行星齒輪箱故障診斷與預測試驗裝置的制造方法
【技術領域】
[0001]本發明屬于機械設備狀態監測與故障診斷領域，具體涉及一種以行星齒輪傳動為對象的故障診斷與預測試驗裝置。
【背景技術】
[0002]行星齒輪系統具有結構緊湊、傳動比大等特點，廣泛應用于風力發電機、直升機等工業裝備的傳動系統中。上述工業裝備往往運行環境惡劣、載荷轉速復雜多變，會對行星齒輪等傳動部件產生較大沖擊，行星架的齒輪、軸承等關鍵部件容易產生裂紋、斷齒、疲勞點蝕等故障，此類故障的產生輕則導致傳動不暢，影響傳動效率，重則破壞整個傳動鏈，造成巨大經濟損失。
[0003]與定軸齒輪傳動相比，行星齒輪系統內部結構復雜，行星架所承載的行星齒輪既有自轉又有公轉，所形成的調制現象對故障特征提取帶來困難，針對行星齒輪箱的狀態監測、故障診斷及預測是工業裝備領域的研宄重點，也是難點。行星齒輪箱的服務對象(風力發電機、直升機)往往運行于無人值守的野外、空中，獲取實際監測數據難度很大，運營單位處于技術保密的考慮，其設備參數和運行狀態也不對外公開，難以將診斷結果與設備的實際故障類型、故障程度及趨勢有機結合，阻礙了狀態監測與智能診斷及預測方法在此類設備中的應用，給及時制定維護維修策略帶來障礙。
[0004]設備故障預測技術是比故障診斷更高級的維修保障形式，是一門涉及機械、電子、信息與控制等多學科綜合的新興邊緣學科。近年來，該技術在石油化工、軍用飛機、電站設備等工業應用方面取得較多研宄成果。準確進行故障預測需要大量的運行樣本進行模型訓練，大型行星齒輪傳動戰略地位重要，獲取訓練樣本數據困難，因而設計并組建行星齒輪箱故障診斷與預測試驗裝置至關重要，通過本裝置，可以獲取大量典型故障數據，建立齒輪故障與監測信號的表征關系，模擬行星傳動中某一部件從無到有的故障過程及對應數據，為行星齒輪箱故障機理和先進信號處理方法的研宄奠定基礎，并為實際行星齒輪箱的智能診斷、預知維護提供參考依據。

【發明內容】

[0005]本發明提供一種針對行星齒輪傳動的故障診斷與預測試驗裝置，用于研宄行星齒輪的故障機理及特征提取、故障診斷與預測方法。
[0006]1.圖1中，三相異步電動機、行星齒輪箱(減速)、行星齒輪箱(增速)、扭矩儀(轉速計)和三相永磁發電機通過聯軸器7聯接，組成傳動鏈；
[0007]2.三相異步電動機采用變頻器驅動并調速，經行星齒輪箱減速后的動力可以模擬實際變轉速、變載荷外部激勵(如風力發電機的風載荷、直升飛機的發動機輸出等)；
[0008]3.三相永磁發電機產生的電能經過整流、逆變和控制環節并入電網1，節省異步電動機驅動所需能量；
[0009]4.同步拾取多路信號包括振動4、轉速、扭矩、電壓2和電流3等信號，經采集模塊5收集后通過網絡傳遞給上位機6，針對各類信號的分析與處理可以為行星齒輪箱的故障診斷和預測提供多種解決手段，互為補充；
[0010]5.試驗裝置中兩個行星齒輪箱對稱布置，一個齒輪箱作為無故障參考，另一個齒輪箱模擬齒輪或軸承故障，通過對比相同工況下兩者的信號特點進而研宄行星齒輪的運行機理。
[0011]本發明的有益效果為:
[0012](I)采用異步電動機拖動，行星齒輪箱減速、增速，扭矩儀測扭、測速，發電機發電并網等一系列環節組成閉式結構，既能模擬實際設備變速、變載荷的工況，又可以節省電能、減少消耗。
[0013](2)行星齒輪箱采用對稱布置的模式，在運行工況完全相同的情況下，可以進行有無故障的對比分析，分析結果相互驗證，互為補充。
[0014](3)全面監控試驗裝置中振動、扭矩、轉速、電壓、電流等信號，并基于多類信號研宄先進特征提取、故障診斷及預測方法，解決了大型行星齒輪箱運行數據獲取困難，故障診斷與預測理論基礎不足等問題。
【附圖說明】
[0015]圖1為行星齒輪箱故障診斷與預測試驗裝置示意圖；
[0016]圖2為行星齒輪加速疲勞斷裂試驗所測振動信號及其特征值；
[0017]圖3為行星齒輪疲勞斷裂圖片。
【具體實施方式】
[0018]本發明提供了一種針對行星齒輪傳動的故障診斷與預測裝置，下面結合附圖和【具體實施方式】對本發明做進一步說明。
[0019](I)試驗臺搭建調試完畢后，在載荷、轉速不變的狀態下連續運行若干小時，直到其中有部件破壞；
[0020](2)全程采集振動、電壓、電流、扭矩和轉速等信號，并進行信號處理；
[0021](3)以振動信號為例，圖2a為行星齒輪疲勞斷裂全程時間信號，從0_80s左右為跑合階段，從80s開始可能出現局部微小裂紋，從80s-380s，齒輪裂紋處于發展階段，直至380s之后輪齒斷裂，振動加劇；
[0022](4)圖2b和圖2c分別是行星齒輪在全壽命周期中振動信號的有效值和峭度，通過研宄80s-380s裂紋發展過程中的特征量，可以分析齒輪疲勞劣化過程，研宄基于運行數據的故障預測方法；
[0023](5)圖3為斷裂的行星齒輪。
[0024]實際實施過程中，可能會出現斷裂、點蝕、磨損等具體故障，甚至是多種故障的并存，信號特征提取的方法也不限于有效值和峭度，可以根據具體特點研宄反映劣化趨勢的有效特征量。運行工況的選擇也很靈活，可進一步研宄變工況下的故障劣化規律。
【主權項】
1.行星齒輪箱故障診斷與預測試驗裝置，其特征在于:三相異步電動機、行星齒輪箱(減速)、行星齒輪箱(增速)、扭矩儀(轉速計)和三相永磁發電機通過聯軸器7聯接，組成傳動鏈。
2.根據權利要求1所述行星齒輪箱故障診斷與預測試驗裝置，其特征在于三相異步電動機采用變頻器調速，經行星齒輪箱減速后的動力可以模擬實際變轉速、變載荷外部激勵(如風力發電機的風載荷、直升飛機的發動機輸出等)。
3.根據權利要求1所述行星齒輪箱故障診斷與預測試驗裝置，其特征在于三相永磁發電機產生的電能需經過整流、逆變和控制環節并入電網1，節省異步電動機驅動所需能量。
4.根據權利要求1所述行星齒輪箱故障診斷與預測試驗裝置，其特征在于多路信號包括振動4、轉速、扭矩、電壓2和電流3等信號等可以被同步拾取，經采集模塊5收集后通過網絡傳遞給上位機6，各類信號的分析與處理可以為行星齒輪箱的故障診斷和預測提供多種解決手段，互為補充。
5.根據權利要求1所述行星齒輪箱故障診斷與預測試驗裝置，其特征在于兩個行星齒輪箱對稱布置，一個齒輪箱作為無故障參考，另一個齒輪箱模擬齒輪或軸承故障，通過對比相同工況下兩者的信號特點進而研宄行星齒輪的運行機理。
【專利摘要】本發明屬于機械設備狀態監測與故障診斷領域，具體涉及一種以行星傳動為對象的故障診斷與預測試驗裝置。本發明旨在研究行星齒輪箱的振動機理及損傷特性，通過聯軸器將異步電動機、行星齒輪箱(減速)、行星齒輪箱(增速)、扭矩儀(轉速計)和永磁發電機等聯接，異步電動機通過變頻器調節，可以模擬速度與載荷波動的動力輸入(如風力發電機、直升機等)，發電機產生的電能通過整流、逆變、控制等操作并入電網。在齒輪箱殼體安裝壓電加速度傳感器，扭矩儀可以同步監測傳動鏈的扭矩和轉速，發電機并網側安裝三相電壓和電流互感器，上述信號通過信號采集系統拾取。實施過程中，異步電動機變工況運行直至行星齒輪箱的某個部件破壞，對拾取的多路參量信號進行狀態分析、故障診斷和失效預測；兩個行星齒輪箱采用對稱布置，兩者的運行狀態可以互相驗證。
【IPC分類】G01M13-02
【公開號】CN104596764
【申請號】CN201510050360
【發明人】滕偉, 張凱莉, 馬志勇, 柳亦兵
【申請人】華北電力大學, 華電福新能源股份有限公司
【公開日】2015年5月6日
【申請日】2015年2月2日