，通过对冲击脉冲信号的检测和分析，可以直观地判断轴承的生产和组装质量。目前滚动轴承的振动诊断方法主要有频谱分析法、包络分析法。频谱分析法和包络分析法需要专业人员进行分析，诊断的准确率依赖于诊断人员的经验及水平，而且人工检测的原始数据不能保存，对单个工件检测结果不能进行准确的数据记录。因此迫切需要开展无须专业人员进行分析、可以直接得到轴承损伤的程度并且可以轻易获得轴承早期的故障信息的相关检测技术研究工作。
技术实现思路
本专利技术的第一专利技术目的是提供一种齿轮箱轴承故障检测方法。该方法能够检测并预测齿轮箱轴承是否存在故障的情况，使用该方法有助于工作人员直观、简单地掌握齿轮箱轴承跑合试验的安全服役情况，快速准确地判断跑合试验结果。本专利技术实现其第一专利技术目的所采取的技术方案是：一种齿轮箱轴承故障检测方法，包括以下步骤：S1、在故障判定模块中设置不同型号轴承在轴承跑合试验中四个位置的分贝阈值，建立缺陷数据库；所述四个位置分别为齿轮箱的风机侧主动轴附近预留孔处、风机侧从动轴附近预留孔处、电机侧主动轴附近预留孔处和电机侧从动轴附近预留孔处，四个位置的分贝阈值分别为风机侧主动轴分贝阈值、风机侧从动轴分贝阈值、电机侧主动轴分贝阈值和电机侧从动轴分贝阈值；S2、在轴承跑合试验中，采集试验轴承的风机侧主动轴振动加速度值、风机侧从动轴振动加速度值、电机侧主动轴振动加速度值和电机侧从动轴振动加速度值，并将所述四个位置处振动加速度数据实时传输给信号转化模块；S3、信号转化模块对传输来的试验轴承四个位置处振动加速度数据进行计算处理，将风机侧主动轴振动加速度值经计算转化为风机侧主动轴最大标准分贝值、风机侧从动轴振动加速度值经计算转化为风机侧从动轴最大标准分贝值、电机侧主动轴振动加速度值经计算转化为电机侧主动轴最大标准分贝值，电机侧从动轴振动加速度值经计算转化为电机侧从动轴最大标准分贝值，然后将所述四个位置的振动的冲击脉冲波的最大标准分贝值实时传输给故障判定模块；S4、故障判定模块在步骤S1建立的缺陷数据库中选择与所述试验轴承相同型号的故障轴承，然后分别对比信号转化模块传输来的风机侧主动轴最大标准分贝值与预先设定的风机侧主动轴分贝阈值，风机侧从动轴最大标准分贝值与预先设定的风机侧从动轴分贝阈值，电机侧主动轴最大标准分贝值与预先设定的电机侧主动轴分贝阈值，电机侧从动轴最大标准分贝值与预先设定的电机侧从动轴分贝阈值；并根据对比结果进行分析、评估，判定试验轴承是否存在故障。本专利技术的原理是：两个物体相互碰撞会产生一定能量的振动，这种振动不是呈连续状态而是以压力波的形式传递并呈脉冲状态，这种由于接触面上的物体发生碰撞而产生的振动为冲击脉冲。滚动轴承中有疲劳剥落、裂纹、磨损等缺陷时，滚子与内圈和外圈的不规则面相对运动会引起冲击脉冲，脉冲的能量与冲击的速度、接触面有关，这是一种有阻尼衰减性振动，其强弱反映了故障的程度，并与轴承的线速度有关。强脉冲一般持续上升和下降的时间很短，频谱范围较宽；弱脉冲持续上升和下降的时间较长，频谱范围较窄，包含有限的高频能量。所有工作中的轴承都存在冲击脉冲，健康、润滑良好的轴承中只有粗糙表面中最高的凸起会接触(贯穿油膜)，并产生相对低幅值的冲击脉冲；而润滑较差、外圈、内圈或滚子有损坏的轴承会产生高幅值的冲击脉冲。在轴承跑合试验中，轴承的齿轮箱风机侧主动轴附近、风机侧从动轴附近、电机侧主动轴附近和电机侧从动轴附近的冲击脉冲的分贝值具有不同的最大标准分贝值，所以本专利技术对上述四个位置进行分别判断。本专利技术首先分别采集上述四个位置的振动加速度数据，然后通过信号转化模块将加速度数据转化为振动的冲击脉冲波的最大标准分贝值，并传输给故障判定模块。再通过对比四个位置处的最大标准分贝值与预先设定的分贝阈值，从而判定轴承的故障情况。与现有技术相比，该技术方案的有益效果是：一、该方法能够预测齿轮箱轴承故障情况，提高了对齿轮箱轴承寿命的可估性，加强了对齿轮箱轴承是否更换的控制性，降低了由齿轮箱轴承故障引起的重大经济损失。二、最大标准分贝值是各个位置的振动的冲击脉冲波的绝对分贝减去冲击脉冲波的背景分贝得到的，仅仅代表各个位置处振动的冲击脉冲波情况，该方法利用最大标准分贝值作为判断依据减小了环境和齿轮箱及轴系本身的低频干扰，提高了轴承故障判断的准确性。进一步，本专利技术方法所述步骤S1中不同型号轴承在轴承跑合试验中四个位置的分贝阈值的确定方法是：以型号为M的轴承为例，A、选择型号为M的外圈故障轴承、内圈故障轴承、保持架故障轴承和滚子故障轴承各K个，K≥2；B、每个故障轴承进行J次轴承跑合试验，J≥3；每次轴承跑合试验得到一个故障轴承的风机侧主动轴最大标准分贝值、风机侧从动轴最大标准分贝值、电机侧主动轴最大标准分贝值和电机侧从动轴最大标准分贝值；计算每个轴承J次轴承跑合试验得到风机侧主动轴最大标准分贝值的平均值、风机侧从动轴最大标准分贝值的平均值、电机侧主动轴最大标准分贝值的平均值和电机侧从动轴最大标准分贝值的平均值；C、对比所有故障轴承的风机侧主动轴最大标准分贝值的平均值，取最本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种齿轮箱轴承故障检测方法，包括以下步骤：S1、在故障判定模块中设置不同型号轴承在轴承跑合试验中四个位置的分贝阈值，建立缺陷数据库；所述四个位置分别为齿轮箱的风机侧主动轴附近预留孔处、风机侧从动轴附近预留孔处、电机侧主动轴附近预留孔处和电机侧从动轴附近预留孔处，四个位置的分贝阈值分别为风机侧主动轴分贝阈值、风机侧从动轴分贝阈值、电机侧主动轴分贝阈值和电机侧从动轴分贝阈值；S2、在轴承跑合试验中，采集试验轴承的风机侧主动轴振动加速度值、风机侧从动轴振动加速度值、电机侧主动轴振动加速度值和电机侧从动轴振动加速度值，并将所述四个位置处振动加速度数据实时传输给信号转化模块；S3、信号转化模块对传输来的试验轴承四个位置处振动加速度数据进行计算处理，将风机侧主动轴振动加速度值经计算转化为风机侧主动轴最大标准分贝值、风机侧从动轴振动加速度值经计算转化为风机侧从动轴最大标准分贝值、电机侧主动轴振动加速度值经计算转化为电机侧主动轴最大标准分贝值，电机侧从动轴振动加速度值经计算转化为电机侧从动轴最大标准分贝值，然后将所述四个位置的振动的冲击脉冲波的最大标准分贝值实时传输给故障判定模块；S4、故障判定模块在缺陷数据库中选择与所述试验轴承相同型号的故障轴承，然后分别对比信号转化模块传输来的风机侧主动轴最大标准分贝值与预先设定的风机侧主动轴分贝阈值，风机侧从动轴最大标准分贝值与预先设定的风机侧从动轴分贝阈值，电机侧主动轴最大标准分贝值与预先设定的电机侧主动轴分贝阈值，电机侧从动轴最大标准分贝值与预先设定的电机侧从动轴分贝阈值；并根据对比结果进行分析、评估，判定试验轴承是否存在故障。...

【技术特征摘要】
1.一种齿轮箱轴承故障检测方法，包括以下步骤：S1、在故障判定模块中设置不同型号轴承在轴承跑合试验中四个位置的分贝阈值，建立缺陷数据库；所述四个位置分别为齿轮箱的风机侧主动轴附近预留孔处、风机侧从动轴附近预留孔处、电机侧主动轴附近预留孔处和电机侧从动轴附近预留孔处，四个位置的分贝阈值分别为风机侧主动轴分贝阈值、风机侧从动轴分贝阈值、电机侧主动轴分贝阈值和电机侧从动轴分贝阈值；S2、在轴承跑合试验中，采集试验轴承的风机侧主动轴振动加速度值、风机侧从动轴振动加速度值、电机侧主动轴振动加速度值和电机侧从动轴振动加速度值，并将所述四个位置处振动加速度数据实时传输给信号转化模块；S3、信号转化模块对传输来的试验轴承四个位置处振动加速度数据进行计算处理，将风机侧主动轴振动加速度值经计算转化为风机侧主动轴最大标准分贝值、风机侧从动轴振动加速度值经计算转化为风机侧从动轴最大标准分贝值、电机侧主动轴振动加速度值经计算转化为电机侧主动轴最大标准分贝值，电机侧从动轴振动加速度值经计算转化为电机侧从动轴最大标准分贝值，然后将所述四个位置的振动的冲击脉冲波的最大标准分贝值实时传输给故障判定模块；S4、故障判定模块在缺陷数据库中选择与所述试验轴承相同型号的故障轴承，然后分别对比信号转化模块传输来的风机侧主动轴最大标准分贝值与预先设定的风机侧主动轴分贝阈值，风机侧从动轴最大标准分贝值与预先设定的风机侧从动轴分贝阈值，电机侧主动轴最大标准分贝值与预先设定的电机侧主动轴分贝阈值，电机侧从动轴最大标准分贝值与预先设定的电机侧从动轴分贝阈值；并根据对比结果进行分析、评估，判定试验轴承是否存在故障。2.根据权利要求1所述的一种齿轮箱轴承故障检测方法，其特征在于：所述步骤S1中不同型号轴承在轴承跑合试验中四个位置的分贝阈值的确定方法是：以型号为M的轴承为例，A、选择型号为M的外圈故障轴承、内圈故障轴承、保持架故障轴承和滚子故障轴承各K个，K≥2；B、每个故障轴承进行J次轴承跑合试验，J≥3；每次轴承跑合试验得到一个故障轴承的风机侧主动轴最大标准分贝值、风机侧从动轴最大标准分贝值、电机侧主动轴最大标准分贝值和电机侧从动轴最大标准分贝值；计算每个轴承J次轴承跑合试验得到风机侧主动轴最大标准分贝值的平均值、风机侧从动轴最大标准分贝值的平均值、电机侧主动轴最大标准分贝值的平均值和电机侧从动轴最大标准分贝值的平均值；C、对比所有故障轴承的风机侧主动轴最大标准分贝值的平均值，取最小的风机侧主动轴最大标准分贝值的平均值记为型号为M的轴承的风机侧主动轴分贝阈值对比所有故障轴承的风机侧从动轴最大标准分贝的平均值，取最小的风机侧从动轴最大标准分贝的平均值记为型号为M的轴承的风机侧从动轴分贝阈值对比所有故障轴承的电机侧主动轴最大标准分贝值的平均值，取最小的电机侧主动轴最大标准分贝值的平均值记为型号为M的轴承的电机侧主动轴分贝阈值对比所有故障轴承的电机侧从动轴最大标准分贝的平均值，取最小的电机侧从动轴最大标准分贝的平均值记为型号为M的轴承的电机侧从动轴分贝阈值所述每次轴承跑合试验的操作步骤是：首先，在轴承跑合试验中，采集故障轴承的风机侧主动轴振动加速度值、风机侧从动轴振动加速度值、电机侧主动轴振动加速度值和电机侧从动轴振动加速度值，并实时传输给信号转化模块；然后，信号转化模块对传输来的故障轴承四个位置处振动加速度数据进行计算处理，将风机侧主动轴振动加速度值经计算转化为风机侧主动轴最大标准分贝值、风机侧从动轴振动加速度值经计算转化为风机侧从动轴最大标准分贝值、电机侧主动轴振动加速度值经计算转化为电机侧主动轴最大标准分贝值，电机侧从动轴振动加速度值经计算转化为电机侧从动轴最大标准分贝值。3.根据权利要求1或2所述的一种齿轮箱轴承故障检测方法，其特征在于：所述在轴承跑合试验中，采集试验轴承或故障轴承的风机侧主动轴振动加速度值、风机侧从动轴振动加速度值、电机侧主动轴振动加速度值和电机侧从动轴振动加速度值的具体方法是：轴承跑合试验之前，在轴承齿轮箱风机侧主动轴附近预留孔处放置加速度传感器一，风机侧从动轴附近预留孔放置加速度传感器二，电机侧主动轴附近预留孔处放置加速度传感器三，电机侧从动轴附近预留孔放置加速度传感器四；在轴承跑合试验中，通过加速传感器实时采集轴承的风机侧主动轴振动加速度值、风机侧从动轴振动加速度值、电机侧主动轴振动加速度值和电机侧从动轴振动加速度值。4.根据权利要求1或2所述的一种齿轮箱轴承故障检测方法，其特征在于：所述信号转化模块对传输来的试验轴承或故障轴承四个位置处振动加速度数据进行计算处理，将风机侧主动轴振动加速度值经计算转化为风机侧主动轴最大标准分贝值、风机侧从动轴振动加速度值经计算转化为风机侧从动轴最大标准分贝值、电机侧主动轴振动加速度值经计算转化为电机侧主动轴最大标准分贝值，电机侧从动轴振动加速度值经计算转化为电机侧从动轴最大标准分贝值的具体方法是：首先通过公式dBsv＝20lg(a/a0)计算各个位置的振动的冲击脉冲波的绝对分贝dBsv，其中a为传输来的各个位置的振动加速度，单位为m/s2，a0为预设参考值，a0＝9.81×10-3m/s2；然后，通过公式dBi＝20(lgN+0.6lgd-lg2050)计算振动的冲击脉冲波的背景分贝dBi，其中N为滚动轴承转速(转/分)，d为滚动轴承内圈直径(毫米)；最后，用各个位置振动的冲击脉冲波的绝对分贝dBsv分别减去冲击脉冲波的背景分贝dBi即得到所述各个位置处振动的冲击脉冲波的最大标准分贝值。5.根据权利要求1所述的一种齿轮箱轴承故障检测方法，其特征在于：所述步骤S4中，根据对比结果进行分析、评估，判定试验轴承是否存在故障的具体做法是：若试验轴承同时满足风机侧主动轴最大标准分贝值小于风机侧主动轴分贝阈值的60％，风机侧从动轴最大标准分贝值小于风机侧从动轴分贝阈值的60％，电机侧...

【专利技术属性】
技术研发人员：永远，许章亮，陈大志，彭凡，
申请(专利权)人：成都柏森松传感技术有限公司，
类型：发明
国别省市：四川,51