用于识别传动装置上的故障的方法制造方法及图纸

本发明专利技术涉及一种用于在具有至少一对相互啮合的齿轮（9，10）的齿轮传动级（2，3）中识别故障的方法，其中，通过至少一个振动传感器（4，5）检测振动信号，该振动信号与在传动级（2，3）的运行中出现的振动对应一致，并对检测到的振动信号进行分析，以便识别可能的故障，其中，借助于振动传感器（4，5）检测振动信号，该振动信号与振动对应一致，该振动是由于滚切-和冲击运动，在至少一对齿轮（9，10）的、在载荷的作用下进行的齿啮合而引起的，将振动信号与校准振动信号进行比较，由振动信号与校准振动信号的偏差求出作用在传动装置（1）上的转矩，并且在评估振动信号时，在可能的故障方面，对求出的转矩加以考虑。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及一种用于在具有至少一对相互啮合的齿轮的齿轮传动级中识别故障的方法，其中，通过至少一个振动传感器检测振动信号，该振动信号与在传动级的运行中出现的振动对应一致，并对检测到的振动信号进行分析，以便识别可能的故障。此外本专利技术还涉及一种用于在齿轮传动级中识别故障的装置。
技术介绍
在工业领域中的许多机器中，传动装置都是核心的部件。这些传动装置在运行中受到的载荷大，并因此导致磨损大，其中这可能引起故障，这些故障可能使得传动装置和整个机器的功能恶化和尤其是失效。为了使这种和故障有关的失效和由此带来的经济损失最小化或者说将其阻止，要致力于观察传动装置的功能。在此采用了状态监测系统(Condition Monitoring Systems - CMS),利用该系统可以在连续运行中监测部件、例如 传动装置是否按规定工作，或者是否功能有故障或者说有这样的倾向。故障的出现或者即将来临可以按此方式提前识别，从而可以采取适合的措施，以便局部限制故障，或者说同时地且有效地消除故障。以下可以通过提前的故障识别来减小机器的运行限制或停机时间。当前，这样的状态监测系统，尤其是在通过风力来产生能量的背景里具有意义，这是因为必须保证风力发电设备的持久可靠的运行，以便实现连续的供电，并且是设备的经济性运行的先决条件。在这里特别注意到传动装置的状态监测，这是因为风力发电设备的传动装置在风力发电设备的多个部件中是每次故障的停机时间最长的。长的停机时间在此受到复杂的修理过程和故障部件有时难于够到的影响而导致。状态监测-或者说状态诊断系统，正如在风力领域所应用的那样，一般包括设备的温度监测装置；在设备里使用润滑油的状态监测装置；和振动监测装置。在振动监测装置中借助于适合的振动传感器监测随着部件的运行而产生的振动，以便能够探测与风力发电设备的、或者说其部件的正常运行的偏差情况，这些偏差说明了存在的故障。监测并记录了当前的运行参数、例如转速或者载荷。状态监测在已知的方法中一般要进行较长的时间。为了识别故障，将检测到的信号与参考值进行比较，该参考值在校准测量的范畴中检测到或者借助于模拟方法已经得至IJ。可以对存在有故障时所检测到的振动图例进行编目，并且然后将它们提供用于与今后要检测的振动图例进行比较。只有在检测编目的振动图例和将振动图例与其比较，预计到相同的运行参数时，才能够通过比较进行可靠的故障诊断。由于风速变化很大，风力发电设备经受的载荷谱就比较宽，而受运行限制的参数在一个宽的范围上。因而一般不能够或者只是用高的费用才能够给所有可以考虑的系统运行状态存入参考值。由于这种原因，例如用一种所谓的包络线技术来工作。参考信号在此分别分配有一个最小的和最大的值，因此对受运行限制的偏差的范围进行估计和预定。如果信号位于这个参考窗口之外，那么偏差被解释为取决于故障的。然而这可能有不精确性，而且对于一种可靠的故障识别来说，必须请出专家，专家对检测的信号进行分析，并根据其经验可以识别出可能的故障。这被认为是不足的，这是因为尤其是由于安装的风力发电设备很多，因此要考虑到可以请的专家不够，而且除此之外请专家来识别故障会导致费用高。因而力求对在状态监测范围里所检测到的数据，在存在有故障的方面的分析进行改进。在此，对于可靠的故障诊断来说尤其必要的是将通过当前运行参数的变化所引起的检测到的信号的变化与取决于故障的变化区分开。在公开出版物“探测初期风力涡轮机传动箱故障用于在线状态监测的信号分析方法，，的范畴中(，，Detecting Incipient Wind Turbine Gearbox Failure:The SignalAnalysis Method for On-Line Condition Monitoring“)，作者是 CJ Craptree 等人，欧洲风能会议(European Wind Energy Conference2010 (EffEC 2010))提出建议将在状态诊断的范畴中所检测到的信号标准化为一个运行参数、在这里为载荷，因而应该使故障识别的可靠性得到改善。除此之外还提出了一种在线状态监测的分析方法，通过该方法在早期阶段来识别出现的传动装置故障，其方法是对多个在状态监测的范畴中记录的独立信号加以考虑并进行比较。对这种多参数计算途径来说，尤其是对被记录的传动装置振动和 油状态加以考虑。
技术实现思路
本专利技术的目的是，提出另一种用于识别故障的方法，该方法可以实现对传动装置上的故障的可靠识别或者说预测，其中，故障识别可以自动化地进行，并且可以经济有利地应用该方法。该目的根据本专利技术由此来实现借助于振动传感器检测振动信号，该振动信号与振动对应一致，振动是由于滚切-和冲击运动，在至少一对齿轮的、在载荷的作用下进行的齿啮合而引起的。将振动信号与校准振动信号进行比较，并且由振动信号与校准振动信号的偏差求出作用在传动装置上的转矩。接下来，在评估振动信号时，在可能的故障方面，对求出的转矩加以考虑。本专利技术基于以下认识一对齿轮的处于啮合的齿在有载荷时发生变形。变形按照胡克定理对于直线弹性情况来说，取决于所施加的力和变形构件的弹簧常数。因此在齿轮传动级中，齿的刚性与所施加转矩一起确定了 啮合齿的变形程度有多大。这种关系根据本专利技术被充分利用，以求出转矩。由于处于啮合状态中的齿的取决于载荷的变形，齿的啮合的过程发生变化。这种变化可以借助于振动传感器探测到。为此在传动装置上检测振动信号，这种信号与由于滚切-和冲击运动，在载荷作用下进行齿啮合时所引起的振动对应一致。检测到的振动信号则被与校准振动信号比较，并由振动信号与校准振动信号的偏差确定作用在传动装置上的转矩。如果借助于振动传感器来监测传动装置的状态，就可以识别故障情况，这是因为传动装置部件的取决于磨损和故障的变形也导致所检测到的振动信号的变化。为此对于检测到的振动信号例如就重要的点而言进行分析，并与参考值进行比较。同时在振动信号里可能存在有取决于故障的、形状为尖峰或者边沿(Flanken)的偏差。信号里的尖峰或者边沿也可能取决于故障地发生移动。通过根据本专利技术的对作用在传动装置上的转矩的考虑，在分析信号时就可以将纯粹取决于运行的振动信号变化与取决于故障的变化区分开。在这里可以将检测到的振动信号例如标准化为根据本专利技术求出的转矩，其中，可以应用各种不同的已知的数学的或者取决于功能的方法。因此简单地保证了可靠的故障识别或者说故障预测，并因此保证了包括传动装置的设备的经济运行。在本专利技术的一种实施方式中可以设计为检测与另一对齿轮的一个齿哨合对应一致的一个振动信号。然后将振动信号与一个校准振动信号进行比较，并由两个振动信号与相应的校准振动信号的偏差值求出作用在传动装置上的转矩。在此可以检测 动信号，该振动信号与设置在一个轴上的在轴向有间距的位置上的两对啮合的齿轮对应一致。因此为了确定转矩，也可以考虑取决于载荷的轴的变形。在载荷作用下无论是齿轮对的齿，还是位于两个齿轮对之间的轴部段都可能有变形。测定两个与齿的啮合对应一致的振动信号与相应的校准振动信号的偏差的差值则也包括了取决于载荷的轴的变形。与两对齿轮对应一致的在此可以是单独的振动信号，或者是一个信号的不同的振动信号分量。在有利的设计方案中可以将一个振动信号用作为校准振动本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种用于在具有至少一对相互啮合的齿轮（9，10）的齿轮传动级（2，3）中识别故障的方法，其中，通过至少一个振动传感器（4，5）检测振动信号，所述振动信号与在所述传动级（2，3）的运行中出现的振动对应一致，并对检测到的所述振动信号进行分析，以便识别可能的故障，其特征在于，？借助于所述振动传感器（4，5）检测振动信号，所述振动信号与振动对应一致，振动是由于滚切？和冲击运动，在至少一对所述齿轮（9，10）的、在载荷的作用下进行的齿啮合而引起的，？将所述振动信号与校准振动信号进行比较，？由所述振动信号与所述校准振动信号的偏差求出作用在传动装置（1）上的转矩，并且？在评估所述振动信号时，在可能的故障方面，对求出的转矩加以考虑。

【技术特征摘要】
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【专利技术属性】
技术研发人员：阿尔诺·克莱恩希帕斯，扬迪尔克·雷默斯，
申请(专利权)人：西门子公司，
类型：发明
国别省市：