[发明专利]一种基于电磁激励的滚动轴承故障检测平台及其检测方法有效
申请号: | 201410228417.3 | 申请日: | 2014-05-27 |
公开(公告)号: | CN103994889A | 公开(公告)日: | 2014-08-20 |
发明(设计)人: | 徐园平;周瑾;金超武;徐龙祥;赵晨 | 申请(专利权)人: | 南京航空航天大学 |
主分类号: | G01M13/04 | 分类号: | G01M13/04 |
代理公司: | 江苏圣典律师事务所 32237 | 代理人: | 贺翔 |
地址: | 210016 江*** | 国省代码: | 江苏;32 |
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摘要: | |||
搜索关键词: | 一种 基于 电磁 激励 滚动轴承 故障 检测 平台 及其 方法 | ||
技术领域:
本发明涉及一种基于电磁激励的滚动轴承故障检测平台及其检测方法,其属于滚动轴承早期故障诊断的技术领域。
背景技术:
作为旋转机械中最常用的部件之一,滚动轴承的运行状态对旋转机械的性能有着直接影响。轴承在故障发生早期,故障特征本身很微弱,故障信息信噪比低,早期微弱的故障特征会被其他运动部件引起的振动和大量随机噪声所淹没,早期的故障特征信号提取困难。并且对于接触角为0的滚动轴承而言,滚珠位置分布随时间变化引起的刚度周期性变化会导致产生VC(varying compliance)振动,其频率与外圈故障振动特征频率一致,这对早期微小的轴承外圈故障的诊断带来了困难。
磁悬浮轴承(AMB)主要用于支撑转子,除此之外磁悬浮轴承还可作为激振器和传感器。磁悬浮轴承作为激振装置具有幅值频率易调控,可在线无接触施加外激励力的优点。
现有技术中,针对滚动轴承的各种故障诊断方法,其本质是对早期的故障振动信号进行处理,力求提取出故障特征信号。但是轴承在故障发生早期,故障特征本身很微弱,故障信息信噪比低,早期故障特征被其他运动部件引起的振动和大量随机噪声所淹没,早期的故障特征信号提取困难。目前旋转机械故障诊断领域,产生了新的不同思路的诊断方法,即在特定的外激励作用下,诊断旋转机械早期故障。目前国外已经有学者对此方法进行了相关的研究,借助磁悬浮轴承对转子施加激振力,识别转子的不平衡量、诊断转子早期裂纹故障以及用于以滑动轴承磨损的故障诊断。但目前基于磁悬浮轴承电磁激励故障检测方法还未在滚动轴承故障诊断中得到应用。
发明内容:
本发明提供一种基于电磁激励的滚动轴承故障检测平台及其检测方法,其在滚动轴承附近转子部位施加恒定的电磁激振力,可以使得由故障引起的特征振动信号幅值成倍的放大,有助于提高滚动轴承内外圈早期微弱故障的诊断的准确性,具有重要的现实意义和工程实用价值。
本发明采用如下技术方案:一种基于电磁激励的滚动轴承故障检测平台,其包括转子、套设于转子外侧的用于支撑转子的滚动轴承及磁悬浮轴承系统,所述磁悬浮轴承系统包括安装于转子上靠近滚动轴承位置的磁悬浮轴承及用于控制磁悬浮轴承向转子施加非接触式的恒定电磁激励力的磁悬浮轴承控制系统,所述磁悬浮轴承控制系统包括控制器模块、功率放大器模块及电涡流位移传感器模块。
本发明还采用如下技术方案:一种基于电磁激励的滚动轴承故障检测平台的检测方法,其包括如下步骤:
步骤1:在滚动轴承-转子系统运行时,通过磁悬浮轴承控制系统对磁悬浮轴承所在位置的转子部分施加在线非接触式的恒定电磁激振力;
步骤2:通过安装于轴承座上的加速度传感器采集滚动轴承的振动信号,对采集的时域信号进行Hilbert变换,并获得包络谱图;
步骤3:对包络谱图中的滚动轴承故障特征频率信号进行分析,诊断轴承故障。
进一步地,所述步骤1中具体包括如下步骤:
步骤1-1,磁悬浮控制系统中,关闭控制器模块与电涡流位移传感器模块,仅开启功率器放大模块;
步骤1-2,通过外部信号发出器产生一个稳定幅值的信号,将外部信号输入功率放大器模块;
步骤1-3,将功率放大器模块的输出控制电流加载在磁悬浮轴承差动磁极的某一个单独磁极上,向运转的转子施加非接触式的恒定电磁激励力。
本发明具有如下有益效果:早期微弱的滚动轴承故障由于轴承在故障发生早期,故障特征本身很微弱,而且在复杂的工况条件下,故障信息信噪比低,早期故障特征被其他运动部件引起的振动和大量随机噪声所淹没,早期的故障特征信号提取困难,磁悬浮轴承作为激振装置具有幅值频率易调控,可在线无接触施加外激励力的优点,在恒定的电磁力下,滚动轴承故障引起的故障特征振动频率的幅值会有成倍的放大,而对于健康的滚动轴承而言,施加恒定的电磁力后其振动几乎信号没有变化,该种方法对于早期微弱的滚动轴承故障诊断具有非常重要的价值。
附图说明:
图1是基于电磁激励的滚动轴承故障检测平台示意图。
图1中的标号名称是:1.磁悬浮轴承,2.转子,3.滚动轴承;其中ms、mp分别为转子、轴承座的质量;Kp、Cp是轴承座与定子之间的刚度和阻尼,fAMB是通过磁悬浮轴承在转轴上向转子y轴负方向施加的恒定电磁力。
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