[发明专利]一种非转运动机械故障诊断系统和方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种非转运动机械故障诊断系统和方法，主要用于在运动中通过检测广义共振实现非转动机械的疲劳、裂纹、断裂、碰撞等严重危及安全的故障诊断。

背景技术

对于非转动机械的故障检测，已有技术主要采用静态试验检测的方法解决或动态应变检测的方法解决，这些方法已经写入了各行业关于相关机械设备的设计、制造、检验的规程或标准而成为法规性的文件。例如铁道行业对于火车的机车、车辆的车厢、转向架等庞大的非转运动机械，就用《TB/T 2360-93》规定了静态试验的几种方法，如：跌落冲击法(令车轮慢慢爬上斜块最高点然后突然跌落)；激振器激励法(用功率巨大的激振器按照调查得到的载荷谱对火车进行整车的激振)；敲击法(铁路工人用小锤敲击部件听取声音的变化来确定有无故障)等等。这些方法和技术的缺点之一，是需要在停车时进行试验检测，如果在运行中发生故障，就不能发现；缺点之二是需要庞大笨重的试验设备和专门的试验场所；缺点之三是进行上述实验测试需要事先对机械进行动态检测调查获得所谓“载荷谱”来规范试验施加的激励方式；缺点之四是锤击法依靠人的听觉进行分析，存在人为因素的影响。

发明内容

本发明的任务是：根据自然辩证法的哲学原理，通过研究非转运动机械故障多发的原因。

首先，发现了事物的根据即内因，确认了机械容易损坏的原因是因其本身存在着容易被外部冲击激励而发生强大振动并进而疲劳损坏的薄弱环节，即机械的广义共振；现代机械设计中，设计者对机械的运行环境进行了调查，总是千方百计避免机械的整体或局部固有频率与机械可能受到的周期性振动的频率相同或接近，从而避免发生经典物理学所述的“共振”；但是几乎没有顾及机械所必然存在的整体或局部的固有频率谐振机制在受到冲击外力作用时所发生的广义共振，更没有采取必要的、如改变刚度以改变固有频率或增加阻尼以衰减广义共振等措施。

然后，本发明为了识别因为上述广义共振而发生的损坏，通过检测机械在运行中受到外部随机冲击激励而产生的广义共振的大小、能量累积和变化，做出机械的远期安全评估，在机械1上安装复合传感器2检测机械的随机振动，若干复合传感器的信号经过接线盒3处理，传送到预处理电路4，经过预处理再传送到计算机5采集振动数据，用软件分析统计其所存在的广义共振的频率和幅度，见附图1。

进而，为了通过分析机械在外部随机遭遇的冲击激励下而发生的广义共振，特别是其频率漂移，来识别机械的疲劳、裂纹、裂损而发出故障预警，达到如同铁路工人通过停车条件下的锤击听音或对机械进行大功率激振试验的同样目的，需要利用运行状况下随机遭遇的外部冲击(如车轮通过钢轨接缝的冲击、车辆行驶时的蛇形引起的车轮轮缘与轨道内侧的限位冲击等)来实现激励，同时通过检测系统对机械的振动信号进行运行状况下的长期在线监测分析、识别各种自然产生的广义共振，积累数据并通过趋势分析来识别广义共振频率的漂移。

为了通过识别两个远距离安装于机械上的传感器的同向广义共振信号的振动同步性质，识别正常条件下不可能异步振动的该机械两个传感器安装位置之间的机械结构断裂，并使得据此目的而设计的旨在进行上述振动信号的同步性识别计算的“相对积”函数进行运算具有正确的信号条件，有关两个传感器的同向信号必须同步检测，为此而设计的附图1的检测系统中有关传感器的各种同向振动信息必须是可以由计算机并行同时采集的。

为了进一步通过共振解调技术识别由振动激发的机械部件之间的碰撞和摩擦来发出部件处于恶劣工况的预警以防止机械加速损坏，附图1的检测系统中必须含有对相关传感器的冲击信息进行分离、处理的共振解调电路。

本发明是以构成如下检测系统的方式实现的：

一种非转运动机械故障诊断方法，其特征是含有实施该技术必需的

1)非转运动机械故障检测系统；

2)基于广义共振的随遇激励故障侦察技术

3)基于相对积函数的识别远程裂损的分析技术。

由非转运动机械故障检测系统获取振动冲击信息数据，由基于广义共振的随遇激励故障侦察技术分析单个传感器附近的故障，由基于相对积函数的识别远程裂损的分析技术分析某两个相距甚远的传感器之间的机械构件的断裂故障。