CN106586841A - 起重装备减速机运行状态监测方法及系统 - Google Patents

Abstract

本发明提供了一种起重装备减速机运行状态监测方法及系统，所述监测方法包括：采集被监测减速机运行时轴承的加速度信号并存储；根据预设的预警值及所述加速度信号对被监测减速机进行故障诊断。本发明实施例采集减速机轴承的加速度信号以诊断减速机当前的运行状态，有助于提高设备的运行效率，实现优化运行，节省运行和管理费用；通过对设备的状态分析，确定合理的检修时机和检修方案，促进维修方式从预防性维修到预测性维修的转变，避免不必要的停机，并能通过提高修复速度减少停机时间，节约维修费用；通过数据记录和分析，有利于建立设备的文档资料，在事故发生后为事故分析提供有力的证据，有利于积累诊断经验，提高故障诊断的整体水平。

Description

起重装备减速机运行状态监测方法及系统

技术领域

本发明涉及设备监测技术领域，尤其涉及一种起重装备减速机运行状态监测方法及系统。

背景技术

大型起重装备的减速机是其核心装置，在运行过程中，减速机发生故障则很可能导致比较大的损失。而减速机的关键部件轴承，轴承故障主要包括疲劳和过载产生的故障。轴承疲劳损坏的主要形式是在轴承内、外圈或滚动体上发生“点蚀”，即由于长期受交变应力作用，在材料表面层产生微裂纹，随着轴承运行时间加长，裂纹逐渐扩展，最终导致局部金属剥落，形成点蚀。如果不及时更换轴承，点蚀部位将逐渐扩展，造成轴承失效。超载造成轴承局部塑性变形和压痕，润滑不足则会导致轴承烧伤、胶合，润滑油不清洁会造成轴承磨损，装配不当则可能造成轴承卡死、内圈胀破及结构破碎等。

目前，虽然大型机械设备普遍安装了数据采集和分析系统，但是当机械设备出现异常时，要求操作人员快速做出决策，决策复杂性和判断失误所造成的后果的严重性不断地增加。随着设备信息量的迅速增大以及有经验的检查维修人员的不足，传统的检测与诊断技术已不能适应需要，必须采用先进的监测仪器和自动化的诊断技术。

发明内容

围绕大型复杂装备减速机等机构在复杂工况下运行安全的工程实际需求，基于起重装备减速机在实际运行时可能发生抽成磨损裂纹及断轴等故障模式，本发明实施例提供了一种起重装备减速机运行状态监测方法及系统。

本发明实施例一方面提供了一种起重装备减速机运行状态监测方法，所述监测方法包括：

采集被监测减速机运行时轴承的加速度信号并存储；

根据预设的预警值及所述加速度信号对被监测减速机进行故障诊断。

在一实施例中，根据预设的预警值及所述加速度信号对被监测减速机进行故障诊断，具体包括：

判断所述加速度信号是否大于预设的预警值；

当所述加速度信号超过所述预警值时，执行报警。

在一实施例中，当判断所述加速度信号是否超过所述预警值的判断结果为否时，所述监测方法还包括：

自当前时刻回溯一预设时间段，获取所述预设时间段内的加速度信号波形；

将所述预设时间段内的加速度信号波形与征兆事实库中的预设的不同运行状态对应的波形进行比较，确定所述加速度波形对应的运行状态。

在一实施例中，在采集被监测减速机运行时轴承的加速度信号时，至少采集所述轴承在轴向、径向垂直方向、径向水平方向上的加速度信号。

本发明实施例另一方面还提供了一种起重装备减速机运行状态监测系统，所述监测系统包括：加速度传感器、数据传输单元及故障诊断服务器；其中，

所述加速度传感器用于采集被监测减速机运行时轴承的加速度信号，并通过所述数据传输单元传输到所述故障诊断服务器；所述故障诊断服务器用于根据预设的预警值与所述加速度信号对被监测减速机进行故障诊断。

在一实施例中，所述故障诊断服务器包括：阈值判断模块及预警模块；其中，

所述阈值判断模块用于判断所述加速度信号是否大于预设的预警值；

所述预警模块用于当所述加速度信号大于所述预警值时执行报警。

在一实施例中，所述故障诊断服务器还包括：存储器、征兆事实库及征兆判断模块；

所述存储器用于存储所述加速度传感器采集的加速度信号，所述征兆事实库用于存放不同运行状态对应的波形；

当所述阈值判断模块的判断结果为否时，所述征兆判断模块用于自当前时刻回溯一预设时间段，获取所述预设时间段内的加速度信号波形，并将所述预设时间段内的加速度信号波形与征兆事实库中的预设的不同运行状态对应的波形进行比较，确定所述加速度波形对应的运行状态。

在一实施例中，所述加速度传感器的数量至少为三个，分别设置于所述轴承的外壳箱体上，至少沿轴承径向垂直方向、径向水平方向和轴向三个方向设置，所述径向垂直方向、径向水平方向和轴向所在方向两两垂直。

在一实施例中，所述加速度传感器采用内置前置放大器电路的压电式加速度计。

在一实施例中，所述数据传输单元采用直接内存存取方式将所述加速度传感器采集的加速度信号传输至所述故障诊断服务器。

本发明实施例采集减速机轴承的加速度信号以诊断减速机当前的运行状态，有助于提高设备的运行效率，实现优化运行，节省运行和管理费用；通过对设备的状态分析，确定合理的检修时机和检修方案，促进维修方式从预防性维修到预测性维修的转变，避免不必要的停机，并能通过提高修复速度减少停机时间，节约维修费用；通过数据记录和分析，有利于建立设备的文档资料，在事故发生后为事故分析提供有力的证据，有利于积累诊断经验，提高故障诊断的整体水平。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1为本发明实施例起重装备减速机运行状态监测方法的流程示意图；

图2为本发明另一实施例起重装备减速机运行状态监测方法的流程示意图；

图3为本发明实施例起重装备减速机运行状态监测系统的结构示意图；

图4为本发明实施例故障诊断服务器3的结构示意图；

图5为本发明实施例加速度传感器的布置示意图；

图6a为本发明实施例加速度传感器的安装俯视图；

图6b为本发明实施例加速度传感器的安装侧视图。

具体实施方式

下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

大型起重装备减速机轴承损伤使轴承工作状态变坏，摩擦阻力增大、转动灵活性丧失、旋转精度降低、轴承温度升高、振动噪声加剧，严重时可能造成事故发生。

减速机运行时，轴承运行中产生的振动主要包括轴承零件的固有振动、载荷作用引起的振动、制造装配原因引起的振动以及故障引起的振动。当轴承出现故障时，振动状态将发生变化，振动信号中将出现新的成分。不同的故障类型对应的振动信号的变化特点也不一样。其中，零件固有振动是指轴承滚动体与内外圈之间的冲击激励使内圈、外圈和滚动体产生固有振动，振动频率取决于这些零件的固有频率，通常都比较高。制造装配原因引起的振动包括轴弯曲、倾斜、轴承偏斜、滚动体大小不均、滚道表面波纹或粗糙度、装配松紧等。载荷作用引起的振动是指轴旋转到不同位置，轴承承载滚动体数目不同使承载刚度发生变化，导致轴心起伏。故障引起的振动是指轴承零件上发生点蚀、剥落、裂纹等故障时，滚动体通过故障部位将产生冲击振动，这种冲击振动发生的频率称为“通过频率”，与轴转速、轴承结构尺寸、滚动体数量以及故障部位有关，包括内圈通过频率、外圈通过频率、滚动体通过频率和保持架频率。

本发明从故障诊断的本质出发，根据所采集到的减速机运行时轴承的振动信息实现对减速机运行状况的监测。

图1为本发明实施例起重装备减速机运行状态监测方法的流程示意图。如图1所示，该监测方法主要包括以下步骤：

步骤S1、采集被监测减速机运行时轴承的加速度信号并存储。

步骤S2、根据预设的预警值及所述加速度信号对被监测减速机进行故障诊断。

本发明实施例的应用能够减少判断故障的时间和误操作，而故障诊断的及时性和准确率对于防止故障的发展具有决定作用。

根据本发明的一实施例，在利用步骤S2进行故障诊断时，可以按照图2所示步骤进行：

步骤S21、判断所述加速度信号是否大于预设的预警值。该预警值例如可以是多次试验得到的轴承断裂时的加速度值，或者轴承卡死时的加速度值，在具体实施时，可以将多次试验得到的轴承发生不同故障时所对应的加速度值从中选取一较为严重的故障对应的加速度值作为预警值。此处所说的“较为严重的故障”指的是发生了该故障后，必须立即停止减速机运作并告警的故障。

步骤S22、当所述加速度信号超过所述预警值时，执行报警。如果步骤S21的判断结果为否，则进入步骤S23进行处理。

步骤S23、自当前时刻回溯一预设时间段，获取所述预设时间段内的加速度信号波形。这是由于某些故障(例如轴承磨损)是缓慢发展的，虽然采集到的加速度信号并未超出步骤S1中的预警值，但是并不代表轴承没有故障。因此，需要对一段时间内的加速度信号进行整体分析。

步骤S24、将所述预设时间段内的加速度信号波形与征兆事实库中的预设的不同运行状态对应的波形进行比较，确定所述加速度波形对应的运行状态。

在进行故障分析之前，需要根据经验将各种可能的故障对应的征兆波形预先存放到征兆事实库中，以便于在故障分析时直接调用。

由于许多故障的发生都有一个由轻到重的发展过程，本发明实施例通过对异常信号的检测，能够早期发现设备潜在的故障，及时采取预防措施，避免或减少事故的发生，延长设备的无故障使用期限，提高设备可用率。并且，本发明通过采集减速机轴承的加速度信号以诊断减速机当前的运行状态，有助于提高设备的运行效率，实现优化运行，节省运行和管理费用；通过对设备的状态分析，确定合理的检修时机和检修方案，促进维修方式从预防性维修到预测性维修的转变，避免不必要的停机，并能通过提高修复速度减少停机时间，节约维修费用；通过数据记录和分析，有利于建立设备的文档资料，在事故发生后为事故分析提供有力的证据，有利于积累诊断经验，提高故障诊断的整体水平。

通常地，为了较为精确地对减速机运行状态进行监测，在采集加速度信号时，至少采集轴承在轴向、径向垂直方向和径向水平方向上的加速度信号，分别根据这三路加速度信号进行故障分析。

基于图1所示起重装备减速机运行状态监测方法相同的发明构思，本申请还提供了一种监测系统，如下面实施例所述。由于该系统解决问题的原理与图1中起重装备减速机运行状态监测方法相似，因此该系统的实施可以参见图1的起重装备减速机运行状态监测方法的实时，重复之处不再赘述。

在另一实施例中，本发明还提供了一种起重装备减速机运行状态监测系统，其结构如图3所示，该系统包括：加速度传感器1、数据传输单元2及故障诊断服务器3。其中，加速度传感器1用于采集被监测减速机运行时轴承的加速度信号，并通过数据传输单元2传输到故障诊断服务器3，故障诊断服务器3用于根据预设的预警值与加速度信号1对被监测减速机进行故障诊断。

本发明实施例的应用能够减少判断故障的时间和误操作，而故障诊断的及时性和准确率对于防止故障的发展具有决定作用。

根据本发明的一实施例，故障诊断服务器3结构如图4所示，其主要包括阈值判断模块31、预警模块32、存储器33、征兆事实库34及征兆判断模块35。其中，阈值判断模块31用于判断所述加速度信号是否大于预设的预警值，预警模块32用于当所述加速度信号大于所述预警值时执行报警。存储器33用于存储加速度传感器1采集的加速度信号，征兆事实库34用于存放不同运行状态对应的波形。当阈值判断模块31的判断结果为否时，征兆判断模块35用于自当前时刻回溯一预设时间段，获取所述预设时间段内的加速度信号波形，并将该预设时间段内的加速度信号波形与征兆事实库中34中预设的不同运行状态对应的波形进行比较，确定所述加速度波形对应的运行状态。

如图5所示，具体实施时，加速度传感器1的数量至少为三个：传感器11、传感器12和传感器13，分别设置于减速机轴承外壳箱体a上，至少沿轴承的轴向(x轴方向)、径向水平方向(y轴方向)和、径向垂直方向(z轴方向)设置，径向垂直方向、径向水平方向和轴向所在方向两两垂直。

图6a示出了加速度传感器安装的俯视图，图6b为侧视图，在安装加速度传感器时，可以按照图6所示方式将加速度传感器安装固定在减速机轴承外侧的箱体上。

在一实施例中，上述的加速度传感器可以采用内置前置放大器电路的压电式加速度计，即内置了IEPE电路的压电式加速度计。它通过装在传感器内部的前置放大器将压电加速度传感器输出的电荷量转换成低阻抗的电压值。IEPE型传感器通常为二线输出形式，即采用恒流源供电，供电和信号使用同一根线。通常直流电部分在恒流源的输出端通过高通滤波器滤去。IEPE型传感器的最大优点是测量信号质量好、噪声小、抗外界干扰能力强和远距离测量，特别是新型的数采系统很多已配备恒流源接口，因此，IEPE型传感器能与数采系统直接相连而不需要任何其它二次仪表。在振动测试中，IEPE型传感器已逐渐取代传统的电荷输出型压电加速度计。

数据传输单元2采用直接内存存取方式将所述加速度传感器采集的加速度信号传输至所述故障诊断服务器。

本发明实施例采集减速机轴承的加速度信号以诊断减速机当前的运行状态，有助于提高设备的运行效率，实现优化运行，节省运行和管理费用；通过对设备的状态分析，确定合理的检修时机和检修方案，促进维修方式从预防性维修到预测性维修的转变，避免不必要的停机，并能通过提高修复速度减少停机时间，节约维修费用；通过数据记录和分析，有利于建立设备的文档资料，在事故发生后为事故分析提供有力的证据，有利于积累诊断经验，提高故障诊断的整体水平。

本领域内的技术人员应明白，本发明的实施例可提供为方法、系统、或计算机程序产品。因此，本发明可采用完全硬件实施例、完全软件实施例、或结合软件和硬件方面的实施例的形式。而且，本发明可采用在一个或多个其中包含有计算机可用程序代码的计算机可用存储介质(包括但不限于磁盘存储器、CD-ROM、光学存储器等)上实施的计算机程序产品的形式。

本发明是参照根据本发明实施例的方法、设备(系统)、和计算机程序产品的流程图和/或方框图来描述的。应理解可由计算机程序指令实现流程图和/或方框图中的每一流程和/或方框、以及流程图和/或方框图中的流程和/或方框的结合。可提供这些计算机程序指令到通用计算机、专用计算机、嵌入式处理机或其他可编程数据处理设备的处理器以产生一个机器，使得通过计算机或其他可编程数据处理设备的处理器执行的指令产生用于实现在流程图一个流程或多个流程和/或方框图一个方框或多个方框中指定的功能的装置。

这些计算机程序指令也可存储在能引导计算机或其他可编程数据处理设备以特定方式工作的计算机可读存储器中，使得存储在该计算机可读存储器中的指令产生包括指令装置的制造品，该指令装置实现在流程图一个流程或多个流程和/或方框图一个方框或多个方框中指定的功能。

这些计算机程序指令也可装载到计算机或其他可编程数据处理设备上，使得在计算机或其他可编程设备上执行一系列操作步骤以产生计算机实现的处理，从而在计算机或其他可编程设备上执行的指令提供用于实现在流程图一个流程或多个流程和/或方框图一个方框或多个方框中指定的功能的步骤。

本发明中应用了具体实施例对本发明的原理及实施方式进行了阐述，以上实施例的说明只是用于帮助理解本发明的方法及其核心思想；同时，对于本领域的一般技术人员，依据本发明的思想，在具体实施方式及应用范围上均会有改变之处，综上所述，本说明书内容不应理解为对本发明的限制。

Claims (10)

1.一种起重装备减速机运行状态监测方法，其特征在于，所述监测方法包括：

采集被监测减速机运行时轴承的加速度信号并存储；

根据预设的预警值及所述加速度信号对被监测减速机进行故障诊断。

2.根据权利要求1所述的起重装备减速机运行状态监测方法，其特征在于，根据预设的预警值及所述加速度信号对被监测减速机进行故障诊断，具体包括：

判断所述加速度信号是否大于预设的预警值；

当所述加速度信号超过所述预警值时，执行报警。

3.根据权利要求2所述的起重装备减速机运行状态监测方法，其特征在于，当判断所述加速度信号是否超过所述预警值的判断结果为否时，所述监测方法还包括：

自当前时刻回溯一预设时间段，获取所述预设时间段内的加速度信号波形；

将所述预设时间段内的加速度信号波形与征兆事实库中的预设的不同运行状态对应的波形进行比较，确定所述加速度波形对应的运行状态。

4.根据权利要求1所述的起重装备减速机运行状态监测方法，其特征在于，在采集被监测减速机运行时轴承的加速度信号时，至少采集所述轴承在轴向、径向垂直方向、径向水平方向上的加速度信号。

5.一种起重装备减速机运行状态监测系统，其特征在于，所述监测系统包括：加速度传感器、数据传输单元及故障诊断服务器；其中，

所述加速度传感器用于采集被监测减速机运行时轴承的加速度信号，并通过所述数据传输单元传输到所述故障诊断服务器；所述故障诊断服务器用于根据预设的预警值与所述加速度信号对被监测减速机进行故障诊断。

6.根据权利要求5所述的起重装备减速机运行状态监测系统，其特征在于，所述故障诊断服务器包括：阈值判断模块及预警模块；其中，

所述阈值判断模块用于判断所述加速度信号是否大于预设的预警值；

所述预警模块用于当所述加速度信号大于所述预警值时执行报警。

7.根据权利要求6所述的起重装备减速机运行状态监测系统，其特征在于，所述故障诊断服务器还包括：存储器、征兆事实库及征兆判断模块；

所述存储器用于存储所述加速度传感器采集的加速度信号，所述征兆事实库用于存放不同运行状态对应的波形；

当所述阈值判断模块的判断结果为否时，所述征兆判断模块用于自当前时刻回溯一预设时间段，获取所述预设时间段内的加速度信号波形，并将所述预设时间段内的加速度信号波形与征兆事实库中的预设的不同运行状态对应的波形进行比较，确定所述加速度波形对应的运行状态。

8.根据权利要求5所述的起重装备减速机运行状态监测系统，其特征在于，所述加速度传感器的数量至少为三个，分别设置于所述轴承的外壳箱体上，至少沿轴承径向垂直方向、径向水平方向和轴向三个方向设置，所述径向垂直方向、径向水平方向和轴向所在方向两两垂直。

9.根据权利要求5所述的起重装备减速机运行状态监测系统，其特征在于，所述加速度传感器采用内置前置放大器电路的压电式加速度计。

10.根据权利要求5所述的起重装备减速机运行状态监测系统，其特征在于，所述数据传输单元采用直接内存存取方式将所述加速度传感器采集的加速度信号传输至所述故障诊断服务器。