[发明专利]一种风电变速器的润滑油在线监测方法

摘要

一种风电变速器的润滑油在线监测方法，先对风电变速器齿轮箱摩擦学系统工况分析，提出了基于磨损、润滑油理化性能和污染三个方面进行全信息监测的方法；通过可测性分析建立集成信息监测系统，分别采用粘度、水分和磨粒作为对应上述三类信息的可测特征；利用嵌入式集成传感器技术，实现上述信息的实时获取；采用TCP/IP网络通信协议，实现远程监测；建立磨损、润滑油油品以及污染的关系模型，推测出磨损或者润滑故障的诱因；本发明不但实现了在线的全信息获取，也给出故障起因的分析，是一种风电变速器齿轮箱运行状态的有效监测方法，通过对磨损故障的定位以及换油建议等维护建议，为降低变速器的摩擦学故障以及延长整机寿命具有重要的工程意义。

主权项

一种风电变速器的润滑油在线监测方法，其特征在于，包括以下步骤：步骤一、通过耦合分析，建立基于理化、污染和磨损三类信息的风电变速器摩擦学状态表征体系，并给出耦合推理机制；通过可测性分析建立集成信息监测系统，分别采用粘度、水分和磨粒作为对应上述三类信息的可测特征；步骤二、通过采集到的磨粒图像进行特征提取，得到油液中沉积磨粒浓度指数IPCA，具体步骤为：S1，将磨粒图像信息取出，首先经过灰度化处理，得到灰度图像；S2，采用自动分割方法将灰度图像转换成二值图；S3，将二值图像中表征磨粒的黑色像素点面积A与整张图像的像素点面积S相除得到沉积磨粒浓度指数，即S4，将沉积磨粒浓度指数与沉积时间t相除得到磨粒产生速率v，即步骤三、采集粘度信息、水分信息，两者采集到的信息分别做平均处理；步骤四、依据步骤一中的耦合推理机制，采用标准偏差动态预测与趋势分析的方法，综合三类信息对风电变速器的运行状态进行动态评估，具体步骤：S1，以最近采集的10组磨粒产生速率vi作为计算数组，均值S2，求标准偏差S3，判断当前磨粒产生速率v是否满足μ±3σ准则，若v∈(μ‑2σ，μ+2σ)，说明当前磨损程度保持在正常范围内，若v∈(0,u‑2σ)，则说明当前磨损程度有所降低，即v∈((μ‑2σ，μ+2σ)∪(0,u‑2σ))时，说明当前风电变速器的运行正常；若v∈(μ+2σ,μ+3σ)，说明当前风电变速器的磨损有增加的趋势，转S4；若v∈(μ+3σ,∞)，说明当前风电变速器的磨损剧烈，给出警告需要检修；S4，判断粘度值是否超标正常值的5％：若粘度值超标正常值的5％，则说明润滑油理化性能不满足要求，污染严重换油；若粘度值正常，即粘度不超标，则判断水分含量即S5；S5，判断水分含量是否超过0.1％，若水分含量超过0.1％，则说明润滑油污染严重，需要重新更换新油；若水分含量低于0.1％，则说明产生剧烈磨损的原因是过载或供油不足；步骤一所述的耦合分析为：随着风电变速器的运行，摩擦副之间的相对运动会产热，温度升高导致润滑油的理化性能降低，并且摩擦副也会带入水分和粉尘等污染物进入润滑油劣化油液的理化性能；理化性能的降低会导致油膜承载能力下降，然而承载能力的下降直接导致摩擦副的磨损加剧，磨损产生的颗粒进入油液污染加重的同时油液进一步劣化，因此，对理化信息、污染信息、磨损信息的主成份特征分量进行可测性分析得到可测特征分量有：粘度、水分、介电常数、磨粒、温度；步骤一中三种信息采集具体步骤如下：步骤一、为集成监测系统上电，运行外部采集软件采集磨粒图像传感器(6)的磨粒图像和润滑油的粘度、水分数据，通过TCP网络协议传输到主控计算机进行计算分析，通过时间控制的循环采集，就可以实现对风电变速器实时监测；步骤二、对齿轮箱的运行状态进行实时的在线控制，主控室的计算机配置参数，发送到集成控制板(16)，下位机控制系统控制各采集设备的初始化，等待采集指令，上位机发送自动采集指令，控制电路接收到指令后做出响应，数字齿轮泵(12)的控制电压Pump_V_brush开始冲刷流道，持续时间Pump_T；步骤三、冲刷完成以后，数字齿轮泵(12)控制电压从冲刷电压Pump_V_brush切换到沉积电压Pump_V_coil，同时磨粒图像传感器(6)的励磁装置的线圈通电Coil_V产生高梯度磁场，磨损颗粒开始沉积，沉积时间Coil_T；步骤四、沉积完成以后，数字齿轮泵(12)的控制电压切从沉积电压Pump_V_coil换到拍照电压固定值0.5V，磨粒图像传感器(6)通过CMOS图像传感器捕获到不同光照条件下的磨损颗粒的图像，保存在集成控制板(16)的缓冲寄存器；步骤五、图像采集完以后，数字齿轮泵(12)的控制电压从拍照电压固定值0.5V切换到冲刷电压Pump_V_brush冲刷流速，同时磨粒图像传感器(6)的励磁线圈加载退磁电压；步骤六、退磁冲涮完以后，进行图像处理提取图像特征，图像特征包括IPCA、磨粒尺寸、磨粒数量、磨粒颜色；步骤七、保持数字齿轮泵(12)的沉积电压Pump_V_coil，磨粒图像传感器(6)通电并处于吸附磨粒状态，在3倍的图像采集间隔内，粘度传感器(8)采集粘度、温度、密度信息，水分传感器(10)采集水分、介电常数信息，两者采集到的信息分别做平均，处理结果保存在集成控制板(16)的缓冲寄存器；步骤八、油液理化特征信息采集完成以后，数字齿轮泵流速切换到冲刷流速，磨粒图像传感器(6)通退磁电压30s；步骤九、退磁冲刷完成以后，数字齿轮泵(12)断电，整合打包本循环次采集到的磨损颗粒信息和油液特征信息，通过TCP/IP网络通信协议将采集数据远程传递到主控制计算机，计算机对采集的数据进行综合分析，对风电变速器的运行状态进行评估，并给出维护建议；步骤十，等待采样间隔到达，进入下一次数据采集。