一种链轮磨损在线监测系统及谷物联合收割机链传动系统技术方案

本发明专利技术提供了一种链轮磨损在线监测系统及谷物联合收割机链传动系统，包括传感器组件、分析处理模块和状态监测装置；所述激光位移传感器用于测量链轮转动过程中轮齿各部位的位移；所述电涡流位移传感器用于测量链轮安装轴的振幅；所述传感器组件通过信号采集单元输入分析处理模块；所述分析处理模块包括圆度计算模块和齿面磨损分析模块；所述圆度计算模块根据链轮转动过程中轮齿各部位的位移和链轮安装轴的振幅，判断链轮轮廓是否磨损；所述齿面磨损分析模块根据链轮转动过程中轮齿各部位的位移，判断链轮轮齿是否磨损。本发明专利技术结构简单、安装方便、可靠性高，可经过分析模块处理得到的信号能够更加真实地反映链轮的实际状态和运动特征。

【技术实现步骤摘要】
一种链轮磨损在线监测系统及谷物联合收割机链传动系统
本专利技术涉及链轮磨损监测领域或者智能联合收割机领域，特别涉及一种链轮磨损在线监测系统及谷物联合收割机链传动系统。
技术介绍
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且导致可靠性差，主要是因为谷物联合收割机多级链传动系统常常发生链轮的磨损、点蚀等情况。如果驾驶员未能及时发现并处理，问题链轮会造成传动链的磨损以及系统转速降低甚至机器发生损坏的后果。最终降低联合收割机在共工作时的效率，并且浪费大量时间，并且可能造成其他工作部件连续损害，最终导致整机工作可靠性大大降低。因此，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系统进行实时工作前的在线监测以及对问题链轮精确定位具有重要意义。目前针对谷物联合收割机链传动中的故障诊断的方法主要有：中国专利公开了采用割台高度检测传感器可以精确实时的检测联合收割机割台的高度，得到相应的割茬高度进行显示，当割台高度不符合工作要求时则进行相应报警提示，可以避免对割刀的损坏。中国专利公开了一种联合收割机电气系统故障诊断装置，将被诊断对象依次电连接继电器触点、单片微型处理器，单片微型处理器另一端电连接液晶屏和键盘，可以在联合收割机作业时及时发现电气系统故障并给出故障处理建议；中国专利公开了一种基于FNN的切纵流联合收割机故障诊断方法及其装置，其基于FNN故障诊断算法并通过信号采集模块、PLC、显示模块和声光报警模块来实现对切纵流联合收割机工作情况、故障情况的实时监测。以上专利技术专利可以实现对联合收割机工作状态和故障情况的实时监测，但是结构复杂，成本昂贵，精度不高，并且难以应用于链传动系统中的链轮的故障检测及具体定位和在线监测。目前对于链轮的圆度变化以及链轮的磨损缺乏系统的精确的监测手段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。
技术实现思路
针对现有技术中存在的不足，本专利技术提供了一种链轮磨损在线监测系统及谷物联合收割机链传动系统，通过利用若干激光位移传感器和电涡流位移传感器的组合来实时监测谷物联合收割机多级链传动系统中链轮的工作状态，判别链轮是否存在故障包括链轮的圆度测量、轮齿的磨损实时监测并能够精确到具体轮齿的工作状态。利用采集到的谷物联合收割机多级链传动系统内链轮的位移信号的规律以及与转轴振动信号的相对位移计算的方法进行对比分析，可以准确绘制出链轮的齿顶圆和齿根圆直径轮廓、相应圆度的计算以及定位到相应轮齿的工作状态。本专利技术是通过以下技术手段实现上述技术目的的。一种链轮磨损在线监测系统，包括传感器组件、分析处理模块和状态监测装置；所述传感器组件包括激光位移传感器和电涡流位移传感器；所述激光位移传感器用于测量链轮转动过程中轮齿各部位的位移；所述电涡流位移传感器用于测量链轮安装轴的振幅；所述传感器组件通过信号采集单元输入分析处理模块；所述分析处理模块包括圆度计算模块和齿面磨损分析模块；所述圆度计算模块根据链轮转动过程中轮齿各部位的位移和链轮安装轴的振幅，判断链轮轮廓是否磨损；所述齿面磨损分析模块根据链轮转动过程中轮齿各部位的位移，判断链轮轮齿是否磨损；所述状态监测装置用于反馈所述分析处理模块分析结果。进一步，所述述圆度计算模块根据链轮转动过程中轮齿各部位的位移和链轮安装轴的振幅，判断链轮轮廓是否磨损，具体为：通过链轮转动过程中轮齿各部位的位移和链轮安装轴的振幅分别计算Ri,j和ri,j，其中，Ri,j为第i个链轮中第j个轮齿的齿顶圆半径计算值，ri,j为第i个链轮中第j个轮齿的齿根圆半径计算值；当Rimax-Rimin≤K，且rimax-rimin≤K时，则第i个链轮的轮廓满足误差范围；否则，第i个链轮的轮廓磨损；其中：K为不同直径的链轮在正常状态下的圆度值；Rimax为Ri,j中的最大值；Rimix为Ri,j中的最小值；rimax为ri,j中的最大值；rimix为ri,j中的最小值。进一步，所述述圆度计算模块根据链轮转动过程中轮齿各部位的位移和链轮安装轴的振幅，判断链轮轮廓是否磨损，具体为：通过链轮转动过程中轮齿各部位的位移和链轮安装轴的振幅分别计算Ri,j和ri,j，其中，Ri,j为第i个链轮中第j个轮齿的齿顶圆半径测量值，ri,j为第i个链轮中第j个轮齿的齿根圆半径测量值；当且时，则第i个链轮的轮廓满足误差范围；否则，第i个链轮的轮廓磨损；其中：R为链轮齿顶圆半径的标准值；r为链轮齿根圆半径的标准值；K为不同直径的链轮在正常状态下的圆度值；Ni为第i个链轮上轮齿的数量。进一步，通过链轮转动过程中轮齿各部位的位移和链轮安装轴的振幅分别计算Ri,j和ri,j，具体为：第i个链轮中第j个轮齿的齿顶圆半径计算值Ri,j用下面表达式计算：R*＝D-F2+F3第i个链轮中第j个轮齿的齿根圆半径计算值ri,j用下面表达式计算；r*＝D-F1+F3其中：D为轴心与所述激光位移传感器之间的距离；F1为所述激光位移传感器在一个轮齿内所测得的位移最大值；F2为所述激光位移传感器在一个轮齿内所测得的位移最小值；F3为所述电涡流位移传感器测得的链轮安装轴的振幅。进一步，通过键相信号使激光位移传感器与电涡流位移传感器的信号同步，具体为：所述激光位移传感器扫过每个轮齿所需时间为T/Ni，T为链轮旋转一圈需要时间，Ni为第i个链轮上轮齿的数量；根据激光位移传感器的采样频率可计算处扫过每一个轮齿所需的时间和在T时间的采样点数，所述激光位移传感器在一个轮齿内所测得的位移最大值为F1，所述激光位移传感器在一个轮齿内所测得的位移最小值为F2；通过计数器获得F1和F2分别对应点的计数值，通过获得的计数值对电涡流位移传感器的信号进行数值提取，可得到相应位置链轮安装轴的振幅F3。进一步，所述齿面磨损分析模块根据链轮转动过程中轮齿各部位的移动，判断链轮轮齿是否磨损，具体为：所述激光位移传感器测量链轮转动过程中轮齿各部位的位移Mi,j,n，其中i表示链轮的标号；j表示第i个链轮的第j个轮齿；n表示激光位移传感器采集的第j个轮齿中的第n个位移信号点；计算相邻轮齿的差值：|Mi,j,n-Mi,j-1,n|，统计相邻轮齿的差值大于许用值Mi的个数N′，当N′大于采样频率，则第i个链轮的第j个轮齿的齿面磨损；其中许用值Mi＝(R-r)×d×100％；R为链轮齿顶圆半径的标准值；r为链轮齿根圆半径的标准值；d为对应种类链轮的最大磨损百分比。进一步，所述状态监测装置包括存储器、显示器和报警系统；所述显示器用于显示各对应标号链轮的内外径形状的模拟信号、各个轮齿的位移变化信号、转轴振动位移的时域信号；当所述圆度计算模块判断链轮轮廓磨损，所述报警系统发出报警信号；当所述齿面磨损分析模块判断链轮轮齿磨损，所述报警系统发出报警信号；所述存储器用于储存所述传感器组件的测量数据。一种谷物联本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种链轮磨损在线监测系统，其特征在于，包括传感器组件、分析处理模块(5)和状态监测装置(6)；/n所述传感器组件包括激光位移传感器(2)和电涡流位移传感器(3)；所述激光位移传感器(2)用于测量链轮转动过程中轮齿各部位的位移；所述电涡流位移传感器(3)用于测量链轮安装轴的振幅；/n所述传感器组件通过信号采集单元(4)输入分析处理模块(5)；所述分析处理模块(5)包括圆度计算模块(501)和齿面磨损分析模块(502)；所述圆度计算模块(501)根据链轮转动过程中轮齿各部位的位移和链轮安装轴的振幅，判断链轮轮廓是否磨损；所述齿面磨损分析模块(502)根据链轮转动过程中轮齿各部位的位移，判断链轮轮齿是否磨损；所述状态监测装置(6)用于反馈所述分析处理模块(5)分析结果。/n

【技术特征摘要】
1.一种链轮磨损在线监测系统，其特征在于，包括传感器组件、分析处理模块(5)和状态监测装置(6)；
所述传感器组件包括激光位移传感器(2)和电涡流位移传感器(3)；所述激光位移传感器(2)用于测量链轮转动过程中轮齿各部位的位移；所述电涡流位移传感器(3)用于测量链轮安装轴的振幅；
所述传感器组件通过信号采集单元(4)输入分析处理模块(5)；所述分析处理模块(5)包括圆度计算模块(501)和齿面磨损分析模块(502)；所述圆度计算模块(501)根据链轮转动过程中轮齿各部位的位移和链轮安装轴的振幅，判断链轮轮廓是否磨损；所述齿面磨损分析模块(502)根据链轮转动过程中轮齿各部位的位移，判断链轮轮齿是否磨损；所述状态监测装置(6)用于反馈所述分析处理模块(5)分析结果。


2.根据权利要求1所述的链轮磨损在线监测系统，其特征在于，所述述圆度计算模块(501)根据链轮转动过程中轮齿各部位的位移和链轮安装轴的振幅，判断链轮轮廓是否磨损，具体为：
通过链轮转动过程中轮齿各部位的位移和链轮安装轴的振幅分别计算Ri，j和ri，j，其中，Ri，j为第i个链轮中第j个轮齿的齿顶圆半径计算值，ri，j为第i个链轮中第j个轮齿的齿根圆半径计算值；
当Rimax-Rimin≤K，且rimax-rimin≤K时，则第i个链轮的轮廓满足误差范围；否则，第i个链轮的轮廓磨损；
其中：K为不同直径的链轮在正常状态下的圆度值；Rimax为Ri，j中的最大值；Rimix为Ri，j中的最小值；rimax为ri，j中的最大值；rimix为ri，j中的最小值。


3.根据权利要求1所述的链轮磨损在线监测系统，其特征在于，所述述圆度计算模块(501)根据链轮转动过程中轮齿各部位的位移和链轮安装轴的振幅，判断链轮轮廓是否磨损，具体为：
通过链轮转动过程中轮齿各部位的位移和链轮安装轴的振幅分别计算Ri，j和ri，j，其中，Ri，j为第i个链轮中第j个轮齿的齿顶圆半径测量值，ri，j为第i个链轮中第j个轮齿的齿根圆半径测量值；
当且时，则第i个链轮的轮廓满足误差范围；否则，第i个链轮的轮廓磨损；
其中：R为链轮齿顶圆半径的标准值；r为链轮齿根圆半径的标准值；K为不同直径的链轮在正常状态下的圆度值；Ni为第i个链轮上轮齿的数量。


4.根据权利要求2或3所述的链轮磨损在线监测系统，其特征在于，通过链轮转动过程中轮齿各部位的位移和链轮安装轴的振幅分别计算Ri，j和ri，j，具体为：
第i个链轮中第j个轮齿的齿顶圆半径计算值Ri，j用下面表达式计算：
R*＝D-F2+F3
...

【专利技术属性】
技术研发人员：唐忠，李宇，王美琳，张奔，李耀明，
申请(专利权)人：江苏大学，
类型：发明
国别省市：江苏;32