專利名稱：一種通過綜合分析對高爐爐頂齒輪箱的故障診斷方法
技術領域：
本發(fā)明涉及ー種高爐爐頂齒輪箱的故障診斷方法，特別是一種綜合運用聲發(fā)射信號分析、無線測溫分析和油液分析對2000m3高爐無料鐘爐頂齒輪箱故障診斷方法。
背景技術：
作為大型低速重載設備的高爐爐頂齒輪箱是高爐布料的關鍵設備。這類設備的主要特點是工作轉(zhuǎn)速低，承受載荷大，運轉(zhuǎn)不連續(xù)。由于低速運轉(zhuǎn)，載荷復雜多變，設備長時間運行，加上生產(chǎn)環(huán)境惡劣、潤滑不良的原因，設備容易發(fā)生故障。一旦突發(fā)故障，將直接影響到高爐乃至整條生產(chǎn)線的正常運行，嚴重時甚至造成人員傷亡，而設備結(jié)構的復雜性使得維修起來十分困難，維修費用很高，給企業(yè)造成巨大的經(jīng)濟損失和不良影響。因此，對高爐爐頂齒輪箱的狀態(tài)監(jiān)測和故障診斷具有十分重要的現(xiàn)實意義。目前，以電機電流檢測在高爐爐頂齒輪箱故障診斷中的應用最為廣泛。但僅靠檢測電機電流檢測，一般很難將故障控制在萌芽階段，也不能判斷全部類型的故障和故障定位。運用油液檢測分析技術可以獲取設備的潤滑和損傷狀態(tài)，確定設備發(fā)生故障的部位和類型。但相比對聲發(fā)射信號和齒輪箱內(nèi)部溫度的實時采集和分析，采用定期提取油液進行分析的方法在及時發(fā)現(xiàn)設備故障方面存在局限性。因此，應用聲發(fā)射檢測技術對微弱故障信號進行特征提取，并將其與油液檢測技術及無線測溫技術進行綜合，能有效地克服単一方法進行故障診斷的不足，提高診斷的準確率。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的在于，通過提供ー種對高爐爐頂齒輪箱進行故障診斷的方法，及時發(fā)現(xiàn)高爐爐頂齒輪箱的故障隱患，提高故障診斷的準確率，為鋼鐵企業(yè)提供有效的維修建議，為高爐爐頂齒輪箱進行成功的故障診斷提供重要的理論基礎和實現(xiàn)方法。為實現(xiàn)上述發(fā)明目的，本實用新型采用如下技術方案ー種綜合運用聲發(fā)射檢測分析、無線測溫分析和油液分析對2000m3高爐無料鐘爐頂齒輪箱故障診斷方法，包括如下步驟聲發(fā)射測點選擇在上部齒輪箱的旋轉(zhuǎn)電機輸入端和輸出端及大齒輪箱外殼水平方向和垂直方向共6個測點，檢測裂紋擴展的聲信號，用來監(jiān)測上部齒輪箱軸承和齒輪、下部大齒輪箱的連接軸及大齒輪箱內(nèi)部的軸承和齒輪的運行狀態(tài)。傳感器的安裝方式是在選擇好的測點位置將與傳感器接觸表面打磨光滑，然后涂抹上耐高溫的真空脂，使聲發(fā)射傳感器底座與被測物表面直接接觸。傳感器的固定方式采用高強度磁力座進行固定。聲發(fā)射信號分析將聲發(fā)射傳感器實時采集到的聲發(fā)射信號經(jīng)電纜傳輸至數(shù)據(jù)采集器中進行放大、 深度濾波和Α/D轉(zhuǎn)換后上傳至計算機中，對信號進行形態(tài)濾波處理。作出結(jié)構元素過程中聲發(fā)射信號能量比SNER的值隨結(jié)構長度増大時的變化情況圖，取SNER值最大時的結(jié)構元素對信號進行濾波。然后將濾波后的信號進行小波降噪處理。具體步驟為先選擇ー個小波基和分解層數(shù)，對信號進行小波分解；確定閾值函數(shù)，選擇通過閾值規(guī)則得到的閾值對分解得到的高頻系數(shù)進行量化；根據(jù)量化后的最低層低頻近似信號和各層高頻細節(jié)信號，作小波重構。最后，對小波降噪處理后的信號進行希爾伯特解調(diào)分析。找出低頻段突出的頻率成分，判斷這些頻率成分是否存在故障特征頻率的基頻和倍頻的關系。如果存在，判斷為有故障隱患。再根據(jù)基頻成分，對比依照理論和公式計算得到的故障特征頻率，判斷故障發(fā)生的部位。無線測溫分析設計應用于高爐爐頂齒輪箱的無線測溫系統(tǒng)，包括無線測溫采集裝置、無線測溫傳輸裝置、無線路由中繼站、無線中心接收站、數(shù)據(jù)采集軟件。該無線測溫系統(tǒng)可用于各種物體表面溫度數(shù)據(jù)采集與無線傳輸，它通常獨立安裝在現(xiàn)場，將采集的數(shù)據(jù)定時發(fā)送至距離最近的中繼站，再由中繼站將采集的數(shù)據(jù)傳輸至中 心站，也可以直接將采集的數(shù)據(jù)傳輸至中心站。用無線測溫采集裝置，即溫度傳感器將被測部位的溫度信號傳給無線測溫傳輸裝置進行傳輸。由于現(xiàn)場的環(huán)境與監(jiān)測距離各不相同，采集裝置與傳輸裝置的安裝也應作出相應的調(diào)整，以排除干擾。無線測溫傳輸裝置用于接收溫度傳感器發(fā)出信號并將其轉(zhuǎn)化為標準的電壓信號進行下一歩的傳輸，從而保證數(shù)據(jù)在無線網(wǎng)絡中的正常傳輸。通常情況下，傳輸裝置與采集裝置鄰近安裝，確保數(shù)據(jù)的穩(wěn)定傳輸和轉(zhuǎn)化。無線路由中繼站是該系統(tǒng)的主要網(wǎng)絡設備。它是ー種無線路由轉(zhuǎn)發(fā)裝置，它平時處于“待接狀態(tài)”，一旦接收到采集的數(shù)據(jù)信號或其它中繼站轉(zhuǎn)發(fā)的數(shù)據(jù)信號時，便將接收到的數(shù)據(jù)信號發(fā)送到下ー個中繼站或無線中心接收站，覆蓋范圍廣，它具有信號傳遞“接力”功能，使數(shù)據(jù)的傳輸距離到達要求。由于無線傳輸?shù)奶厥庑裕瑢嶋H工程中，對于某些較差的傳輸通道，可能進行現(xiàn)場調(diào)整，根據(jù)現(xiàn)場的實際環(huán)境，適當?shù)膲埣右恍o線路由中繼站節(jié)點，以提高系統(tǒng)的可靠性。無線中心接收站是ー種無線接收裝置，通常安裝在計算機房內(nèi)。它負責接收無線網(wǎng)絡中傳輸?shù)男盘?，將接收到的?shù)據(jù)信號通過有線連接進入計算機網(wǎng)絡系統(tǒng)。數(shù)據(jù)采集軟件，驅(qū)動Α/D卡完成エ業(yè)信號(溫度信號)的數(shù)字化轉(zhuǎn)換，對信號進行自動規(guī)則化保存和分類以供分析，對超標エ業(yè)信號進行提示，數(shù)據(jù)保存的數(shù)量、周期可軟件控制，真正實現(xiàn)了溫度信息的實時監(jiān)測和分析。對測得的溫度數(shù)據(jù)進行趨勢分析，與其正常運行時閾值范圍比較分析，判斷有無故障隱患。油液分析定期提取高爐爐頂齒輪箱中的油樣。在檢測油液常規(guī)理化指標的基礎上，應用光譜、鐵譜分析技術對油樣中金屬磨損物的成分和含量進行定性和定量分析。根據(jù)檢測結(jié)果做出判斷油樣中的金屬磨損物中有任一成分的含量超過設定值，判斷為有故障隱患；油樣中的金屬磨損物中無一成分的含量超過設定值，判斷為無故障隱思。綜合分析所述的油液分析定期檢測，若判斷有故障，則寫出故障診斷報告，建議廠方檢修；所述的聲發(fā)射信號分析和無線測溫分析實時監(jiān)測，綜合比較聲發(fā)射信號分析和無線測溫分析的分析結(jié)果，如果均判斷軸承發(fā)生故障，則寫出故障診斷報告，建議廠方檢修；如果聲發(fā)射信號分析和無線測溫分析其中ー個判斷有故障，另ー個判斷無故障，則縮短油液分析取樣周期立即進行油液分析并得出分析結(jié)果，如果判斷有故障，則寫出故障診斷報告，建議廠方檢修；如果油液分析判斷軸承尚無故障隱患，則近期密切關注高爐爐頂齒輪箱的運行狀態(tài)，并再次進行綜合分析。與現(xiàn)有技術相比，本發(fā)明的有益效果在于I)與傳統(tǒng)方法的安裝位置有極大的差異，不再是安裝在設備殼體或基座上進行間接測量，而是直接在回轉(zhuǎn)機械被測元件處放置溫度采集裝置，使測量結(jié)果更準確、更可靠。2)采用無線傳輸方法，提高了數(shù)據(jù)傳輸效率，簡化了系統(tǒng)的安裝，省去了布線的步驟，極大地提高了設備監(jiān)測的便捷性，提高了設備故障診斷系統(tǒng)的工作效率。
3)采用形態(tài)濾波和小波降噪的聲發(fā)射信號分析方法，通過形態(tài)濾波和高頻系數(shù)閾值處理先后兩次對振動信號進行降噪處理，有效地提高了信噪比，有利于被強大工業(yè)現(xiàn)場噪聲淹沒的微弱故障信號特征的提取。4)將聲發(fā)射信號分析、無線測溫分析和油液分析綜合起來對高爐爐頂齒輪箱的運行狀態(tài)進行判斷，可以克服単一方法進行故障診斷時出現(xiàn)誤診的局限性，能有效提高故障診斷的準確率，便于盡早發(fā)現(xiàn)故障隱患，實現(xiàn)預知維修。


圖I是本發(fā)明的總體流程圖；圖2是聲發(fā)射信號分析流程圖；圖3是高爐爐頂齒輪箱結(jié)構的示意圖；圖4是聲發(fā)射傳感器安裝示意圖；圖5是無線測溫分析流程圖；圖6是溫度傳感器安裝示意圖；圖7是油液分析流程圖。
具體實施例方式下面結(jié)合附圖對本發(fā)明進行詳細說明。如圖I所示，ー種綜合運用聲發(fā)射信號分析、無線測溫分析和油液分析對2000m3高爐無料鐘爐頂齒輪箱故障診斷方法的流程為分別對高爐爐頂齒輪箱運用聲發(fā)射檢測技木、無線測溫技術和油液檢測技木，然后綜合三者的結(jié)果進行最終的故障診斷。如圖2所示，是聲發(fā)射信號分析主要有四個步驟I)圖3是高爐爐頂齒輪箱結(jié)構示意圖，B1-E20為高爐傳動系統(tǒng)上齒輪標號。圖4是聲發(fā)射傳感器安裝示意圖。聲發(fā)射測點選擇在上部齒輪箱的旋轉(zhuǎn)電機輸入端和輸出端及大齒輪箱外殼水平方向和垂直方向共6個測點,如圖中標號A1-A6,檢測裂紋擴展的聲信號，用來監(jiān)測上部齒輪箱軸承和齒輪、下部大齒輪箱的連接軸及大齒輪箱內(nèi)部的軸承和齒輪的運行狀態(tài)。傳感器的安裝方式是在選擇好的測點位置將與傳感器接觸表面打磨光滑，然后涂抹上耐高溫的真空脂，使聲發(fā)射傳感器底座與被測物表面直接接觸。傳感器的固定方式采用高強度磁力座進行固定。
將聲發(fā)射傳感器實時采集到的聲發(fā)射信號經(jīng)電纜傳輸至數(shù)據(jù)采集器中進行放大、Α/D轉(zhuǎn)換和深度濾波后上傳至計算機中。2)對信號進行自適應形態(tài)濾波處理。初始化結(jié)構元素。選擇直線型結(jié)構元素，初始長度為2。設定結(jié)構元素的長度區(qū)間，結(jié)構元素的長度應小于其軸承外圈、軸承內(nèi)圈、軸承滾動體、齒輪等故障發(fā)生時對應沖擊脈沖信號的周期。采用閉運算做形態(tài)算子，對設定區(qū)間內(nèi)所有長度結(jié)構元素進行閉運算，并計算每次濾波后的降噪結(jié)果與原始信號能量比SNER。能量比的計算公式如下
權利要求
1.ー種通過綜合分析對高爐爐頂齒輪箱的故障診斷方法，運用聲發(fā)射信號分析、無線測溫分析和油液分析對高爐爐頂齒輪箱進行故障診斷，其特征在于，包括以下步驟 聲發(fā)射信號測點選擇在上部齒輪箱的旋轉(zhuǎn)電機輸入端和輸出端及大齒輪箱外殼水平方向和垂直方向共6個測點，檢測裂紋擴展的聲信號，用來監(jiān)測上部齒輪箱軸承和齒輪、下部大齒輪箱的連接軸及大齒輪箱內(nèi)部的軸承和齒輪的運行狀態(tài)。
所述的聲發(fā)射信號分析包括 將聲發(fā)射傳感器實時采集到的聲發(fā)射信號經(jīng)電纜傳輸至數(shù)據(jù)采集器中進行放大、深度濾波和A/D轉(zhuǎn)換后上傳至計算機中，對信號進行形態(tài)濾波處理；然后將濾波后的信號進行小波降噪處理；具體步驟為 a、作出結(jié)構元素過程中聲發(fā)射信號能量比SNER的值隨結(jié)構長度増大時的變化情況圖 b、取SNER值最大時的結(jié)構元素對信號進行濾波； C、選擇ー個小波基和分解層數(shù)，對信號進行小波分解； d、確定閾值函數(shù)，選擇通過閾值規(guī)則得到的閾值對分解得到的高頻系數(shù)進行量化； e、量化后的最低層低頻近似信號和各層高頻細節(jié)信號，作小波重構； f、對小波降噪處理后的信號進行希爾伯特解調(diào)分析，找出低頻段突出的頻率成分，判斷這些頻率成分是否存在故障特征頻率的基頻和倍頻的關系；如果存在，判斷為有故障隱患；再根據(jù)基頻成分，對比依照理論和公式計算得到的軸承故障特征頻率，判斷故障發(fā)生的部位； 所述的無線測溫分析包括 設計應用于高爐爐頂齒輪箱的無線測溫系統(tǒng)，無線測溫系統(tǒng)包括無線測溫采集裝置、無線測溫傳輸裝置、無線路由中繼站、無線中心接收站、數(shù)據(jù)采集軟件； 無線測溫采集裝置是溫度傳感器，放置于回轉(zhuǎn)機械設備中需要檢測溫度的位置，負責采集現(xiàn)場溫度信息，此處特別是涉及高爐爐頂齒輪箱的溫度測量，焊接安裝在下部齒輪箱E19齒輪外側(cè)端面上； 無線測溫傳輸裝置，在系統(tǒng)中主要用于數(shù)據(jù)的無線傳輸，與無線測溫采集裝置鄰近放置； 無線路由中繼站是ー種無線路由轉(zhuǎn)發(fā)裝置，它具有信號傳遞“接力”功能，是該無線網(wǎng)絡主要的設備； 無線中心接收站是ー種無線接收裝置，它將接收到的數(shù)據(jù)信號通過有線連接進入計算機網(wǎng)絡系統(tǒng)，安裝在計算機房內(nèi)； 使用配套的數(shù)據(jù)采集軟件，在計算機上將這些數(shù)字信號實時記錄下來并進行處理，再通過人工或自動的方法對機電設備進行監(jiān)測； 將測得的溫度數(shù)據(jù)進行趨勢分析；趨勢分析中，如果溫度保持在報警閾值以下，則繼續(xù)實時監(jiān)測溫度信號。如果溫度長時間高于報警閾值則判斷高爐爐頂齒輪箱發(fā)生故障；報警閾值設置為55攝氏度； 所述的油脂液分析包括定期提取高爐爐頂齒輪箱中的油樣，所述的油液常規(guī)理化指標包括粘度、水分、雜質(zhì)顆粒、酸值、氧化和閃點。在檢測油脂液常規(guī)理化指標的基礎上，應用光譜、鐵譜分析對油樣中金屬磨損物的成分和含量進行定性和定量分析，根據(jù)檢測結(jié)果做出判斷油樣中的金屬磨損物中有任一成分的含量超過設定值，判斷為有故障隱患；油樣中的金屬磨損物中無一成分的含量超過設定值，判斷為無故障隱患； 所述的油液分析定期檢測，若油液分析判斷有故障，則判斷高爐爐頂齒輪箱存在故障； 聲發(fā)射信號 分析和無線測溫分析實時監(jiān)測高爐爐頂齒輪箱；若聲發(fā)射信號分析和溫度分析均判斷存在故障隱患時，則確定高爐爐頂齒輪箱發(fā)生了故障； 若聲發(fā)射信號分析和溫度分析結(jié)果不相同，為防止誤判或密封等非機械問題引發(fā)的故障，縮短既定油液取樣周期，立即進行油液分析并得到分析結(jié)果；若油液分析得到的結(jié)論為無故障隱患，則近期對高爐爐頂齒輪箱的運行狀態(tài)進行密切監(jiān)測，并再次綜合分析；若結(jié)論均為存在故障隱患，則確定高爐爐頂齒輪箱發(fā)生了故障。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種通過綜合分析對高爐爐頂齒輪箱進行故障診斷的方法，運用聲發(fā)射信號分析、無線測溫分析和油液分析對高爐爐頂齒輪箱進行故障診斷。首先，安裝聲發(fā)射傳感器并設計應用于高爐爐頂齒輪箱的無線測溫系統(tǒng)；實時采集聲發(fā)射信號和無線溫度信號，對采集的聲發(fā)射信號依次作形態(tài)濾波、小波降噪和希爾伯特解調(diào)處理；對無線溫度信號作趨勢分析；通過定期的油液檢測，對油樣進行常規(guī)理化指標檢測，并應用光譜、鐵譜分析對油樣中金屬磨損物的成分和含量進行定性和定量分析；將三種分析結(jié)果進行比較和綜合，做出故障診斷報告；能有效提高故障診斷的準確率，便于盡早發(fā)現(xiàn)故障隱患，避免重大事故的發(fā)生。
文檔編號G08C17/02GK102692449SQ20121010750
公開日2012年9月26日 申請日期2012年4月12日 優(yōu)先權日2012年4月12日
發(fā)明者馮子豪, 劉建宏, 單連波, 周火青, 莊濤, 張玉奎, 徐海, 陽子婧, 高立新 申請人:北京工業(yè)大學