齒輪傳動(dòng)系統(tǒng)的故障診斷方法研究

山東中煙工業(yè)有限責(zé)任公司青州卷煙廠 段忠臣

引言

隨著齒輪零件的使用范圍日益廣泛，齒輪傳動(dòng)系統(tǒng)已成為石油、煤礦、航天以及軍事等多個(gè)領(lǐng)域的重要機(jī)械組成裝備，但齒輪傳動(dòng)系統(tǒng)經(jīng)過長期持續(xù)性使用后，會(huì)出現(xiàn)復(fù)合性故障。齒輪傳動(dòng)系統(tǒng)故障的出現(xiàn)，將無法保證機(jī)械裝置的安全性、可靠性，故監(jiān)測(cè)、診斷齒輪傳動(dòng)系統(tǒng)的故障是目前亟待解決的難題[1]。

1 國內(nèi)外研究現(xiàn)狀及發(fā)展動(dòng)態(tài)分析

傳統(tǒng)方法大多數(shù)為研究單一信號(hào)，如振動(dòng)信號(hào)或聲發(fā)射信號(hào)，根據(jù)信號(hào)本身具備的物理特性判定故障診斷率，信號(hào)的采集易受外界環(huán)境的干擾，且單一信號(hào)對(duì)早期故障衰弱感知能力差。現(xiàn)有方法中，通過改進(jìn)傳統(tǒng)方法的單一信號(hào)研究，將多種采樣信號(hào)的時(shí)域、頻域和空間狀態(tài)進(jìn)行物理特征獲取與分析，繼而得出最終故障診斷率，但往往其故障診斷正確率較低。目前需要在改進(jìn)傳統(tǒng)方法的基礎(chǔ)上，提高故障診斷自身正確率，以提高檢測(cè)精度為目的，進(jìn)一步優(yōu)化診斷方法，使得該領(lǐng)域的技術(shù)日漸穩(wěn)定和成熟[2]。

2 基于物理特性傳統(tǒng)方法及改進(jìn)優(yōu)化集成方法的齒輪傳動(dòng)系統(tǒng)故障診斷綜述

2.1 齒輪故障診斷傳統(tǒng)方法

傳統(tǒng)方法中經(jīng)典譜分析方法，又可分為時(shí)域分析法和頻域分析法，主要以研究單一信號(hào)如振動(dòng)信號(hào)或聲發(fā)射信號(hào)，分析相應(yīng)的時(shí)域、頻域，根據(jù)不同時(shí)域、頻域特性曲線，觀察曲線波動(dòng)情況，如出現(xiàn)波峰或毛刺，針對(duì)所獲圖形解釋齒輪或者齒輪傳動(dòng)系統(tǒng)中的故障所在[3]。利用時(shí)域、頻域分析開式齒輪傳動(dòng)系統(tǒng)，可獲取類似圖1所示的原始頻譜。

圖1 原始頻譜

傳統(tǒng)方法雖然簡(jiǎn)單易操作、實(shí)用性強(qiáng)，但是存在如下問題：

（1）針對(duì)不明顯信號(hào)，區(qū)分能力弱，導(dǎo)致故障診斷率低下；

（2）對(duì)復(fù)雜結(jié)構(gòu)和故障耦合信號(hào)處理能力較差，故屬于故障處理的初級(jí)階段；

（3）因只獲取單一信號(hào)，易受環(huán)境干擾，抗噪能力差，采集信號(hào)不具備普適性[4]。

2.2 齒輪故障診斷集成方法

集成方法是基于傳統(tǒng)方法的改進(jìn)而獲取的現(xiàn)有方法，如匹配壓縮脊線提取方法、多變量多尺度熵理論方法，還有改進(jìn)的局部倒頻譜分析方法，通過在時(shí)域引入相關(guān)消噪處理，降低時(shí)域原始信號(hào)中的非周期性分量的干擾，在頻域引入相關(guān)消噪處理，實(shí)現(xiàn)了頻譜上周期性故障特征向零頻率附近的聚集[5]。集成方法雖然是基于傳統(tǒng)方法的改進(jìn)法，它對(duì)非線性或不平穩(wěn)信號(hào)的處理優(yōu)于傳統(tǒng)方法，消除了對(duì)故障頻域內(nèi)周期性特征局部化分布的限制，擴(kuò)展了應(yīng)用范圍，同時(shí)還具有較強(qiáng)的抗噪能力，但其本身仍存在一些問題：

（1）實(shí)質(zhì)還是使用數(shù)學(xué)理論相關(guān)的計(jì)算，故對(duì)輸入信號(hào)要求仍然很高，如信噪比的高低選擇；

（2）故障診斷率尚未達(dá)到工業(yè)級(jí)精度要求；

（3）由于是單一信號(hào)的獲取，易受環(huán)境干擾。

3 展望

通過對(duì)齒輪傳動(dòng)系統(tǒng)故障診斷傳統(tǒng)方法、集成方法以及智能方法的綜述，根據(jù)列舉各自的方式方法，了解近年來對(duì)齒輪方面故障診斷的發(fā)展動(dòng)態(tài)以及應(yīng)用趨勢(shì)的同時(shí)，對(duì)比各種方法的優(yōu)缺點(diǎn)后發(fā)現(xiàn)，當(dāng)利用好各方法的優(yōu)點(diǎn)，結(jié)合不同方法的優(yōu)點(diǎn)融合得到更強(qiáng)大的監(jiān)測(cè)和診斷方法，有效提高齒輪傳動(dòng)系統(tǒng)發(fā)生故障時(shí)的安全效益[6]。對(duì)于故障診斷方法在齒輪方面的研究，在更大程度上使得故障診斷方法在機(jī)械故障診斷領(lǐng)域日益強(qiáng)大并廣為接受，同時(shí)也便于初學(xué)者進(jìn)行研究和探索，更為全面詳細(xì)地學(xué)習(xí)故障診斷與監(jiān)測(cè)。